2019-2020年高中物理 第十章 熱力學(xué)定律 第3講 熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律學(xué)案 新人教版選修3-3.doc
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2019-2020年高中物理 第十章 熱力學(xué)定律 第3講 熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律學(xué)案 新人教版選修3-3 [目標(biāo)定位] 1.理解熱力學(xué)第一定律,并掌握其表達(dá)式.2.能運(yùn)用熱力學(xué)第一定律解釋自然界能量的轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移問(wèn)題.3.理解能量守恒定律,知道能量守恒定律是自然界普遍遵從的基本規(guī)律.4.知道第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)是不可能制成的. 一、熱力學(xué)第一定律 1.內(nèi)容:一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對(duì)它所做的功的和. 2.?dāng)?shù)學(xué)表達(dá)式:ΔU=Q+W. 二、能量守恒定律 1.大量事實(shí)表明,各種形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化,并且在轉(zhuǎn)化過(guò)程中總量保持不變. 2.能量既不能憑空產(chǎn)生,也不能憑空消失,它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式,或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體,在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過(guò)程中,能量的總量保持不變. 3.能量守恒定律是自然界中最普遍、最重要的規(guī)律之一. 三、永動(dòng)機(jī)不可能制成 1.第一類(lèi)永動(dòng)機(jī):人們把設(shè)想的不消耗能量的機(jī)器稱(chēng)為第一類(lèi)永動(dòng)機(jī). 2.第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)由于違背了能量守恒定律,所以不可能制成. 一、熱力學(xué)第一定律 1.對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解 (1)對(duì)ΔU=W+Q的理解:做功和熱傳遞都可以改變內(nèi)能,如果系統(tǒng)跟外界同時(shí)發(fā)生做功和熱傳遞的過(guò)程,那么外界對(duì)系統(tǒng)所做的功W加上物體從外界吸收的熱量Q等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加ΔU,即ΔU=Q+W. (2)對(duì)ΔU、Q、W符號(hào)的規(guī)定 ①功W:外界對(duì)系統(tǒng)做功,W>0,即W為正值; 系統(tǒng)對(duì)外界做功,W<0,即W為負(fù)值. ②熱量Q:系統(tǒng)吸熱為正,Q>0; 系統(tǒng)放熱為負(fù),Q<0. ③內(nèi)能變化:系統(tǒng)內(nèi)能增加,ΔU>0,即ΔU為正值; 系統(tǒng)內(nèi)能減少,ΔU<0,即ΔU為負(fù)值. 2.判斷是否做功的方法 一般情況下外界對(duì)系統(tǒng)做功與否,需看系統(tǒng)的體積是否變化. (1)若系統(tǒng)體積增大,表明系統(tǒng)對(duì)外界做功,W<0; (2)若系統(tǒng)體積變小,表明外界對(duì)系統(tǒng)做功,W>0. 例1 空氣壓縮機(jī)在一次壓縮中,活塞對(duì)空氣做了2105 J的功,同時(shí)空氣的內(nèi)能增加了1.5105 J,這一過(guò)程中空氣向外界傳遞的熱量是多少? 答案 5104 J 解析 選擇被壓縮的空氣為研究對(duì)象,根據(jù)熱力學(xué)第一定律有ΔU=W+Q. 由題意可知W=2105 J,ΔU=1.5105 J,代入上式得 Q=ΔU-W=1.5105 J-2105 J=-5104 J. 負(fù)號(hào)表示空氣向外釋放熱量,即空氣向外界傳遞的熱量為5104 J. 借題發(fā)揮 應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題的一般步驟 (1)明確研究對(duì)象是哪個(gè)物體或者是哪個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng). (2)分別列出物體或系統(tǒng)吸收或放出的熱量;外界對(duì)物體或系統(tǒng)所做的功或物體或系統(tǒng)對(duì)外所做的功. (3)根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W列出方程進(jìn)行求解. (4)特別注意的是物理量的正負(fù)號(hào)及其物理意義. 針對(duì)訓(xùn)練 一定量的氣體在某一過(guò)程中,外界對(duì)氣體做了8104 J的功,氣體的內(nèi)能減少了1.2105 J,則下列各式中正確的是( ) A.W=8104 J,ΔU=1.2105 J,Q=4104 J B.W=8104 J,ΔU=-1.2105 J,Q=-2105 J C.W=-8104 J,ΔU=1.2105 J,Q=2104 J D.W=-8104 J,ΔU=-1.2105 J,Q=-4104 J 答案 B 解析 因?yàn)橥饨鐚?duì)氣體做功,W取正值,即W=8104 J;內(nèi)能減少,ΔU取負(fù)值,即ΔU=-1.2105 J;根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q,可知Q=ΔU-W=-1.2105 J-8104 J=-2105 J,B選項(xiàng)正確. 二、能量守恒定律 1.不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化 (1)各種運(yùn)動(dòng)形式都有對(duì)應(yīng)的能,如機(jī)械運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)機(jī)械能,分子熱運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)內(nèi)能等. (2)不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化,如“摩擦生熱”機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,“電爐取熱”電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能等. 2.能量守恒定律及意義 各種不同形式的能之間相互轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移時(shí)能量的總量保持不變. 意義:一切物理過(guò)程都適用,比機(jī)械能守恒定律更普遍,是19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)之一. 3.第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)是不可能制成的 (1)不消耗能量而能源源不斷地對(duì)外做功的機(jī)器,叫第一類(lèi)永動(dòng)機(jī).因?yàn)榈谝活?lèi)永動(dòng)機(jī)違背了能量守恒定律,所以無(wú)一例外地歸于失?。? (2)永動(dòng)機(jī)給我們的啟示 人類(lèi)利用和改造自然時(shí),必須遵循自然規(guī)律. 例2 如圖1所示,直立容器內(nèi)部被隔板隔開(kāi)的A、B兩部分氣體,A的密度小,B的密度大,加熱氣體,并使兩部分氣體混合均勻,設(shè)此過(guò)程中氣體吸熱為Q,氣體內(nèi)能的增量為ΔU,則( ) 圖1 A.ΔU=Q B.ΔUQ D.無(wú)法比較 答案 B 解析 因A部分氣體密度小,B部分氣體密度大,以整體為研究對(duì)象,開(kāi)始時(shí),氣體的重心在中線以下,混合均勻后,氣體的重心應(yīng)在中線上,所以有重力做負(fù)功,使氣體的重力勢(shì)能增大,由能量守恒定律可知,吸收的熱量Q有一部分增加氣體的重力勢(shì)能,另一部分增加內(nèi)能.故正確答案為B. 三、氣體實(shí)驗(yàn)定律和熱力學(xué)第一定律的綜合應(yīng)用 氣體實(shí)驗(yàn)定律和熱力學(xué)第一定律的結(jié)合點(diǎn)是溫度和體積.注意三種特殊過(guò)程的特點(diǎn): 1.等溫過(guò)程:內(nèi)能不變,ΔU=0 2.等容過(guò)程:體積不變,W=0 3.絕熱過(guò)程:Q=0 例3 如圖2所示,倒懸的導(dǎo)熱汽缸中封閉著一定質(zhì)量的理想氣體,輕質(zhì)活塞可無(wú)摩擦地上下移動(dòng),活塞的橫截面積為S,活塞的下面吊著一個(gè)重為G的物體,大氣壓強(qiáng)恒為p0,起初環(huán)境的熱力學(xué)溫度為T(mén)0時(shí),活塞到汽缸底面的距離為L(zhǎng).當(dāng)環(huán)境溫度逐漸升高,導(dǎo)致活塞緩慢下降,該過(guò)程中活塞下降了0.1L,汽缸中的氣體吸收的熱量為Q.求: 圖2 (1)汽缸內(nèi)部氣體內(nèi)能的增量ΔU; (2)最終的環(huán)境溫度T. 答案 (1)Q-0.1p0SL+0.1LG (2)1.1T0 解析 (1)密封氣體的壓強(qiáng)p=p0- 密封氣體對(duì)外做功W=pS0.1L 由熱力學(xué)第一定律ΔU=Q-W 得ΔU=Q-0.1p0SL+0.1LG (2)該過(guò)程是等壓變化,由蓋—呂薩克定律有 = 解得T=1.1T0 熱力學(xué)第一定律的理解和應(yīng)用 1.一定量的氣體從外界吸收了2.6105 J的熱量,內(nèi)能增加了4.2105 J. (1)是氣體對(duì)外界做了功,還是外界對(duì)氣體做了功?做了多少焦耳的功? (2)如果氣體吸收的熱量仍為2.6105 J不變,但是內(nèi)能增加了1.6105 J,計(jì)算結(jié)果W=-1.0105 J,是負(fù)值,怎樣解釋這個(gè)結(jié)果? (3)在熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q中,W、Q和ΔU為正值、負(fù)值各代表什么物理意義? 答案 見(jiàn)解析 解析 (1)根據(jù)ΔU=W+Q得W=ΔU-Q,將Q=2.6105 J,ΔU=4.2105 J代入式中得:W=1.6105 J>0,說(shuō)明外界對(duì)氣體做了1.6105 J的功. (2)如果吸收的熱量Q=2.6105 J,內(nèi)能增加了1.6105 J,即ΔU=1.6105 J,則W=-1.0105 J,說(shuō)明氣體對(duì)外界做功. (3)在公式ΔU=W+Q中,ΔU>0,物體內(nèi)能增加;ΔU<0,物體內(nèi)能減少.Q>0,物體吸熱;Q<0,物體放熱.W>0,外界對(duì)物體做功;W<0,物體對(duì)外界做功. 2.關(guān)于內(nèi)能的變化,以下說(shuō)法正確的是( ) A.物體吸收熱量,內(nèi)能一定增大 B.物體對(duì)外做功,內(nèi)能一定減少 C.物體吸收熱量,同時(shí)對(duì)外做功,內(nèi)能可能不變 D.物體放出熱量,同時(shí)對(duì)外做功,內(nèi)能可能不變 答案 C 解析 根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q,物體內(nèi)能的變化與做功及熱傳遞兩個(gè)因素均有關(guān),物體吸收熱量,內(nèi)能不一定增大,因?yàn)槲矬w可能同時(shí)對(duì)外做功,故內(nèi)能有可能不變或減少,A錯(cuò);物體對(duì)外做功,還有可能吸收熱量,內(nèi)能可能不變或增大,B錯(cuò),C正確;放出熱量,同時(shí)對(duì)外做功,內(nèi)能一定減少,D錯(cuò)誤. 能量守恒定律的理解和應(yīng)用 3.自由擺動(dòng)的秋千擺動(dòng)幅度越來(lái)越小,下列說(shuō)法正確的是( ) A.機(jī)械能守恒 B.能量正在消失 C.只有動(dòng)能和重力勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化 D.減少的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,但總能量守恒 答案 D 解析 自由擺動(dòng)的秋千擺動(dòng)幅度減小,說(shuō)明機(jī)械能在減少,減少的機(jī)械能等于克服阻力做的功,增加了內(nèi)能. 氣體實(shí)驗(yàn)定律和熱力學(xué)第一定律的結(jié)合 4.如圖3所示,兩個(gè)截面積都為S的圓柱形容器,右邊容器高為H,上端封閉,左邊容器上端是一個(gè)可以在容器內(nèi)無(wú)摩擦滑動(dòng)的質(zhì)量為M的活塞.兩容器由裝有閥門(mén)的極細(xì)管道相連,容器、活塞和細(xì)管都是絕熱的.開(kāi)始時(shí)閥門(mén)關(guān)閉,左邊容器中裝有理想氣體,平衡時(shí)活塞到容器底的距離為H,右邊容器內(nèi)為真空.現(xiàn)將閥門(mén)緩慢打開(kāi),活塞便緩慢下降,直至系統(tǒng)達(dá)到新的平衡,此時(shí)理想氣體的溫度增加為原來(lái)的1.4倍,已知外界大氣壓強(qiáng)為p0,求此過(guò)程中氣體內(nèi)能的增加量. 圖3 答案 (Mg+p0S)H 解析 理想氣體發(fā)生等壓變化.設(shè)封閉氣體壓強(qiáng)為p,分析活塞受力有pS=Mg+p0S 設(shè)氣體初態(tài)溫度為T(mén),活塞下降的高度為x,系統(tǒng)達(dá)到新平衡,由蓋—呂薩克定律得= 解得x=H 又因系統(tǒng)絕熱,即Q=0 外界對(duì)氣體做功為W=pSx 根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W 所以ΔU=(Mg+p0S)H (時(shí)間:60分鐘) 題組一 熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用 1.關(guān)于物體內(nèi)能的變化情況,下列說(shuō)法中正確的是( ) A.吸熱的物體,其內(nèi)能一定增加 B.體積膨脹的物體,其內(nèi)能一定減少 C.放熱的物體,其內(nèi)能也可能增加 D.絕熱壓縮的物體,其內(nèi)能一定增加 答案 CD 解析 做功和傳熱都可以改變物體的內(nèi)能,不能依據(jù)一種方式的變化就判斷內(nèi)能的變化. 2.下列過(guò)程可能發(fā)生的是( ) A.物體吸收熱量,對(duì)外做功,同時(shí)內(nèi)能增加 B.物體吸收熱量,對(duì)外做功,同時(shí)內(nèi)能減少 C.外界對(duì)物體做功,同時(shí)物體吸熱,內(nèi)能減少 D.外界對(duì)物體做功,同時(shí)物體放熱,內(nèi)能增加 答案 ABD 解析 當(dāng)物體吸收的熱量多于對(duì)外做的功時(shí),物體的內(nèi)能就增加,A正確;當(dāng)物體吸收的熱量少于對(duì)外做的功時(shí),物體的內(nèi)能就減少,B正確;外界對(duì)物體做功,同時(shí)物體吸熱,則物體的內(nèi)能必增加,C錯(cuò)誤;當(dāng)物體放出的熱量少于外界對(duì)物體做的功時(shí),物體的內(nèi)能增加,D正確. 3.如圖1所示是密閉的汽缸,外力推動(dòng)活塞P壓縮氣體,對(duì)缸內(nèi)氣體做功800 J,同時(shí)氣體向外界放熱200 J,缸內(nèi)氣體的( ) 圖1 A.溫度升高,內(nèi)能增加600 J B.溫度升高,內(nèi)能減少200 J C.溫度降低,內(nèi)能增加600 J D.溫度降低,內(nèi)能減少200 J 答案 A 解析 對(duì)一定質(zhì)量的氣體,由熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q可知,ΔU=800 J+(-200 J)=600 J,ΔU為正表示內(nèi)能增加了600 J,對(duì)氣體來(lái)說(shuō),分子間距較大,分子勢(shì)能為零,內(nèi)能等于所有分子動(dòng)能的和,內(nèi)能增加,氣體分子的平均動(dòng)能增加,溫度升高,選項(xiàng)A正確. 4.給旱區(qū)送水的消防車(chē)停于水平地面,在緩慢放水過(guò)程中,若車(chē)胎不漏氣,胎內(nèi)氣體溫度不變,不計(jì)分子間勢(shì)能,則胎內(nèi)氣體( ) A.從外界吸熱 B.對(duì)外界做負(fù)功 C.分子平均動(dòng)能減小 D.內(nèi)能增加 答案 A 解析 胎內(nèi)氣體經(jīng)歷了一個(gè)溫度不變、壓強(qiáng)減小、體積增大的過(guò)程.溫度不變,分子平均動(dòng)能和內(nèi)能不變.體積增大,氣體對(duì)外界做正功.根據(jù)熱力學(xué)第一定律氣體一定從外界吸熱. 題組二 能量守恒定律 5.一顆子彈以某一水平速度擊中了靜止在光滑水平面上的木塊,并從中穿出.對(duì)于這一過(guò)程,下列說(shuō)法中正確的是( ) A.子彈減少的機(jī)械能等于木塊增加的機(jī)械能 B.子彈減少的動(dòng)能等于木塊增加的動(dòng)能 C.子彈減少的機(jī)械能等于木塊增加的動(dòng)能與木塊增加的內(nèi)能之和 D.子彈減少的動(dòng)能等于木塊增加的動(dòng)能與子彈和木塊增加的內(nèi)能之和 答案 D 解析 射穿木塊的過(guò)程中,由于相互間摩擦力的作用使得子彈的動(dòng)能減小,木塊獲得動(dòng)能,同時(shí)產(chǎn)生熱量,且系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量在數(shù)值上等于系統(tǒng)機(jī)械能的損失.A,B項(xiàng)沒(méi)有考慮到系統(tǒng)增加的內(nèi)能,C項(xiàng)中應(yīng)考慮的是系統(tǒng)減少的機(jī)械能等于系統(tǒng)增加的內(nèi)能.故正確答案為D. 6.汽車(chē)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)后,沿斜面勻速下滑的過(guò)程中( ) A.汽車(chē)的機(jī)械能守恒 B.汽車(chē)的動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化 C.汽車(chē)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能,汽車(chē)的總能量減少 D.汽車(chē)的機(jī)械能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,汽車(chē)的總能量守恒 答案 C 解析 汽車(chē)能勻速下滑,一定受阻力作用,克服阻力做功,機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,一部分內(nèi)能散發(fā)出去,汽車(chē)的總能量減少. 7.一物體獲得一定初速度后,沿著一粗糙斜面上滑,在上滑過(guò)程中,物體和斜面組成的系統(tǒng)( ) A.機(jī)械能守恒 B.總能量守恒 C.機(jī)械能和內(nèi)能增加 D.機(jī)械能減少,內(nèi)能增加 答案 BD 解析 物體沿斜面上滑的過(guò)程中,有摩擦力對(duì)物體做負(fù)功,所以物體的機(jī)械能減少,由能量守恒定律知,內(nèi)能應(yīng)增加,能的總量不變. 8.如圖2所示為沖擊擺實(shí)驗(yàn)裝置,一子彈水平射入沙箱后與沙箱合為一體,共同擺起一定的高度,則下面有關(guān)能量的轉(zhuǎn)化的說(shuō)法中正確的是( ) 圖2 A.子彈的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成沙箱和子彈的內(nèi)能 B.子彈的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成沙箱和子彈的熱能 C.子彈的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成沙箱和子彈的動(dòng)能 D.子彈動(dòng)能的一部分轉(zhuǎn)變成沙箱和子彈的內(nèi)能,另一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變成沙箱和子彈的機(jī)械能 答案 D 解析 子彈射入沙箱的過(guò)程中,要克服摩擦阻力做功,一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變成沙箱和子彈的內(nèi)能,另一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變成沙箱和子彈的機(jī)械能. 題組三 氣體實(shí)驗(yàn)定律與熱力學(xué)第一定律的結(jié)合 9.如圖3所示,某同學(xué)將空的薄金屬筒開(kāi)口向下壓入水中.設(shè)水溫均勻且恒定,筒內(nèi)空氣無(wú)泄漏,不計(jì)氣體分子間的相互作用,則被淹沒(méi)的金屬筒在緩緩下降過(guò)程中,筒內(nèi)空氣體積減小,空氣一定( ) 圖3 A.從外界吸熱 B.內(nèi)能增大 C.向外界放熱 D.內(nèi)能減小 答案 C 解析 由于不計(jì)氣體分子之間的相互作用,且整個(gè)過(guò)程緩慢進(jìn)行,所以可看成溫度不變,即氣體內(nèi)能不變,選項(xiàng)B、D均錯(cuò);根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q,因?yàn)樵谶@個(gè)過(guò)程中氣體體積減小,外界對(duì)氣體做了功,式中W>0,ΔU=0,所以Q為負(fù),即氣體向外放熱,故選項(xiàng)A錯(cuò),C對(duì).正確答案為C. 10.如圖4所示,a、b、c、d表示一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)變化過(guò)程中的四個(gè)狀態(tài),圖中ad平行于橫坐標(biāo)軸,dc平行于縱坐標(biāo)軸,ab的延長(zhǎng)線過(guò)原點(diǎn),以下說(shuō)法正確的是( ) 圖4 A.從狀態(tài)d到c,氣體不吸熱也不放熱 B.從狀態(tài)c到b,氣體放熱 C.從狀態(tài)a到d,氣體對(duì)外做功 D.從狀態(tài)b到a,氣體吸熱 答案 BCD 解析 從狀態(tài)d到c,溫度不變,理想氣體內(nèi)能不變,但是由于壓強(qiáng)減小,所以體積增大,對(duì)外做功,還要保持內(nèi)能不變,一定要吸收熱量,故A錯(cuò);氣體從狀態(tài)c到狀態(tài)b是一個(gè)降壓、降溫過(guò)程,同時(shí)體積減小,外界對(duì)氣體做功,而氣體的內(nèi)能還要減小(降溫),就一定要伴隨放熱的過(guò)程,故B對(duì);氣體從狀態(tài)a到狀態(tài)d是一個(gè)等壓、升溫的過(guò)程,同時(shí)體積增大,所以氣體要對(duì)外做功,C正確;氣體從狀態(tài)b到狀態(tài)a是個(gè)等容變化過(guò)程,隨壓強(qiáng)的增大,氣體的溫度升高,內(nèi)能增大,而在這個(gè)過(guò)程中氣體的體積沒(méi)有變化,就沒(méi)有做功,氣體內(nèi)能的增大是因?yàn)闅怏w吸熱的結(jié)果,故D對(duì). 題組四 綜合應(yīng)用 11.如圖5所示,一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A先后經(jīng)過(guò)等壓、等容和等溫過(guò)程完成一個(gè)循環(huán),A、B、C狀態(tài)參量如圖所示,氣體在狀態(tài)A的溫度為27 ℃,求: 圖5 (1)氣體在狀態(tài)B的溫度TB; (2)氣體從A→B→C狀態(tài)變化過(guò)程中與外界交換的總熱量Q. 答案 (1)600 K(或327℃) (2)2p0V0 解析 (1)A到B的過(guò)程是等壓變化,有= 代入數(shù)據(jù)得TB=600 K(或327 ℃) (2)根據(jù)熱力學(xué)第一定律有ΔU=Q+W 其中W=-2p0V0 解得Q=2p0V0(吸熱) 12.如圖6所示,導(dǎo)熱材料制成的截面積相等、長(zhǎng)度均為45 cm的汽缸A、B通過(guò)帶有閥門(mén)的管道連接.初始時(shí)閥門(mén)關(guān)閉,厚度不計(jì)的光滑活塞C位于B內(nèi)左側(cè),在A內(nèi)充滿壓強(qiáng)pA=2.8105 Pa的理想氣體,B內(nèi)充滿壓強(qiáng)pB=1.4105 Pa的理想氣體,忽略連接汽缸的管道體積,室溫不變,現(xiàn)打開(kāi)閥門(mén),求: 圖6 (1)平衡后活塞向右移動(dòng)的距離和B中氣體的壓強(qiáng); (2)自打開(kāi)閥門(mén)到平衡,B內(nèi)氣體是吸熱還是放熱(簡(jiǎn)要說(shuō)明理由). 答案 (1)15 cm 2.1105 Pa (2)放熱,理由見(jiàn)解析 解析 (1)活塞向右移動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定后,對(duì)A氣體,有pALS=p(L+x)S 對(duì)B氣體,有pBLS=p(L-x)S 得x=15 cm p=2.1105 Pa (2)活塞C向右移動(dòng),對(duì)B中氣體做功,而氣體做等溫變化,內(nèi)能不變,由熱力學(xué)第一定律可知B內(nèi)氣體放熱. 13.如圖7是用導(dǎo)熱性能良好的材料制成的氣體實(shí)驗(yàn)裝置,開(kāi)始時(shí)封閉的空氣柱長(zhǎng)度為22 cm,現(xiàn)用豎直向下的外力F壓縮氣體,使封閉的空氣柱長(zhǎng)度為2 cm,人對(duì)活塞做功100 J,大氣壓強(qiáng)為p0=1105 Pa,不計(jì)活塞的重力.問(wèn): 圖7 (1)若用足夠長(zhǎng)的時(shí)間緩慢壓縮,求壓縮后氣體的壓強(qiáng)多大? (2)若以適當(dāng)?shù)乃俣葔嚎s氣體,向外散失的熱量為20 J,則氣體的內(nèi)能增加多少?(活塞的橫截面積S=1 cm2) 答案 (1)1.1106 Pa (2)82 J 解析 (1)設(shè)壓縮后氣體的壓強(qiáng)為p,活塞的橫截面積為S,l0=22 cm,l=2 cm,V0=l0S,V=lS,緩慢壓縮,氣體溫度不變 由玻意耳定律得p0V0=pV 解出p=1.1106 Pa (2)大氣壓力對(duì)活塞做功W1=p0S(l0-l)=2 J 人做功W2=100 J 由熱力學(xué)第一定律ΔU=W1+W2+Q Q=-20 J 解得ΔU=82 J
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