热学练习题3 带答案版.pdf

1、2 0 1 8 .2 .2 2 热 学 练 习 题1、 氧 气 瓶 在 车 间 里 充 气 时 压 强 达 1.5 107Pa， 运 输 到 工 地 上 发 现 压 强 降 为 1.25 107Pa， 已 知 在 车 间 里充 气 时 的 温 度 为 180C， 工 地 上 的 气 温 为 300C， 问 氧 气 瓶 在 运 输 途 中 是 否 漏 气 ？2、 一 个 容 积 是 20L 的 充 满 氧 气 的 大 钢 瓶 ， 瓶 内 氧 气 压 强 达 1.013 107Pa。 要 把 这 些 氧 气 分 装 到 4 个 容积 是 5L 的 小 钢 瓶 中 去 ， 分 装 时 小 钢 瓶 依

2、 次 分 装 ， 分 装 后 各 小 钢 瓶 内 压 强 不 等 ， 分 装 时 的 漏 气 和 温 度 变化 忽 略 不 计 。 求 分 装 后 大 钢 瓶 内 氧 气 的 压 强 。 （ 小 钢 瓶 内 原 来 是 真 空 ， 分 装 时 小 钢 瓶 依 次 分 装 ， 分 装 后各 小 钢 瓶 内 压 强 不 等 ）3 、 如 图 所 示 , 一 密 闭 的 截 面 积 为 S 的 圆 筒 形 汽 缸 , 高 为 H, 中 间 有 一 薄 活 塞 , 用 一劲 度 系 数 为 k 的 轻 弹 簧 吊 着 , 活 塞 重 为 G, 与 汽 缸 紧 密 接 触 , 不 导 热 且 气 体 是

3、 同 种 气体 , 且 质 量 、 温 度 、 压 强 都 相 同 时 , 活 塞 恰 好 位 于 汽 缸 的 正 中 央 , 设 活 塞 与 汽 缸 壁 间的 摩 擦 可 不 计 , 汽 缸 内 初 始 压 强 为 0p =1 .0 1 0 5 Pa, 温 度 为 0T , 求 ：(1 ) 弹 簧 原 长 .(2 ) 如 果 将 汽 缸 倒 置 , 保 持 汽 缸 部 分 的 温 度 不 变 , 使 汽 缸 部 分 升 温 , 使 得 活 塞 在汽 缸 内 的 位 置 不 变 , 则 汽 缸 部 分 气 体 的 温 度 升 高 多 少 ?提 示 ： 理 想 气 体 状 态 方 程 里 面 的

4、 物 理 量 可 以 前 面 都 加 德 尔 塔 组 成 新 的 式 子 进 行 计 算 ， 这 道 题 需 要 用 到 这个 4 、 如 图 ， 气 缸 由 两 个 横 截 面 不 同 的 圆 筒 连 接 而 成 活 塞 A、 B被 轻 质 刚 性 细 杆 连 接 在 一 起 ， 可 无 摩 擦移 动 A、 B的 质 量 分 别 为 mA 1 2 kg， mB 8 .0 kg， 横 截 面 积 分 别 为 SA=4 .0 1 0 -2 m2 ， SB 2 .0 1 0 -2 m2 一定 质 量 的 理 想 气 体 被 封 闭 在 两 活 塞 之 间 活 塞 外 侧 大 气 压 强 P0 =1

5、 .0 1 0 5 Pa(1 )气 缸 水 平 放 置 达 到 如 图 1 所 示 的 平 衡 状 态 ， 求 气 体 的 压 强 (2 )已 知 此 时 气 体 的 体 积 V1 =2 .0 1 0 -2 m3 现 保 持 温 度 不 变 ， 将 气 缸 竖 直 放 置 ， 达 到 平 衡 后 如 图 2 所示 与 图 1 相 比 ， 活 塞 在 气 缸 内 移 动 的 距 离 l为 多 少 ？ 取 重 力 加 速 度 g=1 0 m/s2 5、 （ 13 分 ） 如 图 所 示 ， 在 竖 直 放 置 的 圆 柱 形 容 器 内 用 质 量 为 m 的 活 塞 密 封 一 部 分 气 体

6、， 活 塞 与 容 器 壁间 能 无 摩 擦 滑 动 ， 容 器 的 横 截 面 积 为 S ， 将 整 个 装 置 放 在 大 气 压 恒 为 P0的空 气 中 ， 开 始 时 气 体 的 温 度 为 T0， 活 塞 与 容 器 底 的 距 离 为 h0， 当 气 体 从 外界 吸 收 热 量 Q 后 ， 活 塞 缓 慢 上 升 d 后 再 次 平 衡 ， 求 ：(1)此 时 封 闭 气 体 的 温 度 是 多 少 ？ 来 源 :Z+xx+k.Com (2)在 此 过 程 中 的 密 闭 气 体 的 内 能 增 加 了 多 少 ？解 析 ： （ 1） 取 密 闭 气 体 为 研 究 对 象

7、， 活 塞 上 升 过 程 为 等 压 变 化 ， 由 盖 吕 萨 克 定 律 有00 TTVV 解 得 u u 扠 （ 2） 活 塞 上 升 的 过 程 ， 密 闭 气 体 克 服 大 气 压 力 和 活 塞 的 重 力 做 功 ， 所 以 外 界 对 系 统 做 的 功dSpmgW )( 0 来 源 :Zxxk.Com 根 据 势 力 学 第 一 定 律 得 密 闭 气 体 增 加 的 内 能dSpmgQWQE )( 06、 （ 12 分 ） 为 适 应 太 空 环 境 ， 去 太 空 旅 行 的 航 天 员 都 要 穿 航 天 服 航 天 服 有 一 套 生 命 保 障 系 统 ， 为

8、航 天员 提 供 合 适 的 温 度 、 氧 气 和 气 压 ， 让 航 天 员 在 太 空 中 如 同 在 地 面 上 一 样 假 如 在 地 面 上 航 天 服 内 气 压 为1 atm ， 气 体 体 积 为 2 L， 到 达 太 空 后 由 于 外 部 气 压 低 ， 航 天 服 急 剧 膨 胀 ， 内 部 气 体 体 积 变 为 4 L， 使 航天 服 达 到 最 大 体 积 若 航 天 服 内 气 体 的 温 度 不 变 ， 将 航 天 服 视 为 封 闭 系 统 (1)求 此 时 航 天 服 内 的 气 体 压 强 ， 并 从 微 观 角 度 解 释 压 强 变 化 的 原 因

9、(2)由 地 面 到 太 空 过 程 中 航 天 服 内 气 体 吸 热 还 是 放 热 ， 为 什 么 ?(1)对航天服内气体，开始时压强为p11 atm，体积为V12 L，到达太空后压强为p2，气体体积为V24 L由玻意耳定律得：p1V1p2V2，解得p20.5 atm航天服内，温度不变，气体分子平均动能不变，体积膨胀，单位体积内的分子数减少，单位时间撞击到单位面积上的分子数减少，故压强减少(2)航天服内气体吸热因为体积膨胀对外做功，而航天服内气体温度不变，即气体内能不变，由热力学第一定律可知气体吸热7、 (12分 )如 图 7所 示 ， 体 积 为 V， 内 壁 光 滑 的 圆 柱 形

10、导 热 汽 缸 顶 部 有 一 质 量 和 厚 度 均 可 忽 略的 活 塞 ； 汽 缸 内 密 封 有 温 度 为 2.4T0、 压 强 为 1.2p0的 理 想 气 体 ， p0和 T0分 别 为 大 气 的 压 强 和温 度 已 知 ： 气 体 内 能 U与 温 度 T的 关 系 为 U T， 为 正 的 常 量 ； 容 器 内 气 体 的 所 有 变 化过 程 都 是 缓 慢 的 求 ：(1)汽 缸 内 气 体 与 大 气 达 到 平 衡 时 的 体 积 V1；(2)在 活 塞 下 降 过 程 中 ， 汽 缸 内 气 体 放 出 的 热 量 Q.解 析本题考查查理定律、盖吕萨克定律、热

11、力学第一定律(1)在缸内气体由压强p1.2p0下降到p0的过程中，气体体积不变，温度由T2.4T0变为T1，由查理定律得T1Tp0p在气体温度由T1变为T0的过程中，体积由V减小到V1，气体压强不变，由盖吕萨克定律得VV1T1T0由式得V112V(2)在活塞下降过程中，活塞对气体做的功为Wp0(VV1)在这一过程中，气体内能的减少为U(T1T0)由热力学第一定律得，汽缸内气体放出的热量为QWU由式得Q12p0VT08、 如 图 6 所 示 ， p V图 中 一 定 质 量 的 理 想 气 体 由 状 态 A 经 过 程 变 至 状 态 B时 ， 从 外界 吸 收 热 量 420 J， 同 时

12、膨 胀 对 外 做 功 300 J 当 气 体 从 状 态 B 经 过 程 回 到 状 态 A 时 外界 压 缩 气 体 做 功 200 J， 求 此 过 程 气 体 吸 收 或 放 出 的 热 量 是 多 少 焦 ？一定质量的理想气体由状态A经过程变至状态B时，从外界吸收的热量Q1大于气体膨胀对外做的功W1，气体内能增加，由热力学第一定律，气体内能增加量为UQ1W1420 J(300) J120 J气体由状态B经过程回到状态A时，气体内能将减少120 J，而此过程中外界又压缩气体做了W2200J的功，因而气体必向外界放热，放出的热量为Q2UW2(120) J200 J320 J.9、 (10

13、 分 )一 气 象 探 测 气 球 ， 在 充 有 压 强 为 1.00 atm (即 76.0 cm Hg)、 温 度 为 27.0 的 氦 气 时 ， 体 积 为 3.50m 3.在 上 升 至 海 拔 6.50 km 高 空 的 过 程 中 ， 气 球 内 的 氦 气 压 强 逐 渐 减 小 到 此 高 度 处 的 大 气 压 36.0 cm Hg，气 球 内 部 因 启 动 一 持 续 加 热 过 程 而 维 持 其 温 度 不 变 此 后 停 止 加 热 ， 保 持 高 度 不 变 已 知 在 这 一 海 拔 高度 气 温 为 48.0 .求 ：(1)氦 气 在 停 止 加 热 前

14、的 体 积 ；(2)氦 气 在 停 止 加 热 较 长 一 段 时 间 后 的 体 积 (1)在气球上升至海拔6.50 km高空的过程中，气球内氦气经历一等温过程根据玻意耳定律有p1V1p2V2式中，p176.0 cm Hg，V13.50 m 3，p236.0 cm Hg，V2是在此等温过程末氦气的体积由式得V27.39 m 3(2)在停止加热较长一段时间后，氦气的温度逐渐从T1300 K下降到与外界气体温度相同，即T2225K这是一等压过程，根据盖吕萨克定律有V2T1V3T2式中，V3是在此等压过程末氦气的体积由式得V35.54 m 310、 (12 分 )汽 车 行 驶 时 轮 胎 的 胎

15、 压 太 高 容 易 造 成 爆 胎 事 故 ， 太 低 又 会 造 成 耗 油 量 上 升 已 知 某 型 号 轮 胎能 在 40 90 正 常 工 作 ， 为 使 轮 胎 在 此 温 度 范 围 内 工 作 时 的 最 高 胎 压 不 超 过 3.5 atm ， 最 低 胎 压 不 低于 1.6 atm ， 那 么 ， 在 t 20 时 给 该 轮 胎 充 气 ， 充 气 后 的 胎 压 在 什 么 范 围 内 比 较 合 适 (设 轮 胎 的 体 积 不 变 )对于胎内气体，体积不变，根据查理定律，知p1T1p2T2，t1、p1分别为40、1.6 atm20时轮胎的压强为p2T2T1p1293233 1.6 atm 2.01 atm若t3、p3分别为90、3.5 atm根据查理定律得p2T2p3T320时轮胎的压强为p2T2T3p3293363 3.5 atm 2.83 atm故胎压范围为2.01 atm p2.83 atm