大学物理(第四版)课后习题及答案_分子运动

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1、分子运动题5.1：一打足气的自行车内胎，在7.0℃时，轮胎中空气的压强为，则当温度变为37.0℃时，轮贻内空气的压强为多少？（设内胎容积不变）题5.1分析：胎内空气可视为一定量的理想气体，其始末均为平衡态（即有确定的状态参量p、V、T值）由于气体的体积不变，由理想气体物态方程可知，压强p与温度T成正比。由此即可求出末态的压强。解：由分析可知，当时，轮胎内空气压强为可见当温度升高时，轮胎内气体压强变大，因此，夏季外出时自行车的车胎不宜充气太足，以免爆胎。题5.2：在水面下50.0m深的湖底处（温度为4.0℃），有一个体积

2、为1.0´10-5m3的空气泡升到湖面上来，若湖面的温度为17.0℃，求气泡到达湖面的体积。（取大气压强为p0=1.013´105Pa）题5.2分析：将气泡看成是一定量的理想气体，它位于湖底和上升至湖面代表两个不同的平衡状态。利用理想气体物态方程即可求解本题。位于湖底时，气泡内的压强可用公式求出，其中r为水的密度（常取r=1.0´103kg·m-3）。解：设气泡在湖底和湖面的状态参量分别为（p1，V1，T1）和（p2，V2，T2）。由分析知湖底处压强为。利用理想气体的物态方程可得空气泡到达湖面的体积为题5.3：氧气瓶的

3、容积为，其中氧气的压强为Pa，氧气厂规定压强降到Pa时，就应重新充气，以免经常洗瓶。某小型吹玻璃车间，平均每天用去0.40m3压强为Pa的氧气，问一瓶氧气能用多少天？（设使用过程中温度不变）题5.3分析：由于使用条件的限制，瓶中氧气不可能完全被使用。为此，可通过两条不同的思路进行分析和求解。（1）从氧气质量的角度来分析。利用理想气体物态方程pV=mRT/M可以分别计算出每天使用氧气的质量m3和可供使用的氧气总质量（即原瓶中氧气的总质量m1和需充气时瓶中剩余氧气的质量m2之差），从而可求得使用天数。（2）从容积角度来分析

4、。利用等温膨胀条件将原瓶中氧气由初态（，）膨胀到需充气条件下的终态（，V2待求），比较可得p2状态下实际使用掉的氧气的体积为V2-V1。同样将每天使用的氧气由初态（p3=1.01´105Pa，V3=0.4m3）等温压缩到压强为p2的终态，并算出此时的体积，由此可得使用天数应为。解1：根据分析有则一瓶氧气可用天数解2：根据分析中所述，由理想气体物态方程得等温膨胀后瓶内氧气在压强为Pa时的体积为每天用去相同状态的氧气容积则瓶内氧气可用天数为题5.4：位于委内瑞拉的安赫尔瀑布是世界上落差最大的瀑布，它高979m。如果在水下落

5、的过程中，重力对它所作的功中有50％转换为热量使水温升高，求水由瀑布顶部落到底部而产生的温差。（水的比热容为）题5.4分析：取质量为m的水作为研究对象，水从瀑布顶部下落到底部过程中重力作功，按题意，被水吸收的热量Q=0.5W，则水吸收热量后升高的温度可由求得。解：由上述分析得水下落后升高的温度题5.5：如图所示，一定量的空气，开始在状态A，其压强为，体积为，沿直线AB变化到状态B后，压强变为Pa，体积变为，求此过程中气体所作的功。题5.5分析：理想气体作功的表达式为。功的数值就等于p－V图中过程曲线下所对应的面积。解：

6、故题5.6：气缸内贮有2.0mol的空气，温度为27℃。若维持压强不变，而使空气的体积膨胀到原体积的3倍，求空气膨胀时所作的功。题5.6分析：本题是等压膨胀过程，气体作功，其中压强p可通过物态方程求得.解：根据物态方程，气缸内气体的压强，则作功为题5.7：一定量的空气，吸收了1.71´103J的热量，并保持在1.0´105Pa下膨胀，体积从1.0´10-2m3增加到1.5´10-2m3，问空气对外作了多少功？它的内能改变了多少？题5.7分析：由于气体作等压膨胀，气体作功可直接由求得。取该空气为系统，根据热力学第一定律可

7、确定它的内能变化。在计算过程中要注意热量、功、内能的正负取值解：该空气等压膨胀，对外作功为共内能改变为题5.8：l.0mol的空气从热源吸收了热量2.66´105J，其内能增加了4.18´105J，在这过程中气体作了多少功？是它对外界作功，还是外界对它作功？题5.8解：由热力学第一定律得气体所作的功为负号表示外界对气体作功。题5.9：0.1kg的水蒸气自120°C加热升温至140°C。问：（l）在等体过程中；（2）在等压过程中，各吸收了多少热量？题5.9分析：由量热学热量的计算公式为。按热力学第一定律，在等体过程中，在

8、等压过程中，。，可查表得到。解：（l）在等体过程中吸收的热量为（2）在等压过程中吸收的热量为题5.10：一压强为1.0´105Pa，体积为1.0´10-3m3的氧气自0℃加热到100℃。问：（1）当压强不变时，需要多少热量？当体积不变时，需要多少热量？（2）在等压或等体过程中各作了多少功？题5.10分析：（1）求Qp和QV的方法与