高中物理选修公式热学和相关例题如下:
热力学第一定律:$\Delta U = Q + W$,其中$\Delta U$表示内能的改变,$Q$表示物体吸收的热量,$W$表示物体对外界做的功。
热力学第二定律:热量不能自发地从低温物体传到高温物体,或者不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响。
例题:
某电冰箱冷藏室内的温度是3℃,现将一箱牛奶从3℃提高到6℃,需要吸收热量,假设电冰箱正常工作,那么这箱牛奶吸收的热量为多少?如果这些热量由水加热代替,且不考虑热量损失,需要多少千克的4℃的水加热?假设电冰箱的压缩机所消耗的电能全部用来加热水的这些水吸收了多少热量?[c_{水} = 4.2 × 10^{3}J/(kg \cdot^{\circ}C), \eta = 20\%](结果保留一位小数)
解析:
(1)牛奶吸收的热量为:Q_{吸} = cm(t - t_{0}) = 4.2 × 10^{3}J/(kg \cdot^{\circ}C) × 0.5kg × (6^{\circ}C - 3^{\circ}C) = 6.3 × 10^{3}J。
(2)由题意可知,消耗的电能为:W = \eta Q_{吸} = 20\% × 6.3 × 10^{3}J = 1.26 × 10^{3}J。
假设水吸收的热量全部由电动机提供,则电动机的功率为:P = \frac{Q_{吸}}{\Delta t} = \frac{6.3 × 10^{3}J}{6 - 3}W = 2.1 × 10^{3}W。
根据公式P = \frac{W}{t}可得,电动机工作时间为:t = \frac{W}{P} = \frac{1.26 × 10^{3}J}{2.1 × 10^{3}W} = 0.6s。
答:需要加热的水的质量为m_{水} = \frac{Q_{吸}}{\Delta t_{水}} = \frac{6.3 × 10^{3}J}{4.2 × 10^{3}J/(kg \cdot^{\circ}C)} = 0.75kg。水吸收的热量为Q_{水吸} = c_{水}m_{水}\Delta t_{水} = 4.2 × 10^{3}J/(kg \cdot^{\circ}C) × 0.75kg × (6^{\circ}C - 4^{\circ}C) = 4.86 × 10^{3}J。
本题考查了热量的计算和电功的计算,要注意正确理解公式中各个量的含义,注意电冰箱工作时电能没有全部转化为机械能。
高中物理选修热学部分公式如下:
1. 理想气体状态方程:$\frac{PV}{T} = C$
2. 热力学第一定律:$\Delta U = Q + W$
例题:
在一个绝热的密闭恒温容器中,发生反应$2HI \rightleftharpoons H_{2} + I_{2}$,已知初始时$c(HI) = 2mol/L$,平衡时$c(HI) = 0.8mol/L$,求反应的热量变化。
解析:该反应为吸热反应,所以$\Delta H > 0$。根据热力学第一定律,可求得吸收的热量为$\Delta Q = \Delta U = \Delta c(HI)RT = (2 - 0.8)mol \times 365KJ/mol \times (100 - 273)K \times 10^{- 3}L = 7.5KJ$。
答案:吸收热量为7.5KJ。
注意:以上例题仅供参考,具体解题过程需要根据实际情况进行调整。
高中物理选修公式热学主要包括:理想气体的状态方程、热力学第一定律、热容量等。以下是一些常见问题及例题:
1. 什么是理想气体的状态方程?它如何应用?
答:理想气体的状态方程是指气体状态参量之间的关系式,通常用PV=C(P是压强,V是体积,C是常数)来表示。当气体处于平衡态时,其状态参量不随时间变化,因此可以通过测量体积和压强来计算理想气体的温度。这个方程可以应用于气体在一定温度和体积下的平衡态的描述。
例题:一个容器中装有一定量的理想气体,已知其初始状态为P1=101325Pa,V1=1L,T1=300K。求其变化后的状态。
解:根据理想气体的状态方程PV=C,可得到P2=C/V2=P1V1/(V1-ΔV)=1013251/(1-ΔV),其中ΔV为气体膨胀的体积。由于气体处于平衡态,其温度不变,因此可以求出T2。
2. 热力学第一定律是什么?如何应用?
答:热力学第一定律是指能量守恒定律在热学中的表现,即一个系统内能的增加等于该系统内吸收的热量与外界对系统做的功的总和。在热学中,内能通常用U来表示,热量用Q表示,做功用W表示。这个定律可以应用于各种热现象的描述和分析。
例题:在一个绝热的密闭容器中,有一组处于平衡态的气体,已知其体积为V,温度为T,求该系统内能的变化ΔU。
解:由于该系统处于绝热状态,因此没有热量交换。根据热力学第一定律,ΔU = Q + W,其中Q为零,W为气体膨胀对外界做的功。因此ΔU = -ΔPV + 0 = -PΔV + 0,其中-ΔP为气体压强变化量。
常见问题:
1. 如何理解热容的概念?
2. 什么是热力学温度?它与摄氏温度的关系是什么?
3. 如何根据热力学第一定律求出系统对外做的功或吸收的热量?
4. 什么是熵?它在热学中有什么重要性?
以上问题及例题可以帮助你理解和掌握高中物理选修公式热学。在应用这些公式时,需要注意物理量的单位和符号,以及公式的适用条件和范围。同时,多做练习和习题可以帮助你更好地掌握这些知识。
