题目

[题目]设有一装置如图所示,(1)将隔板抽去-|||-以后,以空气为系统时, △U, Q,W为正为负还-|||-是为零?(2)如右方小室亦有空气,不过压力较-|||-左方小,将隔板抽去以后,以所有空气为系统时,-|||-△U, Q,W为正为负还是为零?-|||-ZZ-|||-空气 真空 恒-|||-隔板

题目解答

答案

解析

考查要点：本题主要考查热力学第一定律（$\Delta U = Q + W$）在自由膨胀过程中的应用，以及如何判断不同过程中的热量$Q$、功$W$和内能变化$\Delta U$的正负或零。

解题核心思路：

  1. 系统定义：明确题目中系统的选取范围，如第一问以左侧空气为系统，第二问以所有空气为系统。
  2. 过程特点：
    • 自由膨胀：气体向真空膨胀时，外界压力为零，因此不做功（$W=0$）。
    • 绝热过程：若系统与外界无热交换（如隔板抽去后系统与外界无热传递），则热量$Q=0$。
  3. 内能变化：根据热力学第一定律，若$Q=0$且$W=0$，则$\Delta U=0$，即内能不变。

破题关键点：

  • 第一问中，左侧空气膨胀到真空，体积增大（$\Delta V > 0$），但因自由膨胀无热交换（$Q=0$）且无功（$W=0$），故$\Delta U=0$。
  • 第二问中，所有空气作为系统，虽然气体重新分布导致局部压强变化，但整体体积不变（$\Delta V=0$），且无热交换（$Q=0$）、无功（$W=0$），故$\Delta U=0$。

第（1）题

系统：左侧空气
过程：自由膨胀到真空

  1. 功的判断：
    气体向真空膨胀时，外界压力为零，因此无外力作用，对应的功$W=0$。
  2. 热量的判断：
    隔板抽去后，系统与外界无热交换（隐含绝热条件），故热量$Q=0$。
  3. 内能变化：
    根据热力学第一定律$\Delta U = Q + W$，代入$Q=0$和$W=0$，得$\Delta U=0$。
    体积变化：虽然气体体积增大（$\Delta V > 0$），但题目未要求判断$\Delta V$的正负，仅需关注$Q$、$W$和$\Delta U$。

第（2）题

系统：所有空气（左、右两部分）
过程：气体重新分布至压强平衡

  1. 功的判断：
    气体在系统内部流动，未对外界做功，且外界未对系统做功，故功$W=0$。
  2. 热量的判断：
    系统与外界无热交换（隐含绝热条件），故热量$Q=0$。
  3. 内能变化：
    根据热力学第一定律$\Delta U = Q + W$，代入$Q=0$和$W=0$，得$\Delta U=0$。
    体积变化：系统整体体积不变（$\Delta V=0$），因气体仅重新分布。