大学物理题库热力学

热力学选择题1、在气缸中装有一定质量的理想气体，下面说法正确的是：（ ） （A ） 传给它热量，其内能一定改变。

（B ） 对它做功，其内能一定改变。

（C ） 它与外界交换热量又交换功，其内能一定改变。

（D ） 以上说法都不对。

（3分） 答案：D2、理想气体在下述过程中吸收热量的是（ ）（A ）等容降压过程 （B ）等压压缩过程 （C ）绝热膨胀过程 （D ）等温膨胀过程 （3分） 答案：D3、理想气体卡诺循环过程的两条绝热线下的面积大小分别为1S 和2S ，二者的关系是（ ） （A ）21S S > （B ）21S S < （C ）S1=S 2 （D ）不能确定（3分） 答案：C4、有两个可逆的卡诺循环，ABCDA 和11111A B C D A ，二者循环线包围的面积相等，如图所示。

设循环ABCDA 的热效率为η，每次循环从高温热源吸收热量Q ，循环11111A B C D A 的热效率为η，每次循环从高温热源吸收热量1Q ，则（ ）（A ）11,Q Q <<ηη （B ）11,Q Q ><ηη （C ）11,Q Q <>ηη （D ）11,Q Q >>ηη（3分）答案：B5、一定量的理想气体，分别经历如图所示的abc 过程（图中虚线ac 为等温线）和 def 过程（图中虚线 df 为绝热线）。

试判断这两种过程是吸热还是放热（ ）（A ）abc 过程吸热，def 过程放热。

（C ）abc 过程和 def 过程都吸热。

（B ）abc 过程放热 def 过程吸热 （D ）abc 过程和 def 过程都放热。

V PVV（3分）答案：A6、对于理想气体系统来说，在下列过程中，哪个过程系统所吸收的热量、内能的增量和对外做得功三者均为负值？( )（A ）等容降压过程。

(B) 等温膨胀过程。

(C) 绝热膨胀过程。

(D) 等压压缩过程。

（3分） 答案：D7、关于可逆过程，下列说法正确的是（ ） （A ）可逆过程就是可以反向进行的过程。

（B ） 凡是可以反向进行的过程均为可逆过程。

（C ） 可逆过程一定是准静态过程。

（D ） 准静态过程一定是可逆过程。

（3分） 答案：C8、下面正确的表述是（ ）(A) 功可以全部转化为热，但热不能全部转化为功。

（B ）热量能从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体。

（C ）开尔文表述指出热功转换的可逆性。

（D ）克劳修斯表述指出了热传导的不可逆性。

（3分） 答案：D9、一台工作于温度分别为327 ℃和27 ℃的高温热源与低温源之间的卡诺热机，每经历一个循环吸热2 000 J ，则对外作功( )(A) 2 000J (B) 1 000J (C) 4 000J (D) 500J （3分） 答案：B10、“理想气体和单一热源接触作等温臌胀时，吸收的热量全部用来对外作功。

”对此说法，有如下几种评论，哪种是正确的( )（A ）不违反热力学第一定律，但违反热力学第二定律 （B ）不违反热力学第二定律，但违反热力学第一定律 （C ）不违反热力学第一定律，也不违反热力学第二定律 （D ）违反热力学第二定律，也违反热力学第二定律 （3分）答案：C 热力学简答题1、一条等温线和一条绝热线有可能相交两次吗?为什么？（3分） 答案：不可能。

(1分)反证法：若两条曲线有两个交点，则组成闭合曲线而构成了一循环过程，这循环过程只有吸热，无放热，且对外做正功，热机效率为100％，违背了热力学第二定律．(2分)2、所谓第二类永动机是指什么？它不可能制成是因为违背了什么关系？（3分） 答案：第二类永动机：从单一热源吸热并全部变为功。

（1分） 违背热力学第二定律，所以无法造成。

（2分）3、一卡诺机，将它作热机使用时，如果工作的两热源的温度差愈大，则对做功就愈有利；如将它当作制冷机使用时，如果两热源的温度差愈大，对于制冷机是否也愈有利？为什么？ （3分）答案：对致冷是不利的。

（1分） 卡诺热机：211T T η=-卡所以温差越大，21TT 就越小，η卡就越大； 但是对于制冷机：卡诺逆循环的致冷系数：2212T Q T T A ω==-卡，温差越大，则1211T T ω=-卡 越小，提取同样的热量，则所需作功也越多，对致冷是不利的．。

（2分）4、有人想像了一个个理想气体的循环过程， 在理论上可以实现吗？为什么？ （3分）答案：不能实现。

---1分因为该循环过程将系统所吸收的热量完全 用于对外做功，而不引起其他变化，违背了热 力学第二定律。

----2分5、有人认为：“在任意绝热过程中，只要系统与外界之间没有热量传递，系统温度就不会变化” 。

此说法对吗？为什么？ （3分）答案：不对。

---1分根据热力学第一定律，Q E A =∆+，当系统在绝热条件下，完全可以通过做功这种方式来改变系统的内能，从而改变系统的温度。

---2分 热力学填空题1、热力学第二定律的开尔文表述是 。

（3分）答案：不可能从单一热源吸收热量并使之完全变为功而不产生其它影响 不可能使热量从低温物体传递给高温物体而不产生其它影响 2、热力学第二定律的克劳修斯表述是 。

（3分）答案：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起外界的变化。

3、某容器贮有10mol 的单原子理想气体，在压缩过程中外界做功200J ，气体升温1K ，则此过程中气体内能增量为 ，外界传给气体的热量为 。

（3分） 答案：4、一定质量的双原子分子理想气体，从状态A ，PAB9 340 2经历如图所示的直线过程变到状态B ，则该过程 中系统所做的功为 ，内能增量为 。

（3分）答案：12J -15J5、如图所示，两个连接在一起的循环过程， 则循环总净功 零。

（填大于、小于或等于）（3分）答案：小于零6（3分）答案：温度 过程7、某理想气体等温压缩到给定体积时外界对气体做功1A ，又经绝热膨胀回原来体积时气体对外做功2A ，则整个过程中，气体从外界吸收热量 ，内能增加 。

（3分）答案：12;A A --8、质量为m ，摩尔质量为M 等压摩尔热容为p C 的理想气体，经历了一个等压过程后，温度增量为△T ，则内能增量为 。

（3分）答案：()p mEC R T M∆=-∆ 9、已知1 mol 的某理想气体（可视为刚性分子），在等压过程中温度升高1K ，内能增加了,则气体对外做功为 ，气体吸收的热量为 。

（3分）答案：10、一定量的理性气体，从同一状态开始把其容积由0V 压缩到012V ，分别经理以下三种过程：（1）等压过程；（2）等温过程；（1）绝热过程。

其中： 过程外界对气体做功最多； 过程其体内能减小最多。

（3分）答案：绝热 等压11、在常压下，把一定量的理想气体温度升高50℃，需要160J 的热量。

在体积不变的情况下，把此气体的温度降低100℃，将放出240J 的热量，则此气体分子的自由度是 。

（3分） 答案：612、常温常压下，一定量的某种理想气体（可视为刚性分子，自由度为i ）在等压过程中吸热为Q ，对外做功为A ，内能增加为U ∆，则=Q A / ，=∆Q U / 。

（3分）答案：2/(i+2) i/(i+2)13、在相同的温度和压强下，各为单位体积的氢气（视为则性双原子分子气体）与氦气的内能之比为 。

各为单位质量的氢气与氦气的内能之比为 （3分）答案：5:314、在一绝热容器内，将不同温度的同种气体混合时，这是一个热力学 逆过程。

（3分）答案：不可15、理想气体绝热膨胀时，温度 。

而理想气体绝热真空自由膨胀时，温度 。

（3分）答案：降低 不变16、气缸内储有2.0mol 的空气，温度为027C ,若维持压强不变，而使空气的体积膨胀到原体积的3倍，则空气膨胀时所做的功 。

（3分）答案：9972J17、一定量的空气，吸收了31.7010J ⨯的热量，并保持在51.010Pa ⨯下膨胀，体积从-231.010m ⨯增加到-231.510m ⨯，空气对外做的功为 。

（3分）答案：500J18、一定量的空气，吸收了31.7010J ⨯的热量，并保持在51.010Pa ⨯下膨胀，体积从-231.010m ⨯增加到-231.510m ⨯，空气的内能的改变量为 。

（3分）答案：1200J 19、0.1kg 的水蒸气自0120C 加热升温到0140C ，在等体过程中，吸收的热量为 。

（已知水蒸气的定体摩尔热容11V,mC 27.82J mol k --=⋅⋅）（3分）答案：33.0910J ⨯ 20、0.1kg 的水蒸气自0120C 加热升温到0140C ，在等压过程中，吸收的热量为 。

（已知水蒸气的定压摩尔热容11P,mC 36.21J mol k --=⋅⋅）（3分）答案：34.010J ⨯ 热力学计算题1、一卡诺热机，工作于温度分别为27℃和127℃的两个热源之间，热机在正向循环中从高温热源吸收热量6000J ，问该热机向低温热源放出热量多少？对外做多少功？（10分） 答案：解：卡诺热机的热效率为 21125%c T T η=-=.........(4分) 12214500c Q Q Q J Q η-=⇒=(热机向低温热源放热)......(3分) 11500()c AA J Q η=⇒=（热机对外做功）.......(3分)2、如图所示，系统从状态A 沿ABC 变化到状态C 的过程中，外界有326J 的热量传递给系统，同时系统对外作功126J.当系统从状态C 沿另一曲线CA 返回到状态A 时，外界对系统作功为52J ，则此过程中系统是吸热还是放热？传递热量是多少？（10分）答案：解: 系统经ABC 过程所吸收的热量及对外所作的功 分别为326ABC Q J =,126ABC W J =.......(2分)由热力学第一定律200ABC AC ABC AC Q E W E J =∆+⇒∆=........(2分)C A → 过程：200CA E J ∆=-，52CA W J =-........(3分)252CA CA CA Q E W J =∆+=-....(2分)式中负号表示系统向外界放热252J ....(1分)难3、1mol 单原子分子理想气体的循环过程的T-V 图如图所示，其中c 点的温度为600c T K =，试求：（1）ab,bc,ca 各个过程系统吸收的热量；（2）经一循环系统所作的净功；（3）循环的效率。

（10分）答案：解:单原子分的自由度为3i =。

从图可知， ab 是等压过程，解得，300b T K =..............(1分)（1）()(1)()6232.52abp b c b c iQ C T T R T T J =-=+-=- （放热）.............(2分)()()3739.52bc v c b c b iQ C T T R T T J =-=-= （吸热）.............(2分)ln(/)3456ca c a c Q RT V V J == （吸热）.............(2分)（2）这一循环过程中总吸热为：1bc ca Q Q Q =+总放热为：1ab Q Q =净功为：12963W Q Q J =-=.............(2分) （3）1/13.4%W Q η==........(1分)4、1mol 氢气在温度为300Ｋ，体积为0.025m 3 的状态下， 经过(1)等压膨胀，(2)等温膨胀，气体的体积都变为原来的 两倍.试分别计算这两种过程中氢气对外作的功以及吸收的 热量.（10分）答案：解: (1) 等压膨胀()()32.4910J Ap A B A B A ART W p V V V V V ν=-=-=⨯.....(2分)()3,,78.7310J 2p p p m B A p m A A RQ W E C T T C T T νν=+∆=-===⨯........(3分) (2) 等温膨胀3lnln 2 1.7310CT AV W RT RT J V ν===⨯.............(2分) 等温过程0E ∆=，所以31.7310J T T Q W ==⨯.....(3分)5、如图所示，使1mol 氧气(1) 由A 等温地变到B ；(2) 由A 等体地变到C ，再由C 等压地变到B.试分别计算氧气所作的功和吸收的热量.（10分）答案：(1) 沿AB 作等温膨胀的过程中，系统作功 .....(2分)在等温过程中，氧气吸收的热量为Q AB ＝W AB ＝ ×103Ｊ.........(2分)(2) 沿A 到C 再到B 的过程中系统作功和吸热分别为W ACB ＝W AC ＋W CB ＝W CB ＝p C (V B －V C )＝×103Ｊ........(3分)Q ACB ＝W A CB ＝×103 ................(3分)难6、图(ａ)是某单原子理想气体循环过程的V －T 图，图中V C ＝2V A .试问：(1) 图中所示循环是代表制冷机还是热机？ (2) 如是正循环(热机循环)，求出其循环效率.（10分）答案：解: (1) 将V －T 图转换为相应的p －V 图，如图(ｂ)所示.图中曲线行进方向是正循环，即为热机循环.(2) 根据得到的p －V 图可知，AB 为等压膨胀过程，为吸热过程.BC 为等体降压过程，CA 为等温压缩过程，均为放热过程.故系统在循环过程中吸收和放出的热量分别为()()2,ln /V m B A A C A m m Q C T T RT V V M M=-+..........(5分) CA 为等温线，有T A ＝T C ；AB 为等压线，且因V C ＝2V A ，则有T A ＝T B /2.对单原子理想气体，其摩尔定压热容C p ，m ＝5R/2，摩尔定容热容C V ，m ＝3R/2.故循环效率为()()2121/1ln 2/5/2132ln 2/512.33A A A Q Q T T T η⎡⎤=-=-+=-+=⎢⎥⎣⎦.....(5分)7、一卡诺热机的低温热源温度为7℃，效率为40％，若要将其效率提高到50％，问高温热源的温度需提高多少？ （10分）答案：解: 设高温热源的温度分别为1T '、1T '',则有211/T T η''=-， 140%1280/T '=- 1466.7T K '=.....(4分)211/T T η''''=-， 150%1280/T ''=- 1560T K ''=......(4分)其中T 2 为低温热源温度.由上述两式可得高温热源需提高的温度为11Δ560466.793.3K T T T '''=-=-=.............(2分)8、有一以理想气体为工作物质的热机，其循环如图所示，试证明热()()1/1/12121---=p p V V γη （10分）答案：证 该热机循环的效率为CA BC Q Q Q Q η/1/112-=-=...(3分)其中Q BC ＝m /M C p,m (T C －T B )，...(2分)Q CA ＝m/M C V,m (T A －T C )， ...(2分)则上式可写为1/1/11---=---=C A CB C A B C T T T T γT T T T γη...(1分) 在等压过程BC 和等体过程CA 中分别有T B /V 1 ＝T C /V 2,T A /P 1 ＝T C /P 2, ...(1分) 代入上式得()()1/1/12121---=p p V V γη...(1分)难9、一定量的理想气体，经历如图所示的循环过程.其中AB 和CD 是等压过程，BC 和DA 是绝热过程.已知B 点温度T B ＝T 1,C 点温度T C ＝T 2.(1) 证明该热机的效率η＝1－T 2/T 1 ，(2) 这个循环是卡诺循环吗？（10分）答案：解：1CD ABQ Q η=----(2分)(),CD p m D C mQ C T T M =- ---(1分) (),ABp m B A mQ C T T M=- ---(1分) 111/1C D CD A B A BC B T T TT T T T T T T η⎛⎫⎛⎫-=-=--- ⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭---(1分) 与求证的结果比较，只需证得D AC BT T T T =.为此，对AB 、CD 、BC 、DA 分别列出过程方程如下 V A /T A ＝V B /T B V C /T C ＝V D /T DA γA D γD T V T V 11--= .........(2分)联立求解上述各式，可证得η＝1－T C /T B ＝1－T 2/T 1 .... (1分)(2)该循环不是卡诺循环..........(2分)10、如图所示，一定量的理想气体经历ACB 过程时吸热700J ，则经历ACBDA 过程时吸热又为多少？ （10分）答案：解: 由图中数据有p A V A ＝p B V B ,则A 、B 两状态温度相同，故ACB 过程内能的变化ΔE CAB ＝0，----（2分） 由热力学第一定律可得系统对外界作功 W CAB ＝Q CAB －ΔE CAB ＝Q CAB ＝700J.........(2分) 在等体过程BD 及等压过程DA 中气体作功分别为BD 0W =.....(1分)()DA A 211200J W P V V =-=-..............(2分)则在循环过程ACBDA 中系统所作的总功为J500DA BD ACB -=++=W W W W ............(1分)负号表示外界对系统作功.由热力学第一定律可得，系统在循环中吸收的总热量为J 500-==W Q ...............(2分)负号表示在此过程中，热量传递的总效果为放热.。