热力学基础习题解答

本 章 要 点
1．体积功 2
1
d V V W p V =
⎰
2．热力学第一定律 21Q E E W E W =-+=∆+ d d d Q E W =+
3. 气体的摩尔热容 定容摩尔热容 2V i
C R
= 定压摩尔热容 (1)2
P i
C R =+
迈耶公式 C P =R+C V 4．循环过程 热机效率 2111Q W
Q Q η=
=- 制冷系数 22
12
Q T e W T T =
=- 5. 卡诺循环 卡诺热机效率 211
1T W
Q T η=
=- 卡诺制冷机制冷系数 22
12
Q T e W T T =
=- 6. 热力学第二定律定性表述：开尔文表述、克劳修斯表述；热力学第二定律的统计意义；
7. 熵与熵增原理 S=klnW 1
2ln W W
k S =∆≥0 2
211
d (
)Q
S S S T
∆=-=
⎰
可逆 习题10
一、选择题
10. A
二、填空题
1. 15J
2. 2/5
3. 4
1.610J ⨯
4. ||1W -； ||2W -
5. J ； J
6. 500 ；700
7. W /R ； W 2
7
8.
112
3
V p ；0
9.
22+i ; 2
+i i 10. 8.31 J ; J 三、计算题 1. -700J
2. （1）T C =100 K; T B = 300 K ． (2) 400J AB W =; W BC = 200 J; W CA =0 (3)循环中气体总吸热 Q = 200 J ．
3. (1) W da =－×103J ; (2) ΔE ab =×104 J ；
(3) 净功 W = ×103 J ； (4)η= 13％
4. （1）10%η= ；（2）4
310bc W J =⨯
习题10
一 选择题
1. 1摩尔氧气和1摩尔水蒸气（均视为刚性分子理想气体），在体积不变的情况下吸收相等的热量，则它们的：
（A ）温度升高相同，压强增加相同。

（B ）温度升高不同，压强增加不同。

（C ）温度升高相同，压强增加不同。

（D ）温度升高不同，压强增加相同 。

[ ]
2. 一定量理想气体，从状态A 开始，分别经历等压、等温、绝热三种过程（AB 、AC 、AD ），
其容积由V 1都膨胀到2V 1，其中 。

(A) 气体内能增加的是等压过程，气体内能减少的的是等温过程。

(B) 气体内能增加的是绝热过程，气体内能减少的的是等压过程。

(C) 气体内能增加的是等压过程，气体内能减少的的是绝热过程。

(D) 气体内能增加的是绝热过程，气体内能减少的的是等温过程。

[ ]
3. 如图所示，一定量的理想气体，沿着图10-17中直线从状态a ( 压强p 1 = 4 atm ，体积V 1 =2
L )变到状态b ( 压强p 2 =2 atm ，体积V 2 =4 L )．则在此过程中： （A ） 气体对外做正功，向外界放出热量． （B ） 气体对外做正功，从外界吸热． （C ） 气体对外做负功，向外界放出热量． （D ） 气体对外做正功，内能减少．
[ ]
图10-17 图10-18
4. 若在某个过程中，一定量的理想气体的内能E 随压强p 的变化关系为一直线(其延长线过
p (atm) p
P E －p 图10-18的原点)，则该过程为：
（A ） 等温过程 （B ） 等压过程 （C ） 等体过程 （D ） 绝热过程
[ ]
5. 在室温条件下，压强、温度、体积都相同的氮气和氦气在等压过程中吸收了相同的热量，则它们对外作功之比为W (氮)／W (氦)＝______.
（A ）5/9 （B ）5/7 （C ）1/1 （D ）9/5
[ ]
6. 一定量的理想气体，由初态a 经历a c b 过程到达终态b （如图10-19示），已知a 、b 两状态处于同一条绝热线上，则______.
(A ）内能增量为正，对外作功为正，系统吸热为正。

（B ）内能增量为负，对外作功为正，系统吸热为正。

（C ）内能增量为负，对外作功为正，系统吸热为负。

（D ）不能判断。

[ ]
7. 理想气体卡诺循环过程的两条绝热线下的 面积大小（图10-20中阴影部分）分别为1S 和
2S ，则二者大小关系是______.
(A)21S S > (B) 21S S < (C) 21S S = (D)无法确定
[ ]
8. 在温度分别为 327℃和27℃的高温热源和低温热源之间工作的热机，理论上的最大效率为______。

(A) 25％ (B) 50％ (C) 75％ (D) ％
[ ] 9.设高温热源的热力学温度是低温热源的热力学温度的n 倍，则理想气体在一次卡诺循环中，传给低温热源的热量是从高温热源吸取的热量的______. （A ）n 倍 （B ）n-1倍 （C ）
n 1倍 （D ）n
n 1+倍 [ ]
10. 关于热功转换和热量传递过程，有下面一些叙述：
（1）功可以完全变为热量，而热量不能完全变为功。

（2）一切热机的效率都不可能等于1。

（3）热量不能从低温物体向高温物体传递。

图10-20
（4）热量从高温物体向低温物体传递是不可逆的。

以上这些叙述______. （A ）只有（2）、（4）正确。

（B ）只有（2）、（3）、（4）正确。

（C ）只有（1）、（3）、（4）正确。

（D ）全部正确。

[ ]
二 填空题
1. 有两个相同的容器，一个盛有氦气，另一个盛有氧气（视为刚性分子），开始它们的压强和温度都相同，现将9J 的热量传给氦气，使之升高一定温度，如果使氧气也升高同样的温度，则应向氧气传递热量为 。

2. 对于室温条件下的单原子分子气体，在等压膨胀的情况下，系统对外所作之功与从外界吸收的热量之比W /Q 等于_____ _。

3. 如图10-21所示，理想气体从状态A 出发经ABCDA 循环过程回到初态A ，则在一循环中气体净吸收的热量为_____ _。

图10-21
4. 某理想气体等温压缩到给定体积时外界对气体作功|W 1|，又经绝热膨胀返回原来体积时气体对外作功|W 2|，则整个过程中气体从外界吸收的热量Q = _______ ，内能增加了E = ___________。

5. 一气缸内贮有10 mol 的单原子分子理想气体，在压缩过程中外界作功209J ，气体升温1 K ，此过程中气体内能增量为 _____ ，外界传给气体的热量为___________． (摩尔气体常量 R = J/mol· K)
6. 一定量的某种理想气体在等压过程中对外作功为 200 J ．若此种气体为单原子分子气体，
则该过程中需吸热___________ J ；若为双原子分子气体，则需吸热___________ J. 7. 有1 mol 刚性双原子分子理想气体，在等压膨胀过程中对外作功W ，则其温度变化T ＝__________；从外界吸取的热量Q p ＝____________．
8. 一定量理想气体，从A 状态 (2p 1，V 1)经历如图10-22所示的直线过程变到B 状态(2p 1，
V 2)，则AB 过程中系统作功W ＝_________；内能改变E =_________．
p 11
2
图10-22
9. 常温常压下，一定量的某种理想气体(其分子可视为刚性分子，自由度为i )，在等压过程
)
33m 4
中吸热为Q ，对外作功为W ，内能增加为E ∆，则W /Q =_________．=∆Q E / _________．
10. 已知1 mol 的某种理想气体(其分子可视为刚性分子)，在等压过程中温度上升1 K ，内能增加了 J ，则气体对外作功为____________，气体吸收热量为____________． 三 计算题
1. 如图10-23所示, 一定量的理想气体经历a c b 过程时吸热500J,则经历acbda 过程时,吸热为多少
2．一定量的某种理想气体进行如图10-24所示的循环过程．已知气体在状态A 的温度为
T A ＝300 K ，求(1) 气体在状态B 、C 的温度；(2) 各过程中气体对外所作的功； (3) 经过整个循环过程，气体从外界吸收的总热量(各过程吸热的代数和)．
p (Pa)V (m 3)
100
200300
图10-24
3．气缸内贮有36 g 水蒸汽(视为刚性分子理想气体)，经abcda 循环过程如图10-25所示．其
中a －b 、c －d 为等体过程，b －c 为等温过程，d －a 为等压过程．试求： (1) d －a 过程中水蒸气作的功W da （2） a －b 过程中水蒸气内能的增量ab （3）循环一周水蒸汽作的净功W （4） 循环效率
p (atm )
V (L)
图10-23
)103
3m -⨯
图 10-25
4. 一定量双原子分子理想气体，经历如图10-26所示循环，ab 为等压过程，经此过程系统
内能变化bc J E E a b ,1034
⨯=-为绝热过程，气体经ca 等温过程时，外界对系统作功
J 41078.3⨯.
求（1）此循环的效率. （2）bc 过程中系统作功多少
图10-26
O。