2015热力学与统计物理期中测试
热力学统计物理-基础题库
Q 一、选择题：（每题 3 分）下列选项正确的是（）.(热力学系统的平衡状态及其描述)（容易）A ． 与外界物体有能量交换但没有物质交换的系统称为绝热系统。
B ． 与外界物体既有能量交换又有物质交换的系统称为封闭系统。
C ． 与外界物体既没有能量交换又没有物质交换的系统称为孤立系统。
D ． 热力学研究的对象是单个的微观粒子。
答案：B.简单系统的物态方程的一般形式为().（物态方程）（容易）A. f ( p ,V ) = 0 ；B. f ( p ,V ,T ) = C ；C. f ( p ,V ,T ) = 0 ；D. f ( p ,V ) = C ；答案：C.下列关于状态函数的定义正确的是（）.（焓自由能吉布斯函数）（容易）A ． 系统的焓是： H = U - pV ；B ． 系统的自由能函数是： F = U + TS ；C ． 系统的吉布斯函数是： G = U - TS + pV ；D ． 系统的熵函数是： S = ；T答案：C.状态函数焓的全微分表达式为dH 为 ( ).（内能焓自由能和吉布斯函数的全微分）（中等）A. TdS - pdV ；B. TdS + Vdp ；C. -SdT - pdV ；D. -SdT + Vdp答案：B.内能函数的全微分表达式为dU 为 ( ). （内能焓自由能和吉布斯函数的全微分）（中等）A. TdS -pdV ；B. TdS +Vdp ；C. -SdT -pdV ；D. -SdT +Vdp答案：A.自由能函数的全微分表达式为dF 为 ( ). （内能焓自由能和吉布斯函数的全微分）（中等）A. TdS -pdV ；B. TdS +Vdp ；C. -SdT -pdV ；D. -SdT +Vdp答案：C.吉布斯函数的全微分表达式为dG 为 ( ). （内能焓自由能和吉布斯函数的全微分）（中等）A. TdS -pdV ；B. TdS +Vdp ；C. -SdT -pdV ；D. -SdT +Vdp答案：D.下列关于状态函数全微分正确的是（）.（内能焓自由能和吉布斯函数的全微分）（中等）A．内能: dU =TdS -pdV ；B．焓: dH =TdS -Vdp ；C．自由能: dF =-SdT +pdV ；D．吉布斯函数: dG =-SdT -Vdp ；答案：A.下面几个表达式中错误的是( ).(热量和焓)(容易).∂∂p ∂TCp =T∂TA.CVB.CV =∂U； V=∂S； V∂HC. C = ；p∂SD. ；p答案：B.下面关于热力学第零定律的表述错误的是（）。
热力学与统计物理答案(汪志诚)
第一章 热力学的基本规律习题1.1 试求理想气体的体胀系数α,压强系数β和等温压缩系数T κ。
解：由得：nRT PV = V nRTP P nRT V ==; 所以, T P nR V T V V P 11)(1==∂∂=αT PV RnT P P V /1)(1==∂∂=βP PnRT V P V V T T /111)(12=--=∂∂-=κ习题1.2 试证明任何一种具有两个独立参量的物质p T ,,其物态方程可由实验测得的体胀系数α及等温压缩系数T κ,根据下述积分求得:⎰-=)(ln dp dT V T κα如果1Tα=1T p κ= ,试求物态方程。
解： 因为0),,(=p V T f ,所以,我们可写成),(p T V V =,由此, dp p V dT T V dV T p )()(∂∂+∂∂=, 因为T T p pVV T V V )(1,)(1∂∂-=∂∂=κα 所以, dp dT VdVdp V dT V dV T T κακα-=-=,所以, ⎰-=dp dT V T καln ,当p T T /1,/1==κα.CT pV pdpT dT V =-=⎰:,ln 得到 习题 1.3测得一块铜块的体胀系数和等温压缩系数分别为1510*85.4--=K α和1710*8.7--=n T p κ，T κα,可近似看作常量，今使铜块加热至10°C 。
问（1压强要增加多少n p 才能使铜块体积不变？（2若压强增加100n p ，铜块的体积改多少 解：分别设为V xp n ∆;，由定义得：74410*8.7*10010*85.4;10*858.4----=∆=V x T κ所以，410*07.4,622-=∆=V p x n习题 1.4描述金属丝的几何参量是长度L ，力学参量是张力η，物态方程是0),,(=T L f η实验通常在n p 1下进行，其体积变化可忽略。
线胀系数定义为ηα)(1TL L ∂∂=等杨氏摸量定义为T L A L Y )(∂∂=η其中A 是金属丝的截面积，一般说来，α和Y 是T 的函数，对η仅有微弱的依赖关系，如果温度变化范不大，可看作常数。
热力学与统计物理.pdf
单选题1.一级相变和二级相变的特点()A.所有物理性质都发生突变B.化学势一阶偏导数发生突变为一级相变，二阶偏导数发生突变为二级相变C.只有比容发生突变的为一级相变，比热发生突变为二级相变D.只有比热发生突变的为一级相变，比容发生突变为二级相变答案:B2.容器中储有1摩尔理想气体，温度T为27度，则分子平均平动动能为（）A.3403JB.3739JC.2493JD.6232J答案:B3.系统与系综的关系是：()A.系综是大量结构相同，宏观约束条件相同系统的集合B.系综是大量不同结构，但宏观约束条件相同系统的集合C.系统和系综都是宏观存在的实际物体D.系统和系综完全是一回事，只是在统计物理中不同的称谓答案:A4.在体系温度恒定的变化过程中，体系与环境之间：A.一定产生热交换B.一定不产生热交换C.不一定产生热交换D.温度恒定与热交换无关答案:C5.描述热力学系统无序程度的状态参量熵S与热力学概率W间满足玻耳兹曼关系式为：A.S=klnWB.S=-klnWC.S=lnWD.S=1/lnW答案:A6.某理想气体,初态温度为T,体积为V,先绝热变化使体积变为2V,再等容变化使温度恢复到T,最后等温变化使气体回到初态,则整个循环过程中,气体A.向外界放热.B.从外界吸热.C.对外界做正功.D.内能减少.答案:B7.某体系等压过程A→B的焓变∆H与温度T无关，则该过程的：（）A.∆U与温度无关；B.∆S与温度无关；C.∆A与温度无关；D.∆G与温度无关。
答案:B8.一可逆的卡诺热机在27℃及127℃的两个热源之间操作，其最大理论效率为多少？A.79B.75C.25D.21答案:C9.玻色-爱因斯坦凝集()A.只有绝对零度时才能发生B.没有激发态粒子C.气体分子间平均距离极小于它的热波长D.气体分子间平均距离极大于它的热波长答案:C10.微正则系综是()A.一种假设B.正则运动方程的解C.经典力学描述的系统D.量子力学描述的系统答案:A11.一密闭系统吸收100焦耳之热量，并同时外界作功40焦耳，則其內能变化量？A.增加140JB.減少140JC.減少60JD.增加60J答案:D12.体系的微观性质和宏观性质是通过（）联系起来的。
热力学与统计物理复习总结级相关试题
热⼒学与统计物理复习总结级相关试题《热⼒学与统计物理》考试⼤纲第⼀章热⼒学的基本定律基本概念：平衡态、热⼒学参量、热平衡定律温度，三个实验系数（α，β，T κ）转换关系，物态⽅程、功及其计算，热⼒学第⼀定律（数学表述式）热容量（C ，C V ，C p 的概念及定义），理想⽓体的内能，焦⽿定律，绝热过程及特性，热⼒学第⼆定律（⽂字表述、数学表述），可逆过程克劳修斯不等式，热⼒学基本微分⽅程表述式，理想⽓体的熵、熵增加原理及应⽤。
综合计算：利⽤实验系数的任意⼆个求物态⽅程，熵增（ΔS ）的计算。
第⼆章均匀物质的热⼒学性质基本概念：焓（H），⾃由能F ，吉布斯函数G 的定义，全微公式，麦克斯韦关系（四个）及应⽤、能态公式、焓态公式，节流过程的物理性质，焦汤系数定义及热容量（Cp ）的关系，绝热膨胀过程及性质，特性函数F 、G ，空窖辐射场的物态⽅程，内能、熵，吉布函数的性质。
综合运⽤：重要热⼒学关系式的证明，由特性函数F 、G 求其它热⼒学函数（如S 、U 、物态⽅程）第三章、第四章单元及多元系的相变理论该两章主要是掌握物理基本概念：k ），相格，量⼦态数。
（l l a ω=l e βε-），f s ，P l ，P s 综合运⽤： V m ，平均速度V 综合运⽤：（n+21）基本概念：（f s=1），费⽶能量µ均能量ε的计算。
第九章系综理论基本概念：Γ空间的概念，微正则分布的经典表达式、量⼦表达式，正则分布的表达式，正则配分函数的表达式。
经典正则配分函数。
不作综合运⽤要求。
四、考试题型与分值分配1、题型采⽤判断题、单选题、填空题、名词解释、证明题及计算题等六种形式。
2、判断题、单选题占24％，名词解释及填空题占24％，证明题占10％，计算题占42％。
《热⼒学与统计物理》复习资料⼀、单选题1、彼此处于热平衡的两个物体必存在⼀个共同的物理量，这个物理量就是（）①态函数②内能③温度④熵2、热⼒学第⼀定律的数学表达式可写为（）①W Q U U A B +=-②W Q U U B A +=- ③WQ U U A B -=-④WQ U U B A -=-3、在⽓体的节流过程中，焦汤系数µ=）（1-αT C V P ，若体账系数T 1>α，则⽓体经节流过程后将（）①温度升⾼②温度下降③温度不变④压强降低4、空窖辐射的能量密度u 与温度T 的关系是（）①3aT u =②T aV u 3=③4aVT u =④4aT u = 5、熵增加原理只适⽤于（）①闭合系统②孤⽴系统③均匀系统④开放系统6、在等温等容的条件下，系统中发⽣的不可逆过程，包括趋向平衡的过程，总是朝着（）①G 减少的⽅向进⾏②F 减少的⽅向进⾏③G78①3②2③19①≥LTζθ10111213141516、描述N ①617①Z P l 11＝18、T ＝0k F ①平均动量②最⼤动量③最⼩动量④总动量19、光⼦⽓体处于平衡态时，分布在能量为εs 的量⼦态s 的平均光⼦数为（）①11-+seβεα②11-KTeω③11++seβεα④11+KT20、由N 个单原⼦分⼦构成的理想⽓体，系统的⼀个微观状态在Γ空间占据的相体积是（）①Nh 3②Nh 6③3h ④6h21、服从玻⽿兹曼分布的系统的⼀个粒⼦处于能量为εs 的量⼦态S 的概率是（）①se NP s βεα--=1②se P s βεα--=③se N P s βε-=1④se P s βε-=22、在T ＝0K 时，由于泡利不相容原理限制，⾦属中⾃由电⼦从能量ε＝0状态起依次填充之µ(0)为⽌，µ(0)称为费⽶能量，它是0K 时电⼦的（）①最⼩能量②最⼤能量③平均能量④内能23、平衡态下，温度为T 时，分布在能量为εs 的量⼦态s 的平均电⼦数是（）①11-=-KT us e f ε②11+=KT s e f ε③11+=-KTu s e f ④11+=u s e f ε 24、描述N①125①1>αe 26、由N ①h ②h 27、由N ①h ②h 28①329①330①s ρ⼆、判断题1（）2、在P-V 34567891011121314、玻⾊系统的粒⼦是不可分辨的，且每⼀个体量⼦态最多能容纳⼀个粒⼦。
热力学与统计物理习题
T
D 与温度有关。 试求电路为闭路 E
4Hale Waihona Puke 温度的函数。今忽略弹簧的热膨胀，试证明弹簧的自由能 F 、熵 S 和内能 U 的表达式 分别为
1 2 Ax ， 2 1 dA ； S T , x S T , 0 x 2 2 dT
F T , x F T , 0
1 dA 2 U T , x U T , 0 A T x 。 dT 2
1 L ， L T J L J ， A L T
等温杨氏模量定义为： Y
其中 A 是金属丝的截面。一般说来， 和 Y 是 T 的函数，对 J 仅有微弱的依赖关系。 如果温度变化范围不大，可以看作常数。假设金属丝两端固定。试证明，当温度由 T1 降 至 T2 时，其张力的增加为 J YA T2 T1 。 1.6、 （1.5）一理想弹性物质的物态方程为 J bT
理想气体，求此气体的物态方程。 补充题：测得某顺磁物质的
磁化强度， C 为常数。试求此顺磁物质的物态方程。 力学参量是张力 J ， 物态方程是 f J , L, T 0 ， 1.5、 （1.4） 描述金属丝的几何参量是长度 L ， 实验通常在大气压下进行，其体积变化可以忽略。 线胀系数定义为：
PV f T ， U U T ，
试根据热力学理论，讨论该气体的物态方程可能具有什么形式。 2.8、 （2.9）证明
热力学统计物理圈题及答案
1.1 试求理想气体的体胀系数α,压强系数β和等温压缩系数κT 。
解：已知理想气体的物态方程为,pV nRT =（1）由此易得11,p V nR V T pV Tα∂⎛⎫=== ⎪∂⎝⎭ （2） 11,V p nR p T pV Tβ∂⎛⎫=== ⎪∂⎝⎭ （3） 2111.T T V nRT V p V p pκ⎛⎫⎛⎫∂⎛⎫=-=--= ⎪ ⎪⎪∂⎝⎭⎝⎭⎝⎭ （4）1.2 证明任何一种具有两个独立参量,T p 的物质，其物态方程可由实验测得的体胀系数α及等温压缩系数κT ，根据下述积分求得：()ln TV =αdT κdp -⎰如果11,T Tpακ==，试求物态方程。
解：以,T p 为自变量，物质的物态方程为(),,V V T p =其全微分为.p TV V dV dT dp T p ⎛⎫∂∂⎛⎫=+ ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ （1）全式除以V ，有11.p TdV V V dT dp VV T V p ⎛⎫∂∂⎛⎫=+ ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ 根据体胀系数α和等温压缩系数T κ的定义，可将上式改写为.T dV dT dp Vακ=- （2）上式是以,T p 为自变量的完整微分，沿一任意的积分路线积分，有()ln .TV dT dp ακ=-⎰ （3）若11,T Tpακ==，式（3）可表为11ln .V dT dp Tp ⎛⎫=- ⎪⎝⎭⎰ （4） 选择图示的积分路线，从00(,)T p 积分到()0,T p ，再积分到（,T p），相应地体积由0V 最终变到V ，有ln =lnln,V T p V T p -即000p V pV CTT ==（常量），或.p V C T=（5）式（5）就是由所给11,T Tpακ==求得的物态方程。
确定常量C 需要进一步的实验数据。
1.12 假设理想气体的pV CC γ和之比是温度的函数，试求在准静态绝热过程中T V 和的关系，该关系式中要用到一个函数()F T ，其表达式为()ln ()1dTF T Tγ=⎰-解：根据式（1.8.1），理想气体在准静态绝热过程中满足0.V C dT pdV += （1）用物态方程pVnRT=除上式，第一项用nR T 除，第二项用pV 除，可得0.V C dT dV nR TV+=（2）利用式（1.7.8）和（1.7.9），,,p V p VC C nR C C γ-==可将式（2）改定为10.1dTdV TVγ+=- （3）将上式积分，如果γ是温度的函数，定义1ln (),1dTF T Tγ=-⎰ （4）可得1ln ()ln F T V C +=（常量）， （5）或()F T V C=（常量）。
热力学统计物理习题
热力学统计物理习题第一章1.2 证明任何一种具有两个独立参量,T p 的物质，其物态方程可由实验测得的体胀系数α及等温压缩系数κT ，根据下述积分求得：()ln TV =αdT κdp -⎰如果11,T Tpακ==，试求物态方程。
解：以,T p 为自变量，物质的物态方程为(),,V V T p =其全微分为.p TV V dV dT dp T p ⎛⎫∂∂⎛⎫=+ ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ （1） 全式除以V ，有11.p TdV V V dT dp VV T V p ⎛⎫∂∂⎛⎫=+ ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ 根据体胀系数α和等温压缩系数T κ的定义，可将上式改写为.T dV dT dp Vακ=- （2）上式是以,T p 为自变量的完整微分，沿一任意的积分路线积分，有()ln .TV dT dp ακ=-⎰ （3）若11,T Tpακ==，式（3）可表为11ln .V dT dp Tp ⎛⎫=- ⎪⎝⎭⎰ （4） 选择图示的积分路线，从00(,)T p 积分到()0,T p ，再积分到（,T p ），相应地体积由0V 最终变到V ，有ln=lnln,V T p V T p -即000p V pV C TT ==（常量）， 或.pV CT = （5）式（5）就是由所给11,T Tpακ==求得的物态方程。
确定常量C 需要进一步的实验数据。
1.7 抽成真空的小匣带有活门，打开活门让气体冲入，当压强达到外界压强0p 时将活门关上，试证明：小匣内的空气在没有与外界交换热量之前，它的内能U 与原来在大气中的内能0U 之差为000U U p V -=，其中0V 是它原来在大气中的体积，若气体是理想气体，求它的温度与体积。
解：将冲入小匣的气体看作系统。
系统冲入小匣后的内能U 与其原来在大气中的内能0U 由式（1.5.3）0U U W Q -=+ （1）确定。
由于过程进行得很迅速，过程中系统与外界没有热量交换，0.Q = 过程中外界对系统所做的功可以分为1W 和2W 两部分来考虑。
热力学与统计物理答案汪志诚
热力学与统计物理答案(汪志诚) 第一章热力学的基本规律1.1 热力学系统的平衡态及其描述1.什么是热力学系统？热力学系统有哪些分类？答：热力学系统是指由大量相互作用的粒子组成的集合体，可以用一些宏观物理量来描述其状态。
热力学系统可以分为孤立系统、封闭系统和开放系统。
2.什么是热力学平衡态？热力学平衡态有哪些性质？答：热力学平衡态是指在没有外界影响的情况下，系统的宏观性质不随时间变化的状态。
热力学平衡态具有均匀性、各向同性和稳定性等性质。
3.如何描述热力学系统的状态？常用的状态参量有哪些？答：热力学系统的状态可以用一组状态参量来描述，常用的状态参量有体积、温度、压力和熵等。
1.2 热力学第零定律温度1.热力学第零定律的内容是什么？如何理解？答：热力学第零定律的内容是：如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡(温度相同)，则它们彼此也必定处于热平衡。
这个定律说明了温度是描述热力学系统状态的一个重要参量，也是进行热交换的驱动力。
2.什么是温度？温度有哪些性质？答：温度是描述热力学系统状态的一个宏观参量，表示系统的冷热程度。
温度具有可加性和可比较性等性质，可以用温度计来测量。
3.温度与微观粒子运动的关系是什么？答：温度与微观粒子运动的关系可以通过麦克斯韦-玻尔兹曼分布来描述。
在一定温度下，系统中微观粒子的速度分布服从麦克斯韦-玻尔兹曼分布，粒子的平均动能与温度成正比。
1.3 热力学第一定律能量守恒定律1.热力学第一定律的内容是什么？如何理解？答：热力学第一定律的内容是：物体内能的增加等于物体吸收的热量和对物体所作的功的总和。
这个定律说明了能量守恒和转换的规律，即能量既不会凭空产生也不会凭空消失，只会从一种形式转换成另一种形式。
2.什么是内能？内能有哪些性质？答：内能是指热力学系统中所有微观粒子的动能和势能之和。
内能是一个状态函数，具有可加性和单调性等性质。
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2014-2015第一学期《热力学与统计物理》期中测试
一、单选题（每题2分）
1、彼此处于热平衡的两个物体必存在一个共同的物理量，这个物理量就是（ ）
A.态函数 B.内能 C.温度 D.熵
2、下列过程中为可逆过程的是（ ）
A.准静态过程 B.气体绝热自由膨胀过程 C.无摩擦的准静态过程 D.热传导
过程
3、在气体的节流过程中，焦汤系数=）（1TCVP，若体账系数，则
气体经节流过程后将（ ）
A.温度升高 B.温度下降 C.温度不变 D.压强降低
4、空窖辐射的能量密度u与温度T的关系是（ ）
A.3aTu B.TaVu3 C.4aVTu D.4aTu
5、熵增加原理只适用于（ ）
A.闭合系统 B.孤立系统 C.均匀系统 D.开放系统
6、在等温等容的条件下，系统中发生的不可逆过程，包括趋向平衡的过程，总
是朝着（ ）
A.G减少的方向进行 B.F减少的方向进行
C.G增加的方向进行 D.F增加的方向进行
7、从微观的角度看，气体的内能是（ ）
A.气体中分子无规运动能量的总和
B.气体中分子动能和分子间相互作用势能的总和
C.气体中分子内部运动的能量总和
D.气体中分子无规运动能量总和的统计平均值
8、气体在经准静态绝热过程后将（ ）
A.保持温度不变 B.保持压强不变 C.保持焓不变 D.保持熵不变
9、理想气体的某过程服从PVr＝常数，此过程必定是（ ）
A.等温过程 B.等压过程 C.绝热过程 D.多方过程
10、理想气体在节流过程前后将（ ）
A.压强不变 B.压强降低 C.温度不变 D.温度降低
二、判断题（每题1分）
1、无摩擦的准静态过程有一个重要的性质，即外界在准静态过程中对系统的作
用力，可以用描写系统平衡状态的参量表达出来。（ ）
2、在P-V图上，绝热线比等温线陡些，是因为r=1VPCC。（ ）
3、理想气体放热并对外作功而压强增加的过程是不可能的。（ ）
4、功变热的过程是不可逆过程，这说明热要全部变为功是不可能的。（ ）
5、绝热过程方程对准静态过程和非准表态过程都适用。（ ）
6、在等温等容过程中，若系统只有体积变化功，则系统的自由能永不增加。（ ）
7、当孤立系统达到平衡态时，其熵必定达到极大值。（ ）
8、固相、液相、气相之间发生一级相变时，有相变潜热产生，有比容突变。
9、所有工作于两个一定温度之间的可逆热机，其效率不相等。（ ）
T
1
三、填空题（每题1分）
1．孤立系统的熵增加原理可用公式表示 。
2、一孤立的单元两相系，若用指标α、β表示两相，则系统平衡时，其相变平
衡条件可表示为 。
3、热力学系统 由初始状态过渡到平衡态所需的时间称
为 。
4、热力学第二定律告诉我们，自然界中与热现象有关的实际过程都
是 。
5、热力学第二定律的普遍数学表达式为 。
6、克拉珀珑方程vTLdTdP中，L的意义表示1mol物质在温度不变时由相转
变到相时所吸收的 。
7、如果某一热力学系统与外界有物质和能量的交换，则该系统称
为 。
8、单元系开系的热力学微分方程dU= 。
9、在s、v不变的情形下，平衡态的 最小。
10、在T、V不变的情形下，可以利用 作为平衡判据。
11、单元系相图中的曲线称为 ，其中汽化曲线的终
点称为 。
四、名词解释（每题4分，共20分）
1、热力学平衡态 2、可逆过程 3、绝热过程
4、特性函数 5、熵增加原理
六、计算题：（每题8分，共40分）
1、已知某热力学系统的特性函数F＝431avT，式中为常数。试求该系统的熵
s和物态方程。
2、实验测得某气体的体胀系数和等温压缩系数分别为VaPPVnRT1,，式
中n，R，a均为常数。试求该气体的物态方程。
3、已知1mol范德瓦耳斯气体的物态方程为2vabvRTP，试求气体从体积v
1
等温膨胀到v2时的熵变Δs。
4、已知某系统的内能和物态方程分别为UPVbVTU31,4，其中b为常数。
设0K时的熵S0=0，试求系统的熵。
5、已知理想气体的摩尔自由能f=(CV－S0)T－CVTlnT－RTlnV+f0,试求该气体的摩
尔熵。