第十三章 热力学基础--习题集--学生版.doc

第13章 热力学基础一、简答题：1、什么是准静态过程?答案：一热力学系统开始时处于某一平衡态，经过一系列状态变化后到达另一平衡态，若中间过程进行是无限缓慢的，每一个中间态都可近似看作是平衡态，那么系统的这个状态变化的过程称为准静态过程。2、从增加内能来说，做功和热传递是等效的。但又如何理解它们在本质上的差别呢?答：做功是机械能转换为热能，热传递是热能的传递而不是不同能量的转换。3、一系统能否吸收热量，仅使其内能变化? 一系统能否吸收热量，而不使其内能变化? 答：可以吸热仅使其内能变化，只要不对外做功。比如加热固体，吸收的热量全部转换为内能升高温度；不能吸热使内能不变，否则违反了热力学第二定律。4、有人认为：“在任意的绝热过程中，只要系统与外界之间没有热量传递，系统的温度就不会改变。”此说法对吗? 为什么? 答：不对。对外做功，则内能减少，温度降低。5、分别在图、图和图上，画出等体、等压、等温和绝热过程的曲线。6、 比较摩尔定体热容和摩尔定压热容的异同。 答案：相同点：都表示1摩尔气体温度升高1摄氏度时气体所吸收的热量。不同点：摩尔定体热容是1摩尔气体，在体积不变的过程中，温度升高1摄氏度时气体所吸收的热量。摩尔定压热容是1摩尔气体，在压强不变的过程中，温度升高1摄氏度时气体所吸收的热量。两者之间的关系为7、什么是可逆过程与不可逆过程 答案：可逆过程：在系统状态变化过程中，如果逆过程能重复正过程的每一状态，而且不引起其它变化；不可逆过程：在系统状态变化过程中，如果逆过程能不重复正过程的每一状态，或者重复正过程时必然引起其它变化。8、简述热力学第二定律的两种表述。答案：开尔文表述：不可能制成一种循环工作的热机，它只从单一热源吸收热量，并使其全部变为有用功而不引起其他变化。克劳修斯表述：热量不可能自动地由低温物体传向高温物体而不引起其他变化。9、什么是第一类永动机与第二类永动机? 答案：违背热力学第一定律（即能量转化与守恒定律）的叫第一类永动机，不违背热力学第一定律但违背热力学第二定律的叫第二类永动机。10、什么是卡诺循环? 简述卡诺定理?答案：卡诺循环有4个准静态过程组成，其中两个是等温线，两个是绝热线。卡诺提出在稳度为T1的热源和稳度为T2的热源之间工作的机器，遵守两条一下结论：（1）在相同的高温热源和低温热源之间工作的任意工作物质的可逆机，都具有相同的效率。（2）工作在相同的高温热源和低温热源之间的一切不可逆机的效率都不可能大于可逆机的效率。11、什么是熵增加原理?答：一切不可逆绝热过程中的熵总是增加的，可逆绝热过程中的熵是不变的。把这两种情况合并在一起就得到一个利用熵来判别过程是可逆还是不可逆的判据熵增加原理。12、可逆过程必须同时满足哪些条件? 答：系统的状态变化是无限缓慢进行的准静态过程，而且在过程进行中没有能量耗散效应。13、判断系统的循环是否为热机循环? 如何计算热机效率?答：系统经过一个循环，如果对外做功大于对系统内部做功，即总体上系统对外做功，则循环为热机循环。热级效率等于对外做的静功除以各过程吸热量的总和，或者所有过程的吸热量减去放热量的差除以总吸热量。二、选择题1、对于理想气体的内能，下列说法中正确的是( B ):( A ) 理想气体的内能可以直接测量的。(B) 理想气体处于一定的状态，就有一定的内能。(C) 当理想气体的状态改变时，内能一定跟着变化。(D) 理想气体的内能变化与具体过程有关。2、如图：一绝热容器被隔板K隔开成ab两部分，已知a有一稀薄气体，b内为真空。抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态，在此过程中( B ):(A) 气体对外做功，内能减少。 (B) 气体不做功，内能不变。(C) 气体压强变小，温度降低。 (D) 气体压强变小，温度降低。3、对于定量的理想气体，可能发生的过程是( A ):(A) 等压压缩，温度降低 (B) 等温吸热，体积不变(C) 等容升温，放出热量 (D) 绝热压缩，内能不变4、如下图所示，某同学将空的导热良好的薄金属筒开口向下压入水中，水温均匀且恒定，筒内无空气泄漏，在被淹没的金属筒缓慢下降过程中，则( C ):(A) 从外界吸热 (B) 内能增加 (C) 向外界放热 (D) 内能减小5、“理想气体和单一热源接触作等温膨胀时，吸收的热量全部用来对外做功。”对此说法，有如下几种评论，正确的是( A ):(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) 违反热力学第一定律，也违反热力学第二定律。 6、一定量的理想气体，由平衡态A变化到平衡态B(如图)，则无论经过什么过程，系统必然( B ):(A) 对外做功 (B) 内能增加 (C) 从外界吸热 (D) 向外界放热7、对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是( D ):(A) 先等压膨胀，再等容降温，其温度必低于起始温度(B) 先等温膨胀，再等压压缩，其体积必小于起始体积(C) 先等容升温，再等压压缩，其温度一定大于起始温度 (D) 先等容加热，再绝热压缩，其内能必大于起始内能8、两个相同的刚性容器，一个盛有氢气，一个盛氦气(均视为刚性分子理想气体)。开始时它们的压强和温度都相同，现将热量传给氦气，使之升高到一定的温度，若使氢气也升高同样的温度，则应向氢气传递热量为( C )：(A) (B) (C) (D) 9、如图所示，bca为理想气体绝热过程，b1a和b2a是任意过程，则上述两过程中气体作功与吸收热量的情况是( B )：(A) b1a过程放热，作负功；b2a过程放热，作负功；(B) b1a过程吸热，作负功；b2a过程放热，作负功；(C) b1a过程吸热，作正功；b2a过程吸热，作负功； (D) b1a过程放热，作正功；b2a过程吸热，作正功；11、一定量的理想气体经历过程时吸热，且，则经历过程时，吸热为( B )：(A) (B) (C) (D) 12、有人想象了如图所示的四个理想气体的循环过程，则在理论上可以实现的为( D )：13、一台工作于温度分别为和的高温热源与低温热源之间的卡诺热机，每经历一个循环吸热，则对外作功( B )：(A) (B) (C) (D) 14、根据热力学第二定律( A )：(A) 自然界中的一切自发过程都是不可逆的(B) 不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程(C) 热量可以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(D) 任何过程总是沿着熵增加的方向进行16、根据热力学第二定律，下列说法正确的是( D )：(A) 热量可以从高温物体传给低温物体，但不可以从低温物体传给高温物体(B) 可以从单一温热源接触作等温膨胀，吸收热量全部对外做功(C) 热力学过程只能沿着熵增加的方向进行(D) 功可以全部变热，但热不以全部变成功 17、于物体内能变化，以下说法中正确的是( C )：(A) 物体对外做功，温度一定降低，内能一定减少(B) 物体吸收热量，温度一定增加，内能一定增大(C) 物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变(D) 物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变18、恒温水池中，一个气泡缓缓向上升起，在上升过程中( C )：(A) 气泡的体积不变,内能减少，放出热量(B) 气泡的体积缩小,内能不变，放出热量(C) 气泡的体积增大,内能不变，吸收热量(D) 气泡的体积不变,内能增加，吸收热量19、物体之间发生了热传递，则一定是( D )：(A) 内能大的物体向内能小的物体传递热量(B) 比热大的物体向比热小的物体传递热量(C) 含热量多的物体向含热量少的物体传递热量(D) 一个物体的分子平均动能大于另一物体的分子平均动能20、一定质量的理想气体的状态变化过程表示在如图所示的图上，气体先由a状态沿双曲线经等温过程变化到b状态，再沿与横轴平行的直线变化到c状态，a、c两点位于与纵轴平行的直线上，以下说法中正确的是( A )：(A) 由a状态至b状态过程中，气体放出热量，内能不变(B) 由b状态至c状态过程中，气体对外做功，内能减少(C) c状态与a状态相比，c状态分子平均距离较大，分子平均动能较大(D) b状态与a状态相比，b状态分子平均距离较小，分子平均动能较小21、中活塞将气缸分成甲、乙两气室，已知活塞连同拉杆是绝热的，且不漏气。以 、分别表示甲、乙两气室中气体的内能，则在将拉杆缓慢向外拉的过程中( C )：(A) 不变, 减小 (B) 增大, 不变 (C) 增大, 减小. (D) 不变, 不变三、填空题1、由卡诺定理，在相同的高温热源和低温热源之间工作的任意工作物质的可逆机，都具有相同的_效率_ ，工作在高温热源和低温热源之间的一切不可逆热机的效率都不可能_大于_可逆机的效率。2、1摩尔理想气体在等压膨胀过程中，气体吸收热量一部分_用于对外做功_，另一部分_增加气体内能_，当温度升高时比等容过程多吸收_8.31_J的热量。3、压强为，的氮气，从加热到，体积不变，吸收的热量_686J_；压强不变，吸收的热量_960J。4、氮气，在温度为，压强为时，等温地压缩到，气体放出的热量。5、质量为的氧气，温度从升到，(1) 体积不变,气体内能改变_2077.5J _、吸收的热量_2077.5J _；(2) 压强不变气体内能的改变_2908.5J_、吸收的热量、_2908.5J _。6、如图所示，一定量的的空气，从状态a沿直线变化到状态b，压强和体积如图所示，其内能的变化为_0_，该过程所做的功_3000J_，吸收的热量_3000J _。7、1摩尔的单原子理想气体，从到，压强保持不变，气体吸收热_1038J_，内能增加_623J_，做功_415J_。8. 如图所示，单原子某理想气体，压强随体积按线性变化，已知a、b两点的压强和体积，求：从，气体作功_，内能增加_，传递的热量_。9、有25mol的单原子分子某种气体，作如图所示的循环过程，为等温过程，求：过程所吸收的热量_，过程所做的功_，循环过程内能的改变_0_，循环效率_。10、一热机每秒从高温热源()，吸收热量，做功后向低温热源()放出热量，该热机的效率为_，若改热机是卡诺热机，其效率为_。11、如图所示，某一定量的气体吸收热量， 对外做功， 由状态A 沿路径1 变化到状态B，气体内能改变E= _300 J_。如气体沿路径2 回到状态A 时，外界对气体做功， 气体放出热量Q=_600J_。12、如图所示，一个热力学系统由状态A 沿ACB 变到状态B，有的热量传入系统，而系统做功。若沿ADB 过程系统做功，传入系统的热量Q=_250J_。当系统由状态B 沿曲线BA返回状态A时，外界对系统做功84J，系统是_放热_(吸热、放热),传递的热量Q= _ 292J_。13、一个卡诺循环低温热源温度为，效率为40%，若将其效率提高到50%， 问高温热源的温度应提高到_560_K？14、已知的某种理想气体（其分子可视为刚性分子）。在等压过程中温度上升，内能增加了，则气体对外作功为 ，气体吸收热量为 (普适气体常量)。15、一定量的理想气体从同一状态出来，先后分别经两个平衡过程ab和ac，b点的压强为，c点的体积为,如图所示，若两个过程中系统吸收的热量相同，则该气体的。16、在图中(如图所示)，1mol理想气体从状态沿直线到达，则此过程系统对外做的功A=，内能的增量 0 。17、气缸内贮有1 mol 单原子分子理想气体， 其温度。现将气缸缓慢加热， 使气体压强和体积按 的规律变化(为常数)。若气体膨胀到，问气体内能 ；气体对外做功 ；吸收的热量 ；此过程中气体的摩尔热容 。18、一压强为，体积为的氧气自加热到，当压强不变时，需要热量 129.8J ;当体积不变时，需要热量 93.1J .四、计算题1、气缸内贮有2.0 mol的空气，温度为，若维持压强不变，而使空气的体积膨胀到原体积的3倍，求空气膨胀时所作的功。解：根据物态方程，气缸内气体的压强,则作功为2、一定量的空气，吸收了的热量，并保持在下膨胀，体积从增加到，问空气对外作了多少功? 它的内能改变了多少? 解：该空气等压膨胀，对外作功为其内能改变为 3、的水蒸气自加热升温到，问：(1) 在等体过程中，(2) 在等压过程中，各吸收了多少热量? 根据实验测定，已知水蒸气的摩尔定压热容，摩尔定体热容。解：（1）在等体过程中吸收的热量为（2）在等压过程中吸收的热量为4、如图所示，在绝热壁的气缸内盛有1 mol的氮气，活塞外为大气，氮气的压强为，活塞面积为。从气缸底部加热，使活塞缓慢上升了0.5 m。问：(1) 气体经历了什么过程? (2) 气缸中的气体吸收了多少热量? (根据实验测定，已知氮气的摩尔定压热容，摩尔定体热容)解：（1）因活塞可以自由移动，活塞对气体的作用力始终为大气压力和活塞重力之和，容器内气体压强将保持不变。对等压过程，吸热。可由理想气体物态方程求出。由以上分析可知气体经过了等压膨胀过程。（2）吸热。其中，。由理想气体物态方程，得则 5、空气由压强为、体积为等温膨胀到压强为，然后再经等压压缩到原来体积。试计算空气所作的功。解：空气在等温膨胀过程中所作的功为空气在等压压缩过程中所作的功为利用等温过程关系，则空气在整个过程中所作的功为6、除非温度很低，许多物质的摩尔定压热容都可以用下式表示：式中a、b和c是常量，T是热力学温度。求：(1) 在恒定压强下，1 mol物质的温度从T1升高到T2时需要的热量；(2) 在温度T1和T2之间的平均摩尔热容；(3)对镁这种物质来说，若的单位为，则，。计算镁在时的热容，以及在和之间的平均值。解：（1）1 mol物质从温度T1等压升温至T2时吸热为 （2）在T2和T1间的平均摩尔热容为(3)镁在T = 300 K时的摩尔定压热容为镁在200 K和400 K之间的平均值为7、定量的刚性双原子理想气体在标准状态下体积为，求下列过程中气体吸收的热量：(1) 等温膨胀到体积为；(2) 先等体冷却，再等压膨胀到(1)中所到达的终态()解：(1) 如图，在 的等温过程中 ，(2) 等体和等压过程中A、B两态温度相同， 8、如图所示，使1 mol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。解：（1）沿AB作等温膨胀的过程中，系统作功 氧气在AB和ACB两个过程中，内能是状态的函数，其变化值与过程无关，所以这两个不同过程的内能变化是相同的，可知在等温过程中，氧气吸收的热量为（2）沿A到C再到B的过程中系统作功和吸热分别为9、1 mol氢气在温度为，体积为的状态下，经过(1) 等压膨胀；(2) 等温膨胀；(3) 绝热膨胀。气体的体积都变为原来的两倍。试分别计算这三种过程中氢气对外作的功以及吸收的热量。解：由图可知过程（1）作功最多，过程（3）作功最少，温度，而过程（3）是绝热过程，因此过程（1）和