大学物理《热学》期末复习试卷卷.doc

热学 1 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、内能的增量和对外作的功三者均为负值？ (A) 等体降压过程 (B) 等温膨胀过程 (C) 绝热膨胀过程 (D) 等压压缩过程 (D) 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) 91.74 (B) 一定量的理想气体，起始温度为T，体积为V0后经历绝热过程，体积变为2 V0再经过等压过程，温度回升到起始温度最后再经过等温过程，回到起始状态则在此循环过程中 (A) 气体从外界净吸的热量为负值 (B) 气体对外界净作的功为正值 (C) 气体从外界净吸的热量为正值 (D) 气体内能减少 (A) 质量一定的某种理想气体， (1) 对等压过程来说，气体的密度随温度的增加而_成反比地减小_，并绘出曲线 (2) 对等温过程来说，气体的密度随压强的增加而_成正比地增加_，并绘出曲线1 mol的单原子分子理想气体，在1 atm的恒定压强下，从0加热到100，则气体的内能改变了_1.25103 _J(普适气体常量R8.31 Jmol-1K-1 ) 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20.78 J，则气体对外作功为_8.31 J _，气体吸收热量为_29.09 J _ (普适气体常量) 两个相同的容器装有氢气，以一细玻璃管相连通，管中用一滴水银作活塞，如图所示当左边容器的温度为 0、而右边容器的温度为20时，水银滴刚好在管的中央试问，当左边容器温度由 0增到 5、而右边容器温度由20增到30时，水银滴是否会移动？如何移动？ 解：据力学平衡条件，当水银滴刚好处在管的中央维持平衡时，左、右两边氢气的压强相等、体积也相等，两边气体的状态方程为： p1V1=(M1 / Mmol)RT1 ， p2V2=(M2 / Mmol)RT2 由p1= p2得：V1 / V2= (M1 / M2)(T1 / T2) 开始时V1= V2，则有M1 / M2= T2/ T1293/ 273 当温度改变为278 K，303 K时，两边体积比为 0.9847 h2 ,W1 = W2 (C) h1 =h2 ,W1 W2(D) h1 =h2 ,W1 TM 因而EDEM 0 由图可知 WCD WCM QCD0CD过程为吸热过程 试根据热力学第二定律证明两条绝热线不能相交 证：设pV图上某一定量物质的两条绝热线S1和S2可能相交，若引入等温线T与两条绝热线构成一个正循环，如图所示，则此循环只有一个热源而能做功(图中循环曲线所包围的面积)，这违反热力学第二定律的开尔文叙述所以，这两条绝热线不可能相交 下列过程是否可逆，为什么？ (1) 通过活塞(它与器壁无摩擦)，极其缓慢地压缩绝热容器中的空气； (2) 用旋转的叶片使绝热容器中的水温上升(焦耳热功当量实验) 答：(1) 该过程是无摩擦的准静态过程，它是可逆的 (2) 过程是有摩擦的非准静态过程，所以是不可逆的 热学 3 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、内能的增量和对外作的功三者均为负值？ (A) 等体降压过程 (B) 等温膨胀过程 (C) 绝热膨胀过程 (D) 等压压缩过程 D 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) 91.74 B 一定量的理想气体，起始温度为T，体积为V0后经历绝热过程，体积变为2 V0再经过等压过程，温度回升到起始温度最后再经过等温过程，回到起始状态则在此循环过程中 (A) 气体从外界净吸的热量为负值 (B) 气体对外界净作的功为正值 (C) 气体从外界净吸的热量为正值 (D) 气体内能减少 A 1 mol的单原子分子理想气体，在1 atm的恒定压强下，从0加热到100，则气体的内能改变了_1.25103_J(普适气体常量R8.31 Jmol-1K-1 ) 容积为20.0 L(升)的瓶子以速率v200 ms-1匀速运动，瓶子中充有质量为100g的氦气设瓶子突然停止，且气体的全部定向运动动能都变为气体分子热运动的动能，瓶子与外界没有热量交换，求热平衡后氦气的温度、压强、内能及氦气分子的平均动能各增加多少?(摩尔气体常量R8.31 Jmol-1K-1，玻尔兹曼常量k1.3810-23 JK-1) 解：定向运动动能，气体内能增量，i3 按能量守恒应有： = (1) 6.42 K (2) 6.6710-4 Pa (3) 2.00103 J (4) 1.3310-22 J 汽缸内有2 mol氦气，初始温度为27，体积为20 L(升)，先将氦气等压膨胀，直至体积加倍，然后绝热膨涨，直至回复初温为止把氦气视为理想气体试求： (1) 在pV图上大致画出气体的状态变化过程 (2) 在这过程中氦气吸热多少？ (3) 氦气的内能变化多少？ (4) 氦气所作的总功是多少？ (普适气体常量R=8.31 )解：(1) pV图如图 (2) T1(27327) K300 K 据 V1/T1=V2/T2， 得 T2 = V2T1/V1600 K Q =n Cp(T2-T1) = 1.25104 J (3) DE0 (4) 据 Q = W + DE WQ1.25104 J 1 mol理想气体在T1 = 400 K的高温热源与T2 = 300 K的低温热源间作卡诺循环（可逆的），在400 K的等温线上起始体积为V1 = 0.001 m3，终止体积为V2 = 0.005 m3，试求此气体在每一循环中(1) 从高温热源吸收的热量Q1(2) 气体所作的净功W(3) 气体传给低温热源的热量Q2解：(1) J (2) . J (3) J 1 mol单原子分子的理想气体，经历如图所示的可逆循环，联结ac两点的曲线的方程为, a点的温度为T0(1) 试以T0 , 普适气体常量R表示、过程中气体吸收的热量。(2) 求此循环的效率。(提示：循环效率的定义式=1- Q2 /Q1， Q1为循环中气体吸收的热量，Q2为循环中气体放出的热量。)解：设a状态的状态参量为p0, V0, T0，则pb=9p0, Vb=V0, Tb=(pb/pa)Ta=9T0 pc Vc =RTc Tc = 27T0 (1) 过程 过程 Qp = C p(Tc Tb ) = 45 RT0 过程 (2) 设大气为理想气体，大气随高度的膨胀可视为准静态绝热过程，并且大气处于力学平衡态试推证大气温度T随高度z变化的关系为 式中g为空气的比热容比，Mmol为摩尔质量，R为普适气体常量 证：设大气的密度为r，在高度z处的压强为p，z+dz处压强为p+dp，则有 p(p+dp) =gdz 得 因为绝热，故有 pV=C，Vdp +pV-1dV= 0 又 ， 由、两式消去dV得 由、两式得 热学 1 三个容器A、B、C中装有同种理想气体，其分子数密度n相同，而方均根速率之比为124，则其压强之比为： (A) 124 (B) 148 (C) 1416 (D) 421 (C) 若理想气体的体积为V，压强为p，温度为T，一个分子的质量为m，k为玻尔兹曼常量，R为普适气体常量，则该理想气体的分子数为： (A) pV / m (B) pV / (kT) (C) pV / (RT) (D) pV / (mT) (B) 在容积V410-3 m3的容器中，装有压强P5102 Pa的理想气体，则容器中气体分子的平动动能总和为 (A) 2 J (B) 3 J (C) 5 J (D) 9 J (B) 在标准状态下体积比为12的氧气和氦气（均视为刚性分子理想气体）相混合，混合气体中氧气和氦气的内能之比为 (A) 12 (B) 56 (C) 53 (D) 103 (B) 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Ep图的原点)，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 (C) 玻尔兹曼分布律表明：在某一温度的平衡态， (1) 分布在某一区间(坐标区间和速度区间)的分子数，与该区间粒子的能量成正比 (2) 在同样大小的各区间(坐标区间和速度区间)中，能量较大的分子数较少；能量较小的分子数较多 (3) 在大小相等的各区间(坐标区间和速度区间)中比较，分子总是处于低能态的概率大些 (4) 分布在某一坐标区间内、具有各种速度的分子总数只与坐标区间的间隔成正比，与粒子能量无关 以上四种说法中， (A) 只有(1)、(2)是正确的 (B) 只有(2)、(3)是正确的 (C) 只有(1)、(2)、(3)是正确的 (D) 全部是正确的 (B) 气缸内盛有一定量的氢气(可视作理想气体)，当温度不变而压强增大一倍时，氢气分子的平均碰撞频率和平均自由程的变化情况是： (A) 和都增大一倍 (B) 和都减为原来的一半 (C) 增大一倍而减为原来的一半 (D) 减为原来的一半而增大一倍 (C) 一定量的理想气体，在体积不变的条件下，当温度降低时，分子的平均碰撞频率和平均自由程的变化情况是： (A) 减小，但不变 (B) 不变，但减小 (C) 和都减小 (D) 和都不变 (A) 气体在状态变化过程中，可以保持体积不变或保持压强不变，这两种过程 (A) 一定都是平衡过程 (B) 不一定是平衡过程 (C) 前者是平衡过程，后者不是平衡过程 (D) 后者是平衡过程，前者不是平衡过程 (B) 置于容器内的气体，如果气体内各处压强相等，或气体内各处温度相同，则这两种情况下气体的状态 (A) 一定都是平衡态 (B) 不一定都是平衡态 (C) 前者一定是平衡态，后者一定不是平衡态 (D) 后者一定是平衡态，前者一定不是平衡态 (B) 一定量的理想气体，其状态改变在pT图上沿着一条直线从平衡态a到平衡态b(如图) (A) 这是一个膨胀过程(B) 这是一个等体过程(C) 这是一个压缩过程(D) 数据不足，不能判断这是那种过程 (C) 有人设计一台卡诺热机(可逆的)每循环一次可从 400 K的高温热源吸热1800 J，向 300 K的低温热源放热 800 J同时对外作功1000 J，这样的设计是 (A) 可以的，符合热力学第一定律 (B) 可以的，符合热力学第二定律 (C) 不行的，卡诺循环所作的功不能大于向低温热源放出的热量 (D) 不行的，这个热机的效率超过理论值 (D) 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热量的 (A) n倍 (B) n1倍(C) 倍 (D) 倍 (C) “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) 违反热力学第一定律，也违反热力学第二定律 (C) 一定量的理想气体向真空作绝热自由膨胀，体积由V1增至V2，在此过程中气体的 (A) 内能不变，熵增加 (B) 内能不变，熵减少 (C) 内能不变，熵不变 (D) 内能增加，熵增加 (A) 气缸中有一定量的氮气(视为刚性分子理想气体)，经过绝热压缩，使其压强变为原来的2倍，问气体分子的平均速率变为原来的几倍？ (A) 22/5 (B) 22/7 (C) 21/5 (D) 21/7 (D) 某理想气体状态变化时，内能随体积的变化关系如图中AB直线所示AB表示的过程是 (A) 等压过程 (B) 等体过程 (C) 等温过程 (D) 绝热过程 (A) 某理想气体在温度为27和压强为1.010-2 atm情况下，密度为 11.3 g/m3，则这气体的摩尔质量Mmol_ 27.8 g/mol _(普适气体常量R8.31 Jmol-1K-1) 在无外力场作用的条件下，处于平衡态的气体分子按速度分布的规律，可用_麦克斯韦_分布律来描述如果气体处于外力场中，气体分子在空间的分布规律，可用_玻尔兹曼_分布律来描述 图示氢气分子和氧气分子在相同温度下的麦克斯韦速率分布曲线则氢气分子的最概然速率为_4000 ms-1 _，氧分子的最概然速率为_1000 ms-1 _设容器内盛有质量为M1和质量为M2的两种不同单原子分子理想气体，并处于平衡态，其内能均为E则此两种气体分子的平均速率之比为 右图为一理想气体几种状态变化过程的pV图，其中MT为等温线，MQ为绝热线，在AM、BM、CM三种准静态过程中： (1) 温度升高的是_ BM、CM _过程； (2) 气体吸热的是_ CM _过程 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_500_ J；若为双原子分子气体，则需吸热_700_ J. 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)，在等压过程中吸热为Q，对外作功为W，内能增加为，则 W/Q=_ _ 如图所示，绝热过程AB、CD，等温过程DEA， 和任意过程BEC，组成一循环过程若图中ECD所包围的面积为70 J，EAB所包围