度物理学1011班热学考试试卷11

襄樊学院期末考试试题《热学》考试范围所有教学章节内容命题人刘洋洋院系物理与电子工程学院考试形式自拟自解课程类别必修学期10112适用专业物理学姓名刘洋洋考题题号一二三四最终得分班级物理学1011满分20202040学号2010110119评阅人柳露最后得分综合评分80本题得分一、选择题（从下列各题四个备选答案中选出一个正确答案，并将其代号写在题干前面的括号内。每小题4分，共20分。)1、关于温度的定义有下列几种说法：（1）气体温度是分子平均平动动能的量度（2）气体的温度是大量气体分子热运动的集体表现，具有统计意义（3）温度的高低反映物质内部分子运动剧烈程度的不同（4）从微观上看，气体的温度表示每个气体分子的冷热程度上面说法正确的是（B）A.（1）、（2）、（4）B.（1）、（2）、（3）C.（2）、（3）、（4）D.四种说法都对提示:由公式kT=mv2可知，气体的温度是气体分子平均平动动能的量度，是大量气体分子热运动的集体表现，具有统计意义，对于个别分子说它的温度是没有意义的。按照麦克斯韦分子速率分布定律，具有最概然速率的分子其动能为（C）A、B、C、D、提示：最概然速率Vp=,具有的分子的动能为：P2，化简可以得到：Vp=3、“理想气体和单一热源接触做等温膨胀时，吸收的热量全部用来对外做功。”对此说法有如下几种评论，其中正确的是（C）A、不违反热力学第一定律，但违反热力学第二定律B、违反热力学第一定律，但不违反热力学第二定律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提示：热力学第一定律也就是能量守恒定律。一个热力学系统的内能增量等于外界向他传递的热量与外界对他做功的和。热力学第二定律：不可能从单一热源吸取热量，并将这热量变为功，而不产生其他影响。4、下列理想气体各种过程中，那个过程是可能发生的（D）A、内能减小的等容加热过程B、吸收热量的等温压缩过程C、吸收热量的等压压缩过程D、内能增加的绝热压缩过程提示：由热力学第一定律即能量守恒定律来判断5排版不整齐、一绝热容器被隔板分成两半，一半真空，另一半为理想气体，若把隔板抽出，气体将进行自由膨胀，达到平衡后，则（A）排版不整齐A、温度不变，熵增加B、温度升高，熵增加C、温度降低，熵增加D、温度不变，熵不变提示：对温度，因为Q不变，W=0，所以由热力学第一定律可知不变。而，所以T=0；对熵，气体的膨胀是不可逆的过程，导致熵的增加。本题得分二、填空题（请将各题正确的解答答案填写在对应横线上每小题4分，共20分。)一粒小刀肉眼恰好可以看见，质量约为10-11kg的灰尘落入一杯冰水中，由于表面张力而浮在水面上做二维自由运动，试问它的方均根速率是__2.7×10-5答：灰粒做二维布朗运动这超出了我们所学范围，它满足：mvx2+mvy2=mv2，按照能均分定理有：mvx2=mvy2=kT，联立以上两式可以解得其方均根速率。这超出了我们所学范围解释下列式子的意义（Vp表示最概然速率）：①②解答:①表示分子速率小于最概然速率的分子总数占总分子数的比②表示分子速率平方的平均值P假如有一定量的气体作如图所示的循环bc图没画完整图没画完整过程，则气体所作的净功为__-2__a解:解题技巧p-v图上的循环线所包围的0V面积即为气体所做的净功。且负号表示气体做负功。4、设热源的绝对温度是冷源的n倍，则在这一卡诺循环中，气体交给冷源的____倍解：系统循环做的净功为W=Q1-Q2,热机效率,卡诺热机的效率为5、热力学第二定律的开尔文表述和克劳修斯的表述是等价的，都表明了在自然界中与热现象相关的实际宏观过程都是不可逆的。开尔文表述指出了__功热转化__的过程不是可逆的；而克劳修斯表述则指出了__热传导___的过程是不可逆的。本题得分简答题（回答要点，并简明扼要作解释。每小题4分，共20分。)太阳中心温度为107K，太阳表面的温度6000K，太阳不断地在发生热核反应，所产生的热量以恒定不变的热产生速率从太阳表面向四周扩散，试问太阳是否处于平衡态？答：太阳处于非平衡态。这是因为太阳内部的温度不均匀，不满足热学平衡的条件。另外，若从是否存在“流”来判别是平衡态还是非平衡态，则太阳中不断有热流及光子流从内部传向外层，从外层传向外太空，所以它也不是处于平衡态。这如果作为考题的话，太深奥哦。这如果作为考题的话，太深奥哦。麦克斯韦分布中并未考虑分子间相互碰撞这一因素。实际上由于分子间碰撞，气体分子间速率瞬息万变，但只要是平衡态已经建立，麦克斯韦分布总能成立，为什么？答：麦克斯韦分部适用于平衡态理想气体，这是一种在统计平均基础上的动态平衡。任一分子随时都可能由于与其他分子相碰撞而改变速度的大小和方向，但从统计平均上来说，若有一份子由于碰撞而改变速度的大小和方向，则必然有另一个速度大小和方向相同的分子来代替它，使得其速度分布不变。在高度为2500km的高空处，分子数密度大约为1.0104cm-3,答：设分子的碰撞截面，则，比地球半径还要大倍。已经大约是该处离地球中心距离的107倍。这说明该处分子发生相互碰撞的概率几乎为零，该处分子只要向上运动，它就能无碰撞的逸出大气层。有人说：“根据公式，来看任何没有体积变化的过程就一定不对外做功”。对吗，为什么？答：不对，首先这个公式适用范围有限。然后，功的形式不止一种，除了因体积变化而作的功外还有拉伸固态材料所做的功、表面张力功等。除了这些力学功外还有电磁功等。在做这些功时体积是不变的。在纯粹（即不与热相联系）的机械运动中，熵改变吗？答：不改变。因为热力学的第二定律的实质是说，一切与热相联系的自发过程都是不可逆的。纯粹的机械运动是不与热相联系的，它们一定是可逆的。对于熵来说，可逆过程的熵满足关系，既然不与热相联系，说明没有热量的吸收或释放，则熵变为零。本题得分三、计算题（要求写出主要计算步骤及结果,每小题8分，共40分。)一容器内储存的有氮气该题的分值过大，不适合单独作为大题来出，其压强为P=0.101MPa，体积为7700cm3试求其分子的平均平动动能。该题的分值过大，不适合单独作为大题来出解：设氮气质量为M，氮气的摩尔质量Mm，则氮气的物质的质量为n=M/Mm,理想气体的物态方程为:PV=nRT,每个分子的平均平动动能为εt=3kT/2。代入数据，联立以上三式可以解得：分子平均平动动能为5.42×10-21J假定总分子数为N的气体分子速率分布如图所示，试求：⑴、最概然速率Nf(v)⑵a与N，V0的关系a⑶速率大于的分子数0V03V0解：⑴、最概然速率的物理意义为：如果把整个速率的范围分成许多相等的小区间，则速率在VP所在的区间内分子数占分子总数的概率最大，即最概然速率对应的坐标位子对应的速率分布曲线上f(v)最大。所以可知最概然速率为VP=V0⑵、曲线下面的面积大小与a值有关，又因为，，两边同乘于系统的分子数N，得，又有图中几何关系可得，得到⑶、由公式可得分子速率在的范围内分子数为：3、1摩尔的气体作准静态等温膨胀，在开始时体积为，最后体积为，试计算在这一过程中系统对外界所做的功。物态方程分别为：⑴、（R,b为常量）⑵（R为常量，B=f(T））解：⑴、因为，所以，则。⑵、因为，所以，则，。一个带有0.100摩尔的单原子理想气体的热机，沿图所示的P-V曲线进行循环。ab是等体过程，bc是绝热过程，ca是压强为的等压过程。求：⑴气体在a、b、c个点出的压强和体积⑵在整个循环过程中气体所做的净功⑶循环效率解：设气体在各平衡态a、b、c的压强和体积分别为和，和，和。⑴、在a点，；由，得：=在b点，ab是等体过程，因此：在c点，ca是等压过程，所以：⑵、ab过程中，dv=0,所以Wab=0bc过程中，所以，ca过程，有：所以净功为：⑶、bc过程因为是绝热过程与外界无热交换所以ca过程中,因,于是有，即系统向外界放热。ab过程中，是吸热过程，所以理想气体经历一卡诺循环，当热源温度为100℃时，冷却器温度为0℃，做净功800J。今若维持冷却器温度不变，提高热源温度，使净功增为⑴、热源温度为多少⑵、效率增加到多少？设这两个循环工作于相同的两绝缘线之间。解：设开始时的热源温度为，冷却器的温度为，对外做功为W,效率为，气体从热源吸收热量的大小为，向冷却器放出热量的大小为；后来的热源温度为，对外做工,效率为，气体从热源吸收的热量大小为，向冷却器放出的热量大小为。卡诺循环的效率为：,原来的卡诺循环释放的热量为：。同理可得到后来的卡诺循环释放的热量为：。又因为这两个都工作于相同的两绝缘线之间，且这两个卡诺循环的是相同的，所以这两个循环向温度热源方的热量应该相同