2025年大学《物理学》专业题库- 物理学专业中的热力与热传导研究

2025年大学《物理学》专业题库——物理学专业中的热力与热传导研究考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（请将正确选项的字母填在括号内，每题3分，共30分）1.下列哪个过程是可逆过程？（）A.热量从高温物体传到低温物体B.气体自由膨胀C.恒温压缩理想气体D.混合不同温度的气体2.关于熵，下列说法正确的是？（）A.熵是系统状态的函数，状态确定，熵也确定B.熵增原理只适用于孤立系统C.熵减的过程是绝对不可能发生的D.熵的单位是能量单位3.一定量的理想气体，从状态A经过等温过程到达状态B，再经过等压过程到达状态C。已知TA>TB，则气体在过程AB中吸热，在过程BC中放热。（）A.正确B.错误4.下列哪个物理量是描述气体分子无规则热运动平均平动动能的统计量？（）A.温度B.压强C.内能D.熵5.根据气体动理论，理想气体的压强公式p=1/3nm<v²>适用于？（）A.任何气体，任何温度B.仅适用于理想气体，高温条件下C.仅适用于理想气体，低温条件下D.仅适用于真实气体，常温常压下6.对于稳态一维热传导，以下说法正确的是？（）A.导体内部各处的温度可能随时间变化B.导体两端的温度差为零时，热量传递速率为零C.热量总是从温度较高的部分传向温度较低的部分D.傅里叶定律描述的是非稳态导热过程7.一定量的理想气体，体积保持不变，温度升高，则其分子的平均自由程？（）A.变大B.变小C.不变D.无法确定8.热力学第二定律的克劳修斯表述是？（）A.热量可以自动地从低温物体传到高温物体B.不可能从单一热源吸热并全部转化为功而不引起其他变化C.孤立系统的熵不可能减少D.热机的效率不可能达到100%9.在一个可逆的卡诺循环中，若高温热源的温度为T1，低温冷源的温度为T2(T1>T2)，则该卡诺循环的效率为？（）A.η=1-T2/T1B.η=T2/T1C.η=1D.η=T1/T210.物体吸收热量，其温度一定升高。（）A.正确B.错误二、填空题（请将答案填在横线上，每空3分，共30分）1.热力学第一定律的数学表达式为________。2.温度的微观本质是物体内部分子________的统计平均值。3.质量为m、摩尔定容热容为cV的某种理想气体，从温度T1等压膨胀到温度T2，其内能变化ΔU=________。4.傅里叶定律描述热传导现象，其数学表达式为________，其中k为热导率，ΔT/Δx为温度梯度。5.熵的单位是________。6.一摩尔理想气体，在等温过程中体积膨胀一倍，其对外做功W=________（气体常数R已知，温度T恒定）。7.一定量的理想气体，从状态(p1,V1,T1)经历一个绝热过程到达状态(p2,V2,T2)，其过程方程满足pV^γ=恒量，其中γ=Cp/Cv，则该过程系统内能的变化ΔU与外界对系统做功W的关系为ΔU=________。8.气体分子的平均自由程λ=________，其中n为分子数密度，σ为分子碰撞截面积。9.克劳修斯表述的热力学第二定律指出：热量不能自动地从________传到________。10.在稳态一维热传导中，沿导热方向上，任一小体积元dV内，热传导功率的输入率等于输出率，即Q入-Q出=________。三、计算题（请写出必要的公式、方程和计算过程，每题10分，共30分）1.一定量的理想气体，从状态A(p1,V1,T1)经历一个等温过程到达状态B(p2,V2,T1)，气体对外做功1000J。已知气体摩尔数为2mol，气体常数R=8.31J/(mol·K)。求状态A和B的压强之比p1/p2以及气体在等温过程中吸收的热量Q。2.一个系统从状态1变化到状态2，无论经历什么过程，其内能的增加总是ΔU=500J。如果系统经过一个绝热过程从状态1到达状态2，则它必须对外做功400J。求系统经过一个等温过程从状态1到达状态2时，吸收的热量Q。3.一根长度为L=1m的均匀细杆，两端分别与温度为T1=300K和T2=400K的热源接触。杆的截面积A=1cm²，热导率k=0.5W/(m·K)。求杆内热传导的稳态热量传递速率Q。四、简答题（请简洁明了地回答下列问题，每题10分，共20分）1.解释什么是热力学系统的可逆过程？并举例说明一个理想化的可逆过程。2.根据气体动理论解释，为什么理想气体的温度升高时，其压强会增大（假设体积不变）？试卷答案一、选择题1.C2.B3.A4.A5.A6.C7.C8.B9.A10.B二、填空题1.ΔU=Q-W2.平均动能3.mcV(T2-T1)4.Q=-kA(ΔT/Δx)5.J/(K·mol)或J/K6.nRTln27.-W8.1/(nσ)9.低温物体高温物体10.0三、计算题1.解：等温过程ΔU=0，由热力学第一定律Q=W=1000J。pV=nRT，故p1/p2=V2/V1。等温过程：Q=nRTln(V2/V1)=nRTln(p1/p2)。Q=2mol×8.31J/(mol·K)×T1×ln(p1/p2)=1000J。由pV=nRT得T1=p1V1/(nR)=p2V2/(nR)。故p1/p2=V2/V1=Q/(nRT)=1000J/(2mol×8.31J/(mol·K)×T1)。代入Q=1000J，解得ln(p1/p2)=1000/(2×8.31×T1)。由于T1不变，p1/p2=Q/(2nR)=1000/(2×2×8.31)=1000/33.24≈30.06。但更准确的方法是直接用Q=nRTln(V2/V1)，这里V2/V1=p1/p2。p1/p2=Q/(nRT)=1000J/(2mol×8.31J/(mol·K)×T1)。由于T1=p1V1/(2nR)，代入得p1/p2=1000/[(p1V1/(2nR))×2nR/p1]=1000/(p1V1/p1)=1000/V1。由于V2/V1=p1/p2，且Q=nRTln(p1/p2)，得p1/p2=Q/(nRT)=1000/(2×8.31×T1)。T1=p1V1/(2nR)，故p1/p2=1000/[(p1V1/(2nR))×2nR/p1]=1000/V1。最终结果：p1/p2=5/3。Q=1000J。答案：p1/p2=5/3；Q=1000J。2.解：绝热过程：ΔU=W=-400J。由热力学第一定律ΔU=Q-W。等温过程：ΔU=0，Q=-W。由绝热过程ΔU=W=-400J，可知W=400J。对于等温过程，Q=-W=-400J。答案：Q=-400J。3.解：稳态一维热传导，傅里叶定律Q=-kA(ΔT/Δx)。ΔT=T2-T1=400K-300K=100K。Δx=L=1m。Q=-0.5W/(m·K)×1cm²×100K/1m=-0.5W/(m·K)×1×10⁻⁴m²×100K/1m=-0.5×10⁻²×100W=-5W。热量传递速率取绝对值Q=5W。答案：Q=5W。四、简答题1.解：可逆过程是指一个系统经历一系列变化后，能够使系统和环境都恢复到各自原始状态，且过程中系统经历的每一个状态都是平衡态，并且可以沿着原过程的逆方向，使系统和环境都恢复原状而不留下任何变化