2025年大学物理（热学基础应用）试题及答案

2025年大学物理（热学基础应用）试题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题共40分）答题要求：本卷共8小题，每题5分。在每题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。1.一定量的理想气体，经历某过程后，温度升高了。则根据热力学定律可以断定A.该理想气体系统在此过程中吸了热B.在此过程中外界对该理想气体系统做了正功C.该理想气体系统的内能增加了D.在此过程中理想气体系统既从外界吸了热，又对外界做了正功2.一卡诺热机在两个不同温度之间的热源之间运转，当工作物质为气体时，热机效率为42%，若改用液体工作物质，则其效率应当A.减少B.增加C.不变D.无法判断3.对于室温下的双原子分子理想气体，在等压膨胀的情况下，系统对外所做的功与从外界吸收的热量之比W/Q等于A.1/3B.1/4C.2/5D.2/74.一定量理想气体，从同一状态开始使其体积由V1膨胀到2V1，分别经历以下三种过程：（1）等压过程；（2）等温过程；（3）绝热过程。其中气体内能增加的是A.（1）（2）（3）B.（1）C.（2）D.（3）5.一理想气体系统起始压强为p1，体积为V1，由状态（p1，V1）沿p-V图所示直线变化到状态（p2，V2），则它的内能增量A.与气体种类有关，与过程无关B.与气体种类和过程都有关C.与气体种类无关，与过程有关D.与气体种类和过程都无关6.理想气体向真空做绝热膨胀，则A.膨胀后，温度不变，压强减小B.膨胀后，温度降低，压强减小C.膨胀后，温度升高，压强减小D.膨胀后，温度不变，压强增加7.一热机由温度为727℃的高温热源吸热，向温度为527℃的低温热源放热。若热机在最大效率下工作，且每一循环吸热2000J，则此热机每一循环作功A.400JB.1457JC.1600JD.2000J8.若室内生起炉子后温度从15℃升高到27℃，而室内气压不变，则此时室内的分子数减少了A.0.5%B.4%C.9%D.21%第II卷（非选择题共60分）9.（10分）答题要求：请简述理想气体状态方程的推导过程。10.（10分）答题要求：说明热力学第一定律的内容，并写出其数学表达式。11.（15分）材料：一定量的理想气体经历如图所示的循环过程，其中AB和CD是等压过程，BC和DA是绝热过程。已知状态A的温度T1=300K，状态B的温度T2=600K，状态C的温度T3=800K。答题要求：求此循环的效率。12.（15分）材料：一气缸内贮有理想气体，气体的压强、体积和温度分别为p1、V1、T1，现使气体在等压过程中体积膨胀到2V1，然后在等容过程中使压强降回到p1。答题要求：分别求出这两个过程中气体吸收的热量、对外做的功以及内能的增量。13.（20分）材料：一定量的理想气体从状态A出发，经历如图所示的循环过程，其中AB为等温膨胀过程，BC为等压压缩过程，CA为等容升温过程。已知气体在状态A时的压强pA=1.0×10^5Pa，体积VA=1.0×10^-3m^3，温度TA=300K。答题要求：（1）求气体在状态B时的体积VB；（解答过程：根据理想气体状态方程pAVA=pBVB，已知pA=1.0×10^5Pa，VA=1.0×10^-3m^3，pB=pA，TA=300K，TB=600K，可得VB=2VA=2.0×10^-3m^3）（2）求气体在状态C时的压强pC；（解答过程：根据理想气体状态方程pBVB/TB=pCVC/TC，已知pB=pA，VB=2VA，TC=TA，VC=VA，可得pC=pBVB/2VA=2pA=2.0×10^5Pa）（3）求此循环过程中气体对外做的功W。（解答过程：AB等温膨胀过程，W1=pAVAln(VB/VA)=pAVAln2；BC等压压缩过程，W2=-pB(VB-VC)=-pA(2VA-VA)=-pAVA；CA等容升温过程，W3=0。则W=W1+W2+W3=pAVAln2-pAVA=pAVA(ln2-1)=1.0×10^5×1.0×10^-3×(ln2-1)J≈3.0×10^2J）答案：1.C2.C3.C4.B5.A6.A7.A8.B9.理想气体状态方程的推导基于理想气体的微观模型和实验规律。从理想气体的分子动理论出发，考虑分子的热运动和相互作用，通过对大量分子的统计平均，结合理想气体的实验定律，如玻意耳定律、查理定律、盖-吕萨克定律等，经过一系列数学推导得出理想气体状态方程pV=νRT，其中p为压强，V为体积，ν为物质的量，R为普适气体常量，T为热力学温度。10.热力学第一定律指出，一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。数学表达式为ΔU=Q+W，其中ΔU表示内能增量，Q表示吸收的热量，W表示外界对系统做的功。当系统从外界吸热时Q>0，系统向外界放热时Q<0；外界对系统做功时W>0，系统对外界做功时W<0。11.此循环的效率为1-(T4-T1)/(T3-T1)。首先根据绝热过程方程求出状态D与状态A的温度关系，进而求出T4。再代入效率公式计算可得效率为1-(300-150)/(800-300)=30%。12.等压膨胀过程：吸收热量Q1=νCp(T2-T1)，对外做功W1=p1(V2-V1)=p1V1，内能增量ΔU1=νCv(T2-T1