2025年本科物理学（热力学）试题及答案

2025年本科物理学（热力学）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）每题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。(总共8题，每题5分)1.关于理想气体的内能，以下说法正确的是（）A.理想气体的内能只与温度有关B.理想气体的内能与体积有关C.理想气体的内能与压强有关D.理想气体的内能与物质的量有关答案：A2.一定质量的理想气体，在等温膨胀过程中（）A.气体对外做功，内能增加B.气体对外做功，内能减少C.气体对外做功，内能不变D.外界对气体做功，内能不变答案：C3.对于热力学第二定律的表述，下列说法正确的是（）A.热量不能自发地从低温物体传到高温物体B.不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化C.一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行D.以上说法都正确答案：D4.一定质量的理想气体经历等压压缩过程，气体温度变化情况是（）A.升高B.降低C.不变D.无法确定答案：B5.理想气体状态方程pV=νRT中，R的单位是（）A.J/(mol·K)B.Pa·m³/(mol·K)C.J/(kg·K)D.无单位答案：A6.下列现象中，不能用热力学第二定律解释的是（）A.一杯热水放在空气中逐渐冷却B.电流通过电阻丝发热C.一滴墨水滴入清水中会扩散开来D.气体向真空自由膨胀答案：B7.一定质量的理想气体，从状态A变化到状态B，再变化到状态C，其p-V图像如图所示。则在此过程中，气体内能的变化情况是（）A.从A到B内能增加，从B到C内能减少B.从A到B内能减少，从B到C内能增加C.从A到B和从B到C内能都增加D.从A到B和从B到C内能都减少答案：C8.对于理想气体的等温过程，以下说法错误的是（）A.气体的压强与体积成反比B.气体的内能不变C.气体吸收的热量等于对外做的值D.气体分子的平均动能增大答案：D第II卷（非选择题共60分）9.（10分）简述理想气体的微观模型。理想气体的微观模型：理想气体是一种理想化的气体模型。其微观模型假设气体分子视为质点，分子间除碰撞瞬间外无相互作用力。分子在不停地做无规则热运动，分子之间的碰撞是完全弹性碰撞。分子的运动遵循经典力学规律，大量分子的集体行为遵循统计规律。10.（10分）写出热力学第一定律的表达式，并说明其物理意义。热力学第一定律的表达式为：ΔU=Q+W。其中ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示外界对系统做的功。其物理意义是：系统内能的变化等于系统吸收的热量与外界对系统做功之和，揭示了能量守恒在热现象中的具体表现，表明内能、热量和功之间可以相互转化，且总量保持不变。11.（10分）一定质量的理想气体，在温度不变的情况下，体积从V1膨胀到V2，求气体对外做的功。根据功的计算公式W=∫pdV，对于等温过程，理想气体状态方程为pV=νRT（T不变），则p=νRT/V。所以W=∫(νRT/V)dV（积分下限V1，上限V2）=νRTln(V2/V1)。即气体对外做的功为νRTln(V2/V1)。12.（15分）材料：一定质量的理想气体从状态A出发，经历一个循环过程ABCDA，其p-V图像如图所示。已知气体在A状态时的压强pA=2×10⁵Pa，体积VA=1×10⁻³m³，温度TA=300K。求：（1）气体在B状态时的温度TB；（2）气体在一个循环过程中对外做的功；（3）气体在一个循环过程中吸收的热量。（1）从A到B是等压过程，根据盖-吕萨克定律V/T=恒量，VA/TA=VB/TB，已知VB=2×10⁻³m³，可得TB=VBTA/VA=600K。（2）气体在一个循环过程中对外做的功等于p-V图像中循环曲线所围的面积，W=(pA+pD)(VB-VA)/2=100J。（3）根据热力学第一定律ΔU=Q+W，一个循环过程ΔU=0，所以Q=-W=-100J，负号表示气体放出热量，即气体吸收热量为100J。13.（15分）材料：某热机从高温热源吸收热量Q1，向低温热源放出热量Q2，并对外做功W。已知高温热源温度T1=600K，低温热源温度T2=300K，热机效率η=40%。求：（1）热机对外做的功W与吸收热量Q1的比值；（2）热机从高温热源吸收的热量Q1；（3）热机向低温热源放出的热量Q2。（1）热机效率η=W/Q1=40%=0.4。（2）根据卡诺定理η=1-T2/T1，可得0.4