2025年大学热能与动力工程（热力学）试题及答案

2025年大学热能与动力工程（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30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6题，每题5分)1.关于热力学第零定律，以下说法正确的是（）A.若两热力学系统中的任何一个都和第三个热力学系统处于热平衡(温度相同)，则它们彼此也必定处于热平衡B.热可以自发地从高温物体传到低温物体，但不可能自发地从低温物体传到高温物体C.不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响D.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答案：A2.理想气体经历绝热自由膨胀过程后，下列说法正确的是（）A.气体温度升高，压强减小B.气体温度不变，压强减小C.气体温度降低，压强减小D.气体温度不变，压强增大答案：B3.一定质量的理想气体，在温度不变的条件下，体积增大，则（）A.气体分子的平均动能增大B.气体分子的平均动能减小C.气体分子的平均动能不变D.条件不足，无法判断答案：C4.下列过程中，属于可逆过程的是（）A.功热转换过程B.气体的自由膨胀过程C.无摩擦的准静态过程D.热传导过程答案：C5.对于理想气体的内能，下列说法正确的是（）A.理想气体的内能只与温度有关B.理想气体的内能只与体积有关C.理想气体的内能与温度和体积都有关D.理想气体的内能与温度、体积和压强都有关答案：A6.关于卡诺循环，以下说法错误的是（）A.卡诺循环是由两个等温过程和两个绝热过程组成的循环B.卡诺循环的效率只与高温热源和低温热源的温度有关C.卡诺循环是一种理想的热机循环D.卡诺循环的效率可以达到100%答案：D第II卷（非选择题共70分）7.简答题：简述热力学第一定律的内容，并写出其数学表达式。(10分)热力学第一定律指出，自然界一切物体都具有能量，能量有各种不同形式，它能从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，在转化和传递过程中能量的总和不变。数学表达式为：ΔU=Q+W，其中ΔU是系统内能的变化量，Q是系统吸收的热量，W是外界对系统做的功。8.简答题：什么是熵增加原理？它有什么重要意义？(10分)熵增加原理是指孤立系统的熵永不自动减少，熵在可逆过程中不变，在不可逆过程中增加。其重要意义在于它揭示了自然界中一切不可逆过程进行的方向，是热力学第二定律的一种表述形式。它表明自然过程总是朝着熵增大的方向进行，即朝着无序程度增加的方向发展，为判断过程的方向性提供了重要依据。9.计算题：一定质量的理想气体，初态压强为\(p_1=2\times10^5Pa\)，体积为\(V_1=０.02m^3\)，温度为\(T_1=300K\)。经过一个等温膨胀过程，体积变为\(V_2=０.04m^3\)。求：(1)气体在等温膨胀过程中对外界做的功；(2)气体吸收的热量。(20分)(1)等温膨胀过程中，气体对外界做的功\(W=\int_{V_1}^{V_2}pdV\)，对于理想气体等温过程\(pV=p_1V_1\)，则\(p=\frac{p_1V_1}{V}\)，所以\(W=p_1V_1\ln\frac{V_2}{V_1}\)，代入数据可得\(W=2\times10^5\times0.02\times\ln\frac{０.04}{０.02}=2\times10^3\ln2J\approx1.39\times10^3J\)。(2)根据热力学第一定律\(\DeltaU=Q+W\)，等温过程\(\DeltaU=0\)，所以\(Q=-W=1.39\times10^3J\)，即气体吸收的热量为\(1.39\times10^3J\)。10.材料分析题：阅读以下材料，回答问题。材料：有一热机，工作于温度分别为\(T_1=1200K\)和\(T_2=300K\)的两个热源之间，从高温热源吸收热量\(Q_1=2.4\times10^3J\)，向低温热源放出热量\(Q_2=1.2\times10^3J\)。(1)求该热机的效率；(2)判断该热机是否为可逆热机，并说明理由。(15分)(1)热机效率\(\eta=1-\frac{Q_2}{Q_1}=1-\frac{1.2\times10^3}{2.4\times10^3}=0.5\)。(2)卡诺热机效率\(\eta_c=1-\frac{T_2}{T_1}=1-\frac{300}{1200}=0.75\)，该热机效率\(\eta=0.5\lt\eta_c\)，所以该热机不是可逆热机。因为可逆热机效率最高，等于卡诺热机效率，此热机效率低于卡诺热机效率，所以不是可逆热机。11.论述题：论述热力学第二定律的两种表述及其等效性。(15分)热力学第二定律的克劳修斯表述为：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。开尔文表述为：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。两种表述的等效性可以通过反证法证明。假设克劳修斯表述不成立，即热量可以自发地从低温物体传到高温物体，那么可以设计一个热机，利用这个自发传热过程，从单一热源（低温物体）吸取热量，一部分用来对外做功，另一部分热量自