2025年大学物理（热力学应用）试题及答案

2025年大学物理（热力学应用）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，每小题5分。在每小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，它的温度升高了。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，又对外做了正功答案：C2.一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.无法判断答案：C3.理想气体经历如图所示的abc准静态过程，则该系统对外做功A、从外界吸收的热量Q和内能的增量ΔE的正负情况如下A.A>0，Q>0，ΔE>0B.A>0，Q>0，ΔE<0C.A<0，Q<0，ΔE>0D.A<0，Q>0，ΔE>0答案：A4.关于可逆过程和不可逆过程的判断：(1)可逆热力学过程一定是准静态过程。(2)准静态过程一定是可逆过程。(3)不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程。(4)凡有摩擦的过程，一定是不可逆过程。以上四种判断，其中正确的是A.(1)、(2)、(3)B.(1)、(2)、(4)C.(2)、(4)D.(1)、(4)答案：D5.一定量理想气体，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：A.气体内能增加的是(1)、(2)B.气体内能增加的是(2)、(3)C.气体内能增加的是(1)D.气体内能增加的是(3)答案：C6.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%答案：B7.一容器内储有某种理想气体，如果容器漏气，则容器内气体分子的平均平动动能和气体内能的变化情况是A.分子的平均平动动能和气体的内能都减少B.分子的平均平动动能不变，但气体的内能减少C.分子的平均平动动能减少，但气体的内能不变D.分子的平均平动动能和气体的内能都不变答案：B8.一定量的理想气体，在等温膨胀过程中A.对外做功，内能不变，吸收热量B.对外做功，内能不变，放出热量C.外界对气体做功，内能不变，吸收热量D.外界对气体做功，内能不变，放出热量答案：A第II卷（非选择题共60分）二、填空题（共15分）答题要求：本卷共3小题，每空5分。把答案填在题中的横线上。9.1mol氧气（视为刚性双原子分子的理想气体）贮于一氧气瓶中，温度为27℃，这瓶氧气的内能为______J；分子的平均平动动能为______J；分子的平均动能为______J。答案：6.23×10³；6.21×10⁻²¹；1.03×10⁻²⁰10.一卡诺热机的低温热源温度为7℃，效率为40%，若要将其效率提高到50%，高温热源的温度需提高______K。答案：14011.一定量的理想气体，从状态A出发，经p-V图中所示的过程到达状态B。试求在此过程中，该气体吸收的热量Q=______J。答案：5.6×10³三、简答题（共15分）答题要求：简要回答问题，要有必要的文字说明和公式推导。12.简述热力学第二定律的两种表述，并说明它们的等效性。答案：热力学第二定律的克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。可以通过反证法证明它们的等效性。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，利用这个热量传递过程，从高温热源吸热，对外做功，同时将一部分热量传给低温热源，这样就违反了开尔文表述。反之，若开尔文表述不成立，也可推出违反克劳修斯表述。所以二者等效。四、计算题（共20分）答题要求：写出必要的文字说明、公式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。13.一定量的理想气体，由状态a经b到c（如图）。设Ta=300K，求：(1)气体在a、b、c三个状态的内能。(2)从a经b到c的过程中，气体吸收的热量。答案：(1)根据理想气体内能公式E=νiRT/2，i为气体分子自由度，单原子分子i=3，双原子分子i=5（本题未提及分子类型，按一般情况i=5计算）。已知Ta=300K，ν=1mol，R=8.31J/(mol·K)。则Ea=νiRTa/2=1×5×8.31×300/2=6232.5J。同理，Tb=600K时，Eb=1×5×8.3×600/2=12465J；Tc=300K时，Ec=6232.5J。(2)从a经b到c的过程中，气体对外做功A等于p-V图中abc曲线下面积。A=(pb-pa)(Vb-Va)/2=(4×10⁵-1×10⁵)(40-20)×10⁻³/÷2=3000J。根据热力学第一定律Q=ΔE+A，ΔE=Ec-Ea=6232.5-6232.5=0，所以Q=A=3000J。五、材料分析题（共10分）答题要求：阅读下面材料，结合所学知识回答问题。材料：在研究热机效率的过程中，人们发现，即使是理想的热机，其效率也不可能达到百分之百。卡诺热机是一种理想热机模型，它由两个等温过程和两个绝热过程组成。卡诺通过对卡诺热机的研究，得出了卡诺定理，即所有工作于同温热源与同温冷源之间的热机，其效率都不能超过可逆机（卡诺热机）的效率。14.请解释为什么理想热机的效率不可能达到百分之百。答案：根据热力学第二定律的开尔文表述，不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。理想热机工作时，从高温热源吸热，一部分用于对外做功，另一部分要释放到低温热源。所以即使是理想热机，也不能将从高温热源吸收的热量全部用来对外做功，即效率不可能达到百分之百。15.卡诺定理对提高热机效率有什么启示？答案：卡诺定理表明，工作于同温热源与同温冷源之间的热机，可逆机（卡诺热机）效率最高。这启示