2025年大学物理（热学应用实例）试题及答案

2025年大学物理（热学应用实例）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）答题要求：本卷共6题，每题5分。每题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。请将正确选项填在题后的括号内。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40%，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.关于热现象和热学规律，下列说法中正确的是（）A.只要知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，就可以算出气体分子的体积B.悬浮在液体中的固体微粒越小，布朗运动就越明显C.密封在体积不变的容器中的气体，温度升高，气体分子对器壁单位面积上的平均作用力增大D.用打气筒的活塞压缩气体很费力，说明分子间有斥力4.下列说法正确的是（）A.热量不能由低温物体传递到高温物体B.外界对物体做功，物体的内能必定增加C.第二类永动机不可能制成，是因为违反了能量守恒定律D.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5.对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是（）A.若气体的压强和体积都不变，其内能也一定不变B.若气体吸收热量，其内能一定增加C.若气体温度升高，其内能一定增加D.若气体体积不变，温度升高，其压强一定增加6.一定质量的理想气体，从状态A经绝热过程到状态B，再经等容过程到状态C，最后经等温过程回到状态A，如图所示。下列说法正确的是（）A.从状态A到状态B，气体的内能增加B.从状态B到状态C，气体吸收热量C.从状态C到状态A，气体放出热量D.整个循环过程中，气体对外界所做的功等于它从外界吸收的热量第II卷（非选择题共70分）（共15分）答题要求：本题共3小题，每小题5分。把答案填在题中的横线上。7.一定质量的理想气体，在压强不变的条件下，体积增大，则温度______（填“升高”“降低”或“不变”），从分子动理论的观点来分析，这是因为______。8.一气缸内封闭着一定质量的理想气体，在压缩气体过程中，外界对气体做功200J，同时气体内能增加了150J，则气体______（填“吸收”或“放出”）热量______J。9.已知某理想气体的摩尔质量为M，密度为ρ，阿伏加德罗常数为NA，则单位体积内气体分子数为______。（共15分）答题要求：本题共3小题，每小题5分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤。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。10.一定质量的理想气体，初始状态为p1、V1、T1，经过一系列状态变化后，末状态为p2、V2、T2。已知气体从初始状态到末状态的过程中，吸收热量Q，对外做功W。试用理想气体状态方程和热力学第一定律证明：Q=W+ΔU（其中ΔU为气体内能的变化量）。11.如图所示，一定质量的理想气体从状态A开始经过状态B变化到状态C。已知气体在状态A时的压强为p0，体积为V0，温度为T0。求：（1）气体在状态B时的压强和温度；（2）气体从状态A到状态C的过程中，对外界做的功。12.一卡诺热机，低温热源温度为27℃，效率为40%，若将其效率提高到50%，求高温热源的温度需提高多少？（共20分）答题要求：阅读下列材料，回答问题。材料：热机是把内能转化为机械能的装置。常见的热机有蒸汽机、内燃机、汽轮机等。热机的工作原理是利用燃料燃烧产生的高温高压气体推动活塞做功。卡诺热机是一种理想的热机，它的效率只与两个热源的温度有关。13.热机效率的定义是什么？提高热机效率的主要途径有哪些？（10分）14.卡诺热机的效率公式是什么？从卡诺热机的效率公式分析，如何提高卡诺热机的效率？（10分）（共20分）答题要求：阅读下列材料，回答问题。材料：某工厂有一台内燃机，它在工作过程中，燃料燃烧释放出的能量为Q1，废气带走的能量为Q2，散热损失的能量为Q3，克服摩擦做功损失的能量为Q4，对外做功为W。15.请用能量守恒定律分析该内燃机的能量转化情况，并写出表达式。（10分）16.若要提高该内燃机的效率，你认为可以采取哪些措施？（10分）答案：1.C2.C3.BC4.D5.ACDACDACD6.A7.升高；体积增大，单位体积内分子数减少，分子对器壁的碰撞次数减少，但压强不变，说明分子的平均动能增大，温度升高8.放出；509.ρNA/M10.证明：根据理想气体状态方程\(pV=nRT\)，从初始状态到末状态，有\(p_1V_1=nRT_1\)，\(p_2V_2=nRT_2\)。内能变化量\(\DeltaU=U_2-U_1\)，根据热力学第一定律\(\DeltaU=Q-W\)，则\(Q=W+\DeltaU\)。11.（1）从A到B是等压变化，\(p_B=p_0\)，\(V_B=2V_0\)，根据\(V/T=常量\)，\(V_A/T_A=V_B/T_B\)，可得\(T_B=2T_0\)。（2）从A到C，\(V_C=V_0\)，\(T_C=T_0\)，\(W=p_0(V_C-V_A)=p_0(V_0-V_0)=0\)。对外界做的功\(W=p_0(V_2-V_1)=p_0(2V_0-V_0)=p_0V_0\)。12.已知\(\eta=1-T_2/T_1\)，\(T_2=27+273=300K\)，\(\eta_1=40\%\)时，\(0.4=1-300/T_1\)，解得\(T_1=500K\)；\(\eta_2=50\%\)时，\(0.5=1-300/T_1'\)，解得\(T_1'=600K\)。\(\DeltaT=T_1'-T_1=100K\)，高温热源温度需提高100K。13.热机效率定义为热机对外做功与燃料完全燃烧释放的热量之比\(\eta=W/Q\)。提高热机效率的主要途径有：尽量减少各种热量损失，如减少废气带走的热量、减少散热损失、减少克服摩擦做功损失等；使燃料充分燃烧。14.卡诺热机效率公式\(\eta=1-T_2/T_1\)（\(T_2\)为低温热源温度，\(T_1\)为高温热源温度）。要提高卡诺热机效率，可以提高高温热源温度\(T_1\)，或降低低温热源温度\(T_2\)。15.根据能量守恒定律，燃料燃烧释放的能量\(Q_1\)等于对外做功\(W\)、废气带走的能量\(Q_2\