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30分）答题要求：请从每小题给出的四个选项中，选出一个正确答案，并将其序号填在题后的括号内。(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.如果两个热力学系统中的每一个都与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.一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行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.能量在转化和转移过程中总量保持不变2.一定质量的理想气体，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3.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4.一卡诺热机在两个不同温度之间的热源之间工作，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5.以下过程中，气体对外做功的是（）A.气体被压缩B.气体膨胀C.气体温度升高D.气体温度降低6.关于熵，下列说法正确的是（）A.熵是系统无序程度的量度B.熵值越大，系统越有序C.熵值越小，系统越无序D.熵与系统的状态无关第II卷（非选择题共70分）二、填空题（每题5分，共20分）答题要求：请将正确答案填在题中的横线上。1.热力学第一定律的数学表达式为______。2.理想气体状态方程为______。3.卡诺循环由两个______过程和两个______过程组成。4.一定质量的理想气体，从状态A变化到状态B，已知其压强不变，体积增大，则该过程中气体______（填“吸热”或“放热”）。三、简答题（每题10分，共20分）答题要求：简要回答问题，要有必要的文字说明。1.简述热力学第二定律的两种表述。2.说明理想气体内能的特点。四、计算题（每题15分，共30分）答题要求：解答应写出必要的文字说明、方程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。1.一定质量的理想气体，初始状态压强为\(p_1=2\times10^5Pa\)，体积为\(V_1=1\times10^{-3}m^3\)，温度为\(T_1=300K\)。经过一个等温膨胀过程，体积变为\(V_2=2\times10^{-3}m^3\)。求：（1）气体在等温膨胀过程中对外做的功；（2）气体吸收的热量。2.一卡诺热机，高温热源温度为\(T_1=600K\)，低温热源温度为\(T_2=300K\)。若在一次循环中从高温热源吸收热量\(Q_1=1200J\)，求：（1）热机的效率；（2）对外做的功；（3）向低温热源放出的热量。五、材料分析题（共10分）答题要求：阅读材料，回答问题。材料：热力学在现代科技中有着广泛的应用。例如，在航空航天领域，发动机的设计需要精确运用热力学原理，以提高能源利用效率和发动机性能。又如，在能源领域，热电站通过热力循环将热能转化为电能，热力学知识对于优化热电站的运行至关重要。同时，在制冷技术中，热力学原理决定了制冷机的工作过程和效率。请结合材料，谈谈热力学原理在现代科技中的重要性，并举例说明你所熟悉的一个利用热力学原理的实际应用。答案：一、选择题1.A2.C3.A4.C5.B6.A二、填空题1.\(\DeltaU=Q+W\)2.\(pV=\nuRT\)3.等温、绝热4.吸热三、简答题1.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取热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。2.理想气体内能的特点：理想气体的内能只与温度有关，与体积无关。一定质量的理想气体，温度升高，内能增加；温度降低，内能减小。四、计算题1.（1）等温膨胀过程中对外做功\(W=\nuRT\ln\frac{V_2}{V_1}\)，由理想气体状态方程\(p_1V_1=\nuRT_1\)可得\(\nu=\frac{p_1V_1}{RT_1}\)，代入数据解得\(W=207.9J\)。（2）等温过程\(\DeltaU=0\)，由热力学第一定律\(\DeltaU=Q+W\)，可得\(Q=-W=207.9J\)，即气体吸收热量\(207.9J\)。2.（1）热机效率\(\eta=1-\frac{T_2}{T_1}=50\%\)。（2）对外做功\(W=\etaQ_1=600J\)。（3）向低温热源放出热量\(Q_2=Q_1-W=600J\)。五、材料分析题热力学原理在现代科技中至关重要。它为航空航天、