2025年大学物理学（热学）试题及答案

2025年大学物理学（热学）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，只有一个选项是符合题目要求的。请将正确选项填写在括号内。(总共6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2.一定量的理想气体，经历某过程后，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3.对于理想气体的等温过程，以下表述正确的是（）A.气体的压强与体积成正比B.气体的内能不变C.气体吸收的热量全部用于对外做功D.气体的熵不变4.一卡诺热机在两个不同温度之间的热源之间工作，当高温热源温度升高，低温热源温度不变时，热机的效率会（）A.增大B.减小C.不变D.无法确定5.以下关于热力学第二定律的说法，错误的是（）A.热量不能自发地从低温物体传到高温物体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收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响D.功可以全部转化为热，但热不能全部转化为功6.对于理想气体的绝热过程，以下说法正确的是（）A.气体与外界没有热量交换B.气体的内能不变C.气体的压强与体积的乘积不变D.气体的熵不变第II卷（非选择题，共70分）7.简答题：简述理想气体状态方程的推导过程及各物理量的含义。(10分)8.计算题：一定量的理想气体，初始状态压强为\(p_1=1.0×10^5Pa\)，体积为\(V_1=2.0×10^{-3}m^3\)，温度为\(T_1=300K\)。经过一个等温过程，体积膨胀到\(V_2=4.0×10^{-3}m^3\)。求：（1）该过程中气体对外做的功；（2）气体吸收的热量。(15分)9.论述题：试论述热力学第一定律与能量守恒定律的关系，并举例说明能量守恒定律在实际中的应用。(15分)10.材料分析题：材料：有两个相同的容器，分别装有相同质量的氢气和氧气，但它们的温度不同。已知氢气的摩尔质量为\(2g/mol\)，氧气的摩尔质量为\(32g/mol\)。问题：（1）分别计算氢气和氧气的分子数之比；（2）比较它们的内能大小，并说明理由。(15分)11.综合应用题：一台冰箱工作时，其冷冻室温度为\(-10℃\)，室温为\(25℃\)。若冰箱每小时从冷冻室吸收热量\(3.6×10^4J\)，求这台冰箱每小时消耗的电能。假设冰箱为理想卡诺制冷机。(15分)答案：1.A2.C3.BC4.A5.D6.A7.理想气体状态方程推导：从理想气体微观模型出发，考虑分子的热运动和碰撞等。由气体动理论基本假设，通过统计平均等方法得出\(pV=νRT\)。其中\(p\)是压强，反映气体分子对器壁的碰撞作用；\(V\)是体积，气体分子活动的空间；\(ν\)是物质的量，代表气体分子数量的多少；\(R\)是普适气体常量；\(T\)是热力学温度，体现分子热运动的剧烈程度。8.（1）等温过程气体对外做功\(W=νRT\ln\frac{V_2}{V_1}\)，由理想气体状态方程\(p_1V_1=νRT_1\)可得\(ν=\frac{p_1V_1}{RT_1}\)，代入\(W\)公式计算得\(W=1.0×10^5×2.0×10^{-3}\ln\frac{4.0×10^{-3}}{2.0×10^{-3}}J=1386J\)。（2）等温过程内能不变\(\DeltaU=0\)，根据热力学第一定律\(Q=W=1386J\)。9.热力学第一定律是能量守恒定律在热现象中的具体体现。能量守恒定律表明能量不会凭空产生或消失，只是从一种形式转化为另一种形式。热力学第一定律\(\DeltaU=Q+W\)，系统内能变化等于吸收热量与外界做功之和，体现了能量在热过程中的守恒。实际应用如火力发电，燃料化学能转化为电能，能量在各环节守恒。10.（1）设质量都为\(m\)，氢气分子数\(N_1=\frac{m}{M_1}N_A\)，氧气分子数\(N_2=\frac{m}{M_2}N_A\)，则分子数之比\(\frac{N_1}{N_2}=\frac{M_2}{M_1}=\frac{32}{2}=16\)。（2）内能\(U=\frac{i}{2}νRT\)，氢气和氧气温度不同，氢气自由度\(i=5\)，氧气\(i=5\)，物质的量\(ν\)不同，氢气物质的量大于氧气，且温度未知，无法确定内能大小。11.卡诺制冷机系数\(e=\frac{T_2}{T_1-T_2}\)，\(T_1=298K\)，\(T_2=263K\)，\(e=\frac{263}{298-263}=\frac{263}{35}\)