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：本题共10小题，每小题3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.关于理想气体的内能，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答案：A2.一定质量的理想气体，在等温膨胀过程中（）A.气体对外做功，内能不变B.气体对外做功，内能增加C.外界对气体做功，内能不变D.外界对气体做功，内能增加答案：A3.如图所示，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，则从A到C的过程中（）A.气体内能增加B.气体内能减少C.气体吸收热量D.气体放出热量答案：A4.下列现象中，与热传递有关的是（）A.冬天手冷时，双手相互搓擦会暖和B.锯木头时锯条发热C.钻木取火D.用热水袋取暖答案：D5.关于热机的效率，下列说法正确的是（）A.热机的效率可以达到100%B.热机的效率越高，在做功同样多的情况下消耗的燃料越少C.热机的效率越高，说明热机做功越快D.热机的效率与热机的功率有关答案：B6.一定质量的理想气体，经历如图所示的循环过程，其中ab、cd是等温过程，bc、da是绝热过程，则（）A.ab过程气体吸热B.bc过程气体内能增加C.cd过程气体放热D.da过程气体内能减少答案：A7.下列关于热力学第二定律的说法正确的是（）A.热量不能自发地从低温物体传到高温物体B.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C.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D.以上说法都正确答案：D8.一定质量的理想气体，在压强不变的情况下，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.无法确定气体分子平均动能的变化答案：A9.如图所示，一定质量的理想气体从状态a沿直线变化到状态b，在此过程中，气体的压强（）A.不断增大B.不断减小C.先增大后减小D.先减小后增大答案：A10.关于布朗运动，下列说法正确的是（）A.布朗运动就是分子的运动B.布朗运动是液体分子无规则运动的反映C.布朗运动的激烈程度与温度无关D.布朗运动是固体颗粒分子的无规则运动答案：B第II卷（非选择题共70分）（一）填空题（共20分）答题要求：本题共5小题，每空2分。1.1mol理想气体在温度为T时的内能公式为$E=$______。答案：$\frac{3}{2}RT$2.一定质量的理想气体，在等压膨胀过程中，气体对外做功$W=$______。答案：$p(V_2-V_1)$3.热力学第一定律的表达式为$\DeltaU=$______。答案：$Q+W$4.已知某理想气体的摩尔质量为$M$，密度为$\rho$，则该气体分子的平均间距为$d=$______。答案：$\sqrt[3]{\frac{M}{\rhoN_A}}$5.如图所示，一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，已知该过程中气体吸收热量$Q=300J$，则气体内能的变化$\DeltaU=$______J。答案：200（二）简答题（共15分）答题要求：简要回答下列问题。1.简述理想气体的状态方程，并说明其适用条件。答案：理想气体状态方程为$pV=\frac{m}{M}RT$，其中$p$为压强，$V$为体积，$m$为质量，$M$为摩尔质量，$R$为普适气体常量，$T$为热力学温度。适用条件是理想气体，即分子间无相互作用力，分子本身无体积的气体。2.说明热传递的三种方式及其特点。答案：热传递有三种方式：传导、对流和辐射。传导是热量通过直接接触的物体从高温部分传递到低温部分；对流是流体中温度不同的各部分之间发生相对位移时所引起的热量传递；辐射是物体通过电磁波来传递能量，不需要介质。3.简述热力学第二定律的两种表述，并说明它们的等效性。答案：热力学第二定律的克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化。两种表述是等效的，可以相互推导。（三）计算题（共20分）答题要求：写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。1.一定质量的理想气体，初始状态压强$p_1=1.0×10^5Pa$，体积$V_1=2.0×10^{-3}m^3$，温度$T_1=300K$。经过一个等温过程，体积变为$V_2=4.0×10^{-3}m^3$。求：（1）气体在等温过程中对外做的功；（2）气体在等温过程中吸收的热量。答案：（1）等温过程中气体对外做功$W=p_1V_1\ln\frac{V_2}{V_1}=1.0×10^5×2.0×10^{-3}\ln\frac{4.0×10^{-3}}{2.0×10^{-3}}=138.6J$。（2）等温过程$\DeltaU=0$，根据热力学第一定律$Q=W=138.6J$。2.一定质量的理想气体，从状态A出发，经绝热过程到状态B，再经等容过程到状态C，最后经等温过程回到状态A。已知状态A的压强$p_A=1.0×10^5Pa$，体积$V_A=2.0×10^{-3}m^3$，温度$T_A=300K$。状态B的体积$V_B=4.0×10^{-3}m^3$。求：（1）状态B的温度$T_B$；（2）状态C的压强$p_C$。答案：（1）绝热过程$p_AV_A^{\gamma}=p_BV_B^{\gamma}$，对于理想气体$\gamma=\frac{C_p}{C_V}=\frac{5}{3}$，$T_B=T_A(\frac{V_A}{V_B})^{\gamma-1}=300(\frac{2.0×10^{-3}}{4.0×10^{-3}})^{\frac{5}{3}-1}=189K$。（2）等容过程$\frac{p_B}{T_B}=\frac{p_C}{T_C}$，等温过程$T_C=T_A=300K$，$p_C=p_B\frac{T_C}{T_B}=p_A(\frac{V_A}{V_B})^{\gamma}\frac{T_C}{T_B}=1.0×10^5(\frac{2.0×10^{-3}}{4.0×10^{-3}})^{\frac{5}{3}}\frac{300}{189}=3.16×10^4Pa$。（四）材料分析题（共10分）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。热机在现代社会中有着广泛的应用，如汽车、火车、轮船、飞机等交通工具都离不开热机。热机的效率是衡量热机性能的重要指标。提高热机效率可以节约能源、减少环境污染。问题：1.请分析热机效率不高的原因。答案：热机效率不高的原因主要有：废气带走大量热量；热机部件之间存在摩擦，消耗能量；燃料燃烧不完全等。2.为了提高热机效率，可以采取哪些措施？答案：提高热机效率的措施有：使燃料充分燃烧；减少废气带走的热量，如采用先进的散热装置；减少热机部件间的摩擦，如使用高质量的润滑剂等。（五）论述题（共5分）答题要求：论述热学在现代科技中的应用，并举