2025年高中物理热学理论竞赛试题及答案

2025年高中物理热学理论竞赛试题及答案考试时长：120分钟满分：100分班级：__________姓名：__________学号：__________得分：__________试卷名称：2025年高中物理热学理论竞赛试题及答案考核对象：高中物理竞赛学生题型分值分布：-判断题（总共10题，每题2分）总分20分-单选题（总共10题，每题2分）总分20分-多选题（总共10题，每题2分）总分20分-案例分析（总共3题，每题6分）总分18分-论述题（总共2题，每题11分）总分22分总分：100分---一、判断题（每题2分，共20分）1.热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是等价的。2.理想气体的内能仅与温度有关，与体积无关。3.热机的效率越高，其工作物质循环过程越接近可逆过程。4.绝热过程中系统的熵不变。5.气体的压强是由气体分子对器壁的持续碰撞产生的。6.气体分子的平均速率与温度成正比。7.热力学第一定律的数学表达式为ΔU=Q+W。8.等温过程中理想气体的内能变化量为零。9.液体的表面张力是由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间距离造成的。10.热传递的三种方式中，传导效率最高的是气体。二、单选题（每题2分，共20分）1.一定质量的理想气体从状态A（压强P₁，体积V₁）等温变化到状态B（压强P₂，体积V₂），若P₁>P₂，则（）A.气体对外做功，内能增加B.气体对外做功，内能减少C.外界对气体做功，内能增加D.外界对气体做功，内能减少2.下列哪个过程是可逆过程？（）A.热传导B.气体自由膨胀C.气体准静态等温压缩D.气体准静态绝热膨胀3.理想气体经历等压膨胀过程，其内能变化与外界做功的关系是（）A.ΔU>0，W>0B.ΔU<0，W<0C.ΔU=0，W=0D.ΔU=0，W>04.热力学温标与摄氏温标的关系为T=t+273.15，则温度升高1K对应的摄氏温度变化为（）A.1℃B.274.15℃C.0℃D.无法确定5.一定质量的理想气体从状态1（P₁，V₁，T₁）变化到状态2（P₂，V₂，T₂），若ΔU>0，则以下哪个条件一定成立？（）A.P₁V₁>P₂V₂B.T₁>T₂C.Q>0D.W<06.热机的效率公式为η=1-Q₂/Q₁，其中Q₁表示（）A.系统吸收的热量B.系统放出的热量C.系统对外做的功D.系统内能的增加量7.气体分子的平均自由程λ与压强P的关系是（）A.λ∝PB.λ∝1/PC.λ∝P²D.λ∝1/P²8.等温压缩理想气体，外界对气体做功W，则气体的（）A.内能增加B.内能减少C.熵增加D.熵减少9.下列哪个物理量与气体分子的速率分布无关？（）A.平均速率B.方均根速率C.最概然速率D.熵10.热力学第二定律的统计意义是（）A.孤立系统的熵永不减少B.系统的能量守恒C.热量不能自发地从低温物体传到高温物体D.系统的压强永不变化三、多选题（每题2分，共20分）1.理想气体状态方程为PV=nRT，其中R的物理意义包括（）A.摩尔气体常数B.系统的熵C.系统的内能D.单位物质的量的气体在标准状态下的压强2.热力学第一定律适用于（）A.可逆过程B.不可逆过程C.静态过程D.动态过程3.气体分子的平均动能与以下哪些因素有关？（）A.温度B.压强C.分子数D.分子质量4.等压过程中，理想气体的（）A.压强不变B.体积与温度成正比C.内能变化量等于吸收的热量D.熵增加5.热机的工作循环包括（）A.等温过程B.等压过程C.绝热过程D.等体过程6.液体的表面张力现象包括（）A.液滴呈球形B.毛细现象C.液体表面分子的动能增加D.液体表面分子间引力增强7.熵增加原理适用于（）A.孤立系统B.封闭系统C.开放系统D.静态系统8.理想气体自由膨胀过程的特点包括（）A.系统对外不做功B.系统内能不变C.系统熵增加D.系统温度降低9.热力学第二定律的数学表达式为（）A.ΔS≥0（孤立系统）B.Q=ΔU-WC.η=1-Q₂/Q₁D.PV=nRT10.气体分子的速率分布规律包括（）A.麦克斯韦分布B.玻尔兹曼分布C.能量按自由度均分定理D.热力学第三定律四、案例分析（每题6分，共18分）1.一定质量的理想气体经历一个准静态的等温压缩过程，初始状态为（P₁=1.0×10⁵Pa，V₁=2.0×10⁻³m³），末状态为（V₂=1.0×10⁻³m³）。若气体温度T=300K，求：（1）气体对外做的功；（2）气体的内能变化量；（3）气体吸收或放出的热量。2.一个可逆热机工作在高温热源T₁=500K和低温热源T₂=300K之间，每次循环从高温热源吸收热量Q₁=1000J，求：（1）热机的最大效率；（2）每次循环对外做的功；（3）向低温热源放出的热量。3.一个容器内装有某种理想气体，初始压强P₁=1.0×10⁵Pa，体积V₁=1.0×10⁻³m³，温度T₁=300K。若气体经历一个等压膨胀过程，末状态体积V₂=2.0×10⁻³m³，求：（1）气体膨胀后的温度；（2）气体对外做的功；（3）气体的内能变化量。五、论述题（每题11分，共22分）1.论述热力学第二定律的两种表述及其等效性，并说明其在实际生活中的应用。2.解释理想气体状态方程的物理意义，并说明其在热力学中的重要性。---标准答案及解析一、判断题1.√；克劳修斯表述和开尔文表述是等价的，均描述了热传递的方向性。2.√；理想气体内能仅与温度有关，与体积无关。3.√；可逆过程越接近，效率越高。4.×；绝热过程熵不变的是可逆绝热过程，不可逆绝热过程熵增加。5.√；气体压强由分子碰撞产生。6.√；平均速率v∝√T。7.√；热力学第一定律表达式。8.√；等温过程ΔU=0。9.√；表面张力源于表面分子间引力。10.×；传导效率最高的是固体。二、单选题1.B；等温压缩，外界对气体做功，内能不变。2.C；准静态过程可逆。3.A；等压膨胀，温度升高，ΔU>0，W>0。4.A；温度变化量相同。5.B；ΔU>0说明温度升高。6.A；Q₁表示吸收的热量。7.B；λ∝1/P。8.B；等温压缩，ΔU=0，外界做功。9.D；熵与速率分布无关。10.A；孤立系统熵永不减少。三、多选题1.A，D；R为摩尔气体常数，标准状态下压强为1atm。2.A，B，C，D；适用于所有过程。3.A，D；平均动能与温度和分子质量有关。4.A，B，D；等压过程压强不变，V∝T，熵增加。5.A，C；热机循环包括等温、绝热过程。6.A，B，D；表面张力导致液滴球形、毛细现象、表面分子引力增强。7.A；熵增加原理适用于孤立系统。8.A，B，C；自由膨胀不做功、内能不变、熵增加。9.A，C；ΔS≥0，η=1-Q₂/Q₁。10.A，C；麦克斯韦分布、能量按自由度均分定理。四、案例分析1.（1）W=-nRTln(V₂/V₁)=-1.0×10⁵×2.0×10⁻³×ln(1.0/2.0)=1.386×10⁴J；（2）ΔU=0；（3）Q=W=1.386×10⁴J（放热）。2.（1）η=1-T₂/T₁=1-300/500=40%；（2）W=ηQ₁=0.4×1000=400J；（3）Q₂=Q₁-W=1000-400=600J。3.（1）T₂=T₁(V₂/V₁)=300×(2.0/1.0)=600K；（2）W=nR(T₂-T₁)=1.0×8.31×(600-300)=2493J；（3）ΔU=nCv(T₂-T₁)=1.0×12.58×