2025年物理热学知识竞赛试题及答案

2025年物理热学知识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年物理热学知识竞赛试题考核对象：高中物理学生及物理爱好者题型分值分布：-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-简答题（总共3题，每题4分）：总分12分-应用题（总共2题，每题9分）：总分18分总分：100分一、判断题（每题2分，共20分）请判断下列说法的正误。1.热力学第二定律可以表述为：热量不能自动地从低温物体传到高温物体。2.物体的温度越高，其分子热运动的平均动能就越大。3.理想气体在等压过程中，温度升高时，其体积也会增大。4.热机的效率可以超过100%，只要不断从单一热源吸热并完全转化为功。5.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而产生的。6.热传递的三种方式是传导、对流和辐射，其中辐射不需要介质。7.理想气体的内能只与温度有关，与体积无关。8.绝热过程中，系统的内能变化等于外界对系统做的功。9.气体的压强是由于气体分子对容器壁的持续碰撞产生的。10.气体分子的速率分布服从麦克斯韦分布，温度升高时，分布曲线峰值向右移动。二、单选题（每题2分，共20分）请选择最符合题意的选项。1.下列哪个物理量是描述气体分子平均动能的宏观量？A.压强B.温度C.体积D.密度2.一定质量的理想气体，从状态A（压强P₁，体积V₁）变化到状态B（压强P₂，体积V₂），如果温度不变，则P₁V₁与P₂V₂的关系是？A.P₁V₁>P₂V₂B.P₁V₁<P₂V₂C.P₁V₁=P₂V₂D.无法确定3.热机效率最高的是？A.卡诺热机B.蒸汽机C.汽油机D.柴油机4.下列哪个过程是等温过程？A.气体在恒定温度下缓慢膨胀B.气体在绝热容器中自由膨胀C.气体在恒定压强下加热D.气体在恒定体积下冷却5.液体表面张力产生的原因是？A.液体表面分子间引力大于内部分子间引力B.液体表面分子间斥力大于内部分子间斥力C.液体表面分子间引力小于内部分子间引力D.液体表面分子间斥力小于内部分子间斥力6.热力学第一定律的数学表达式是？A.ΔU=Q-WB.ΔU=Q+WC.ΔU=Q+WD.ΔU=Q-W7.一定质量的理想气体，从状态A（温度T₁）变化到状态B（温度T₂），如果压强不变，则T₁与T₂的关系是？A.T₁>T₂B.T₁<T₂C.T₁=T₂D.无法确定8.绝热过程的特点是？A.系统与外界无热量交换B.系统温度不变C.系统体积不变D.系统压强不变9.气体分子的平均自由程是指？A.分子碰撞的平均距离B.分子运动的平均速率C.分子运动的平均位移D.分子碰撞的平均时间10.下列哪个现象不属于热力学第二定律的宏观表现？A.热量从高温物体传到低温物体B.热机无法将所有吸收的热量完全转化为功C.气体自发扩散到整个容器D.水自发地从高处流向低处三、多选题（每题2分，共20分）请选择所有符合题意的选项。1.下列哪些是理想气体的宏观特征？A.分子间作用力可忽略不计B.分子体积可忽略不计C.分子运动无规则性D.分子间存在相互碰撞2.热力学第一定律的适用范围是？A.可逆过程B.不可逆过程C.理想气体过程D.所有热力学过程3.热机效率的计算公式是？A.η=W/Q₁B.η=1-Q₂/Q₁C.η=W/Q₂D.η=Q₁/W4.下列哪些过程是等压过程？A.气体在恒定压强下缓慢膨胀B.气体在恒定压强下缓慢压缩C.气体在恒定体积下加热D.气体在恒定压强下冷却5.液体表面张力产生的现象包括？A.液滴呈球形B.毛细现象C.液体沿毛细管上升或下降D.液体表面收缩6.绝热过程的特点是？A.系统与外界无热量交换B.系统温度可能变化C.系统体积可能变化D.系统压强可能变化7.理想气体的内能包括？A.分子动能B.分子势能C.分子间相互作用能D.分子振动能8.热力学第二定律的微观解释是？A.系统熵增加原理B.分子热运动无序性增加C.热量传递的方向性D.热机效率无法达到100%9.气体分子的平均速率与哪些因素有关？A.温度B.分子质量C.体积D.压强10.下列哪些现象可以说明热力学第二定律？A.热量从高温物体传到低温物体需要外界做功B.气体自发扩散到整个容器C.水自发地从高处流向低处D.热机无法将所有吸收的热量完全转化为功四、简答题（每题4分，共12分）1.简述热力学第一定律的物理意义。2.解释什么是等温过程，并举例说明。3.简述表面张力的成因及其对液体性质的影响。五、应用题（每题9分，共18分）1.一定质量的理想气体，从状态A（压强P₁=2atm，体积V₁=10L）经过等温过程膨胀到状态B（体积V₂=20L），求气体对外界做的功和内能的变化。（假设气体温度恒定为300K，理想气体常数R=8.31J/(mol·K)）2.一个卡诺热机，从高温热源吸热Q₁=1000J，向低温热源放热Q₂=400J，求该热机的效率及其对外界做的功。标准答案及解析---一、判断题（每题2分，共20分）1.√2.√3.√4.×（根据热力学第二定律，效率无法超过100%）5.√6.√7.√8.√9.√10.√解析：1.热力学第二定律的克劳修斯表述为热量不能自动地从低温物体传到高温物体。2.温度是分子平均动能的宏观表现，温度越高，平均动能越大。3.根据理想气体状态方程PV=nRT，等压过程中温度升高，体积增大。4.热力学第二定律指出，热机的效率无法达到100%，因为部分热量必须排放到低温热源。5.液体表面分子间引力大于内部分子间引力，导致表面收缩，形成表面张力。6.辐射不需要介质，如太阳光通过真空传到地球。7.理想气体的内能只与温度有关，与体积无关。8.绝热过程中Q=0，根据热力学第一定律ΔU=Q-W，ΔU=W。9.气体分子的持续碰撞产生压强。10.麦克斯韦分布曲线峰值随温度升高向右移动，表示平均速率增大。---二、单选题（每题2分，共20分）1.B2.C3.A4.A5.A6.A7.A8.A9.A10.A解析：1.温度是分子平均动能的宏观量。2.理想气体状态方程PV=nRT，等温过程中P₁V₁=P₂V₂。3.卡诺热机是理论上效率最高的热机。4.等温过程温度恒定。5.表面张力是由于液体表面分子间引力大于内部分子间引力。6.热力学第一定律ΔU=Q-W。7.等压过程中温度升高，根据理想气体状态方程PV=nRT，体积增大。8.绝热过程Q=0，ΔU=W。9.平均自由程是分子碰撞的平均距离。10.热量自发从高温传到低温需要外界做功，否则不发生。---三、多选题（每题2分，共20分）1.A,B,C2.B,D3.A,B4.A,B5.A,B,C,D6.A,B,C,D7.A8.A,B,C,D9.A,B10.A,B,C,D解析：1.理想气体假设分子间作用力可忽略不计，分子体积可忽略不计，分子运动无规则性。2.热力学第一定律适用于所有热力学过程，包括可逆和不可逆过程。3.热机效率η=W/Q₁=1-Q₂/Q₁。4.等压过程压强恒定，可以是膨胀或压缩。5.表面张力导致液滴呈球形、毛细现象、液体沿毛细管上升或下降、液体表面收缩。6.绝热过程Q=0，温度可能变化，体积和压强也可能变化。7.理想气体的内能只包括分子动能。8.热力学第二定律的微观解释是系统熵增加原理、分子热运动无序性增加、热量传递的方向性、热机效率无法达到100%。9.气体分子的平均速率与温度和分子质量有关。10.热量自发从高温传到低温需要外界做功、气体自发扩散、水自发从高处流向低处、热机无法将所有吸收的热量完全转化为功，均符合热力学第二定律。---四、简答题（每题4分，共12分）1.热力学第一定律的物理意义：热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的具体体现，其表述为：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，但在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。在热力学系统中，系统的内能变化等于外界对系统做的功与系统吸收的热量之和。2.等温过程：等温过程是指系统在温度保持恒定的情况下发生的状态变化。在等温过程中，系统的内能不变（对于理想气体），因为内能与温度有关。根据理想气体状态方程PV=nRT，等温过程中压强与体积成反比。例如，气体在恒定温度下缓慢膨胀是一个等温过程。3.表面张力的成因及其对液体性质的影响：表面张力是由于液体表面分子间引力大于内部分子间引力而产生的。液体表面分子受到内部分子的吸引力，导致表面收缩，形成表面张力。表面张力对液体性质的影响包括：-液滴呈球形（表面张力使表面积最小）。-毛细现象（表面张力使液体沿毛细管上升或下降）。-液体沿固体表面扩展或收缩（如水在玻璃上的润湿性）。---五、应用题（每题9分，共18分）1.等温过程气体对外界做的功和内能的变化：-等温过程中，内能变化ΔU=0（理想气体）。-气体对外界做的功W=Q=nRTln(V₂/V₁)。根据理想气体状态方程P₁V₁=nRT，n=PV₁/(RT)