2026年大学第一学年（热能工程）热力学定律应用测试题及答案

2025年大学第一学年（热能工程）热力学定律应用测试题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题共40分）答题要求：本卷共8小题，每小题5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.关于热力学第一定律，以下说法正确的是（）A.系统对外做功，内能一定减少B.外界对系统做功，系统内能一定增加C.系统从外界吸收热量，内能一定增加D.一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和2.一定质量的理想气体，在等温膨胀过程中（）A.气体的内能增大B.气体对外界做功C.气体从外界吸收热量等于对外界做功D.气体压强增大3.下列过程中，可能发生的是（）A.某工作物质从高温热源吸收20kJ的热量，全部转化为机械能，而没有产生其他任何影响B.打开一高压密闭容器，其内气体自发溢出后又自发跑进去，恢复原状C.利用其他手段，使低温物体温度更低，高温物体温度更高D.将两瓶不同液体自发互溶，然后又自发地各自分开4.关于热力学第二定律，下列说法正确的是（）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，而不产生其他影响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5.一定质量的理想气体经历如图所示的一系列过程，ab、bc、cd和da这四段过程在p-V图上都是直线段，其中ab的延长线通过坐标原点O，bc垂直于ab，而cd平行于ab，则气体体积在（）A.ab过程中不断减小B.bc过程中保持不变C.cd过程中不断增大D.da过程中保持不变6.一定质量的理想气体，由状态A经状态B变化到状态C，其V-T图象如图所示。已知气体在状态A时的压强为1.5×\(10^5\)Pa，则气体在状态C时压强为（）A.0.5×\(10^5\)PaB.1.0×\(10^5\)PaC.1.5×\(10^5\)PaD.2.0×\(10^5\)Pa7.如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A。其中，A→B和C→D为等温过程，B→C和D→A为绝热过程（气体与外界无热量交换）。这就是著名的“卡诺循环”。关于该循环，下列说法正确的是（）A.A→B过程中，气体对外界做功B.B→C过程中，气体分子的平均动能增大C.C→D过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多D.D→A过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化8.如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，经历过程①、②、③、④到达状态e。对此气体，下列说法正确的是（）A.过程①中气体的压强逐渐减小B.过程②中气体对外界做正功C.过程④中气体从外界吸收了热量D.状态c、d的内能相等第II卷（非选择题共60分）9.（12分）答题要求：请简述热力学第一定律的内容，并说明其数学表达式中各物理量的含义。10.（12分）答题要求：一定质量的理想气体，在某一状态下的压强、体积和温度分别为\(p_1\)=2atm、\(V_1\)=1L、\(T_1\)=300K。先使其等温膨胀到\(V_2\)=2L，然后等容升温到\(T_2\)=600K，求：（1）等温膨胀过程中气体对外界做的功；（2）等容升温过程中气体吸收的热量。11.（12分）答题要求：有一个气缸，缸内封闭着一定质量的理想气体。活塞与气缸壁间无摩擦且不漏气。活塞的质量为m，横截面积为S，气缸放在水平地面上，大气压强为\(p_0\)。当活塞静止时，缸内气体的压强为\(p_1\)，体积为\(V_1\)。现将气缸缓慢竖起，活塞静止时，缸内气体的压强为\(p_2\)，体积为\(V_2\)。已知重力加速度为g，求\(p_2\)与\(p_1\)的关系以及\(V_2\)与\(V_1\)的关系。12.（12分）材料：有两个相同的气缸A和B，A内有一定质量的理想气体，B内为真空。开始时，两气缸通过阀门K相连，阀门K关闭。现将A气缸缓慢加热，气体温度升高，体积增大。然后打开阀门K，气体迅速向B气缸扩散，最终两气缸内气体达到平衡。已知加热前A气缸内气体的压强为\(p_0\)，体积为\(V_0\)，温度为\(T_0\)。答题要求：（1）简述气体在扩散过程中内能的变化情况，并说明理由。（2）求最终两气缸内气体的压强和温度。13.（12分）材料：如图所示，一导热性能良好的气缸，活塞质量为m，横截面积为S，气缸内封闭有一定质量的理想气体。开始时活塞处于静止状态，缸内气体的压强为\(p_0\)，体积为\(V_0\)。现对活塞施加一竖直向上的拉力F，使活塞缓慢向上移动，当活塞移动到某一位置时，气体的体积变为\(V_1\)。已知大气压强为\(p_0\)，重力加速度为g。答题要求：（1）分析气体在膨胀过程中是吸热还是放热，并说明原因。（2）求此时缸内气体的压强。答案：1.D2.BC3.C4.D5.ABC6.A7.A8.BCD9.热力学第一定律的内容是：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。数学表达式为\(\DeltaU=Q+W\)，其中\(\DeltaU\)表示内能的变化量，Q表示吸收或放出的热量，W表示外界对系统或系统对外界做的功。10.（1）等温膨胀过程，根据\(W=nRT\ln\frac{V_2}{V_1}\)，由理想气体状态方程\(p_1V_1=nRT_1\)可得\(n=\frac{p_1V_1}{RT_1}\)，代入\(W\)的表达式可得\(W=p_1V_1\ln\frac{V_2}{V_1}=2\times1\times\ln2\approx1.39\)L·atm=141J。（2）等容升温过程，\(W=0\)，根据\(\DeltaU=Q\)，\(\DeltaU=nC_V(T_2-T_1)\)，由\(p_1V_1=nRT_1\)可得\(n=\frac{p_1V_1}{RT_1}\)，\(C_V=\frac{3}{2}R\)，代入可得\(Q=nC_V(T_2-T_1)=\frac{3}{2}p_1V_1=3\)L·atm=304J。11.水平时\(p_1S=p_0S+mg\)，竖起后\(p_2S+mg=p_0S\)，可得\(p_2=p_1-\frac{mg}{S}\)。等温变化\(p_1V_1=p_2V_2\)，将\(p_2=p_1-\frac{mg}{S}\)代入可得\(V_2=\frac{p_1V_1}{p_1-\frac{mg}{S}}\)。12.（1）气体扩散过程中，由于气体迅速扩散，来不及与外界进行热交换，可视为绝热过程，绝热膨胀气体对外做功，内能减小。（2）扩散后总体积为\(2V_0\)，根据\(p_0V_0=pV\)，可得\(p=\frac{p_0}{2}\)。温度降低，根据绝热过程方程\(p_0V_0^{\gamma}=pV^{\gamma}\)（\(\gamma\)为比热容比），结合理想气体状态方程可求出最终温度\(T=\frac{T_0}{2^{\frac{\gamma-1}{\gamma}}}\)。13.（1）