大学物理第6章（题库）含答案

06章

一、填空题 （一）易（基础题）

1、热力学第二定律的微观实质可以理解为：在孤立系统内部所发生的不可逆过程，总是沿着熵 增大 的方向进行。

2、热力学第二定律的开尔文表述和克劳修斯表述是等价的，表明在自然界中与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的，开尔文表述指出了____功热转换__________的过程是不可逆的，而克劳修斯表述指出了___热传导_______的过程是不可逆的．

3．一定量的某种理想气体在某个热力学过程中，外界对系统做功240J，气体向外界放热620J，则气体的内能 减少 (填增加或减少)，E2—E1= -380 J。 4．一定量的理想气体在等温膨胀过程中，内能 不变 ，吸收的热量全部用于对外界做功 。

5．一定量的某种理想气体在某个热力学过程中，对外做功120J，气体的内能增量为280J，则气体从外界吸收热量为 400 J。

6、在孤立系统内部所发生的过程，总是由热力学概率 小 的宏观状态向热力学概率 大 的宏观状态进行。

7、一定量的单原子分子理想气体在等温过程中,外界对它作功为200J.则该过程中需吸热____-200____J.

补充1、一定量的双原子分子理想气体在等温过程中,外界对它作功为200J.则该过程中需吸热____-200____J.

补充2、一定量的理想气体在等温膨胀过程中，吸收的热量为500J。理想气体做功为 500 J。

补充3、一定量的理想气体在等温压缩过程中，放出的热量为300J，理想气体做功为 -300 J。

8、要使一热力学系统的内能增加，可以通过 做功 或 热传递 两种方式，或者两种方式兼用来完成。

9、一定量的气体由热源吸收热量2?66?10J,内能增加4?18?10J,则气体对外作 功______J.

10、工作在7℃和27℃之间的卡诺致冷机的致冷系数为 14 ，工作 在7℃和27℃之间的卡诺热机的循环效率为 6.67% 。

1

55（二）中（一般综合题）

1、2mol单原子分子理想气体,经一等容过程后,温度从200K上升到500K,则气体吸收的热量为_7.48?10____J.

2、气体经历如图2所示的一个循环过程，在这个循环中，外界传给气体的净热量是 90J 。

3、一热机由温度为727℃的高温热源吸热，向温度为527℃的低温热源放热。若热机可看作卡诺热机，且每一循环吸热2000J,则此热机每一循环作功 400 J。

4、1mol的单原子分子理想气体，在1atm的恒定压强下，从0℃加热到100℃，则气体的内能改变了 1.25?10 J。（摩尔气体常量R=8.31J·mol·K）

-1

-1

3图2 35、一系统由图6中的a态沿abc到达a态时,吸收了911J的热量.同时对外作478J的功.如果由a态沿adc到达c态,则系统作功121J,吸热__554__J.当系统由c态沿曲线ca返回a态时,如果外界对系统作功268J,则系统吸热__-701__J.

（三）难（综合题）

1、双原子分子理想气体,作等压膨胀.若气体膨胀过程从热源吸收热量700J,则该气体对外做功____200____J.

2、如图2所示，一定量的双原子分子理想气体，沿12341变化。12过程系统内能增加了300J。23过程系统放热为400J，34为等温过程，41为绝热过程，由此，12过程系统吸热___420_____J，41过程系统作功___-100_____J。

3、3mol 的理想气体开始时处在压强p1?6?10Pa、温度

5图6 图2 T1?500K的平衡态，经过一个等温过程，压强变为p2?3?105Pa.该气体在此等温过程

2

中吸收的热量Q= ___12465ln2_____J.

二、选择题 （一）易（基础题）

1、下列说法正确的是： [ ]

（A）孤立系统中的可逆过程，其熵不变；孤立系统中的不可逆过程，其熵要增加； （B）一切系统状态的改变，系统的熵都要增加； （C）一切系统状态的改变，系统的熵减少；

（D）孤立系统处于平衡态时，系统的熵趋于最大值，系统的无序度最低。

2、一摩尔的单原子分子理想气体，在一个大气压的恒压下，从0oC被加热到100oC,此时气体增加的内能约为 [ ]

（A）3.2J; (B) 46J; (C) 120J; (D)1250J.

5R是 [ ]

3、

2 （A）理想气体定体摩尔热容； （B）双原子分子理想气体定体摩尔热容；

（C）刚性双原子分子理想气体定体摩尔热容； （D）气体定体摩尔热容。 4、1mol刚性双原子分子理想气体，当温度为T时，其内能为 [ ]

3（A）RT；

2

3（B）kT；

2

5RT；

（C）

23（A）RT；

2

5kT。

（D）

23（B）kT；

2补充题：1mol刚性单原子分子理想气体，当温度为T时，其内能为 ( )

3

5RT；

（C）

2

5kT。

（D）

23（B）kT；

2。

补充题：1mol刚性多原子分子理想气体，当温度为T时，其内能为 ( )

3（A）RT；

2（C）

3RT； （D）3kT5、在温度分别为327℃和27℃的高温热源和低温热源之间工作的热机，理论上的最大效率为 [ ]

（A）25% （B）50% （C）100% （D）75%

6、对于室温下定体摩尔热容CV.m为2.5R的理想气体，在等压膨胀的情况下，系统对外所作的功与从外界吸收的热量之比W/Q等于 [ ]

（A）1/3 （B）1/4 （C）2/5 (D) 2/7，

7、对于理想气体系统来说，在下列过程中，哪个过程系统所吸收的热量、内能的增量和对外作的功三者均为负值的过程 [ ] （A）等容降压过程； (B)等温膨胀过程； (C)等压压缩过程； （D)绝热膨胀过程。 8、根据热力第二定律可知 [ ]

（A）功可以全部换为热,但热不能全都转换为功；

（B)热可以从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体； (C)不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程； （D）一切自发过程都是不可逆的。

9、“理想气体和单一热源接触作等温膨胀时，吸收的热量全部用来对外作功”，对此说法，有以下几种评论。正确的是 [ ]

（A）不违反热力学第一定律，但违反热力学第二定律； （B)不违反热力学第二定律，但违反热力学第一定律； （C)不违反热力学第一定律，也不违反热力学第二定律; （D )违反热力学第一定律，也违反热力学第二定律。

4

10、设热源的绝对温度是冷源的绝对温度的n倍,则在一个卡诺过程中,气体将把从热源得到的热量Q1中的多少传递给冷源? [ ]

(A) nQ1； (B)

(n?1)Q1；

Q1 (C)

n

Q1； (D)

n?1。

（二）中（一般综合题）

1、给定理想气体，从标准状态(P0,V0,T0)开始作绝热膨胀，体积增大到3倍。膨胀后温度T、压强P与标准状态时T0、p0之关系为(g为比热容比)。 [ ] （A）T=(1/3)r-1T0 ； （B）p=(1/3)r-1p0 ； （C）T=(1/3)-rT0 ； （D）p=(1/3)r-1p0 。 2、设有下列过程：

（1)用活塞缓慢地压缩绝热容器中的理想气（设活塞与器壁无摩擦）； （2）用缓慢地旋转的叶落归根使绝热容器中的水温上； (3)冰溶解为水；

(4)一个不受空气阻力及其他摩擦力作用的单摆的摆动。 其中是可逆过程的为 [ ]

（A) （1)、(2)、(4)； (B) （1)、（2)、(3)； (C) （1)、(3).(4)； （D） （1）、（4）。

3、一绝热容器被隔板分成两半，一半是真空，另一半盛理想气体，若把隔板抽出，气体将进行自由膨胀，达到平衡后： [ ] （A）温度不变，熵增加；（B)温度升高，熵增加； （C)温度降低，熵增加；(D)温度不变，熵不变，

4、一理想气体初始温度为T,体积为V,此气体由初始状态经绝热膨胀到体积为2V;又经等容升温到温度为T,最后经等温压缩恢复到体积V.则此过程中 [ ]

(A) 气体向外界放热； (B)气体对外界做功； (C) 气体内能增加； (D)气体内能减少。

5

5、如图5所示，1mol理想气体从状态A沿直线到达B,系统做的功和内能的变化为 [ ]

p2=2p1,V2=2V1,则此过程

（A）W>0,ΔE>0 ；(B) W<0,ΔΕ<0

(C)W>0,ΔE＝0 ；（D）W<0，ΔΕ>0

6、一定量的理想气体，经历某过程后，它的温度升高了。则根据热力学定律可以断定 [ ]

（1）该理想气体系统在此过程中吸了热；

（2）在此过程中外界对该理想气体系统作了正功； （3) 该理想气体系统的内能增加了；

(4)在此过程中理想气体系统既从外界吸了热，又对外作了正功。

以上正确的断言是：（A）（3）；（B）（1）（3）；（C)（2）（3）； (D)（3）（4）；（E）（4） 7、有人设计一台卡诺热机(可逆的)，每循环一次可从400K的高温热源吸热1800J，向300 K的低温热源放热800 J。同时对外做功1 000 J ，这样的设计是 [ ] （A)可以的，符合热力学第一定律； (B)可以的，符合热力学第二定律 ： （C）不行的，这个热机的效率超过理论值；

（D)不行的，卡诺循环所作的功不能大于向低温热源放出的热量。

（三）难（综合题）

1、一定量理想气体，从a经b到c的过程，如图2所示，则 [ ]

图5 （A）<0,A>0,Q=0; (B) <0,A<0,Q<0;

(C ) >0, A<0, Q>0; (D) <0, A>0 ,Q<0.

图1

2、一定量的理想气体，起始温度为T，体积为V0。后经历绝热过程，体积变为2V0。再经

6

过等压过程，温度回升到起始温度。最后再经过等温过程，回到起始状态。则在此循环过程中 [ ]

（A)气体从外界净吸出热量为负值； （B)气体对外界净作的功为正值； （C）气体从外界净吸热量为正值； （D）气体内能减少。

3、假设某一循环由等温过程和绝热过程组成(即等温线和绝热线交于两点组成循环)，可以认为 [ ]

(A)此循环过程仅违反热力学第一定律； (B)此循环过程仅违反热力学第二定律； ． (C)它既违反热力学第一定律，也违反热力学第二定律； (D)它既不违反热力学第一定律，也不违反热力学第二定律。 4、关于可逆过程和不可逆过程有以下几种说法： （1）可逆过程一定是平衡过程。 （2）平衡过程一定是可逆过程。

（3）不可逆过程一定找不到另一过程使系统和外界同时复原。 （4）非平衡过程一定是不可逆过程。 以上说法，正确的是： [ ]

（A）（1）、（2）、（3）； （B）（2）、（3）、（4）； （C）（1）、（3）、（4）； （D）（1）、（2）、（3）、（4）。

三、判断题 （一）易（基础题）

1、第二永动机是不可能实现的。 （ √ ）2、内能的增量EM2?E1??CV,m(T2?T1)只适用于理想气体准静态过程。 （ √ 3、平衡过程一定是可逆过程。 （ × 4、第一永动机是可能实现的。 （ × 5、系统经历一个循环过程后，它的内能为零。 （ × 6、孤立系统的一切自发过程都是向着熵增大的方向进行。 （ √ ） 7、功w??V2pdv的适用范围是理想气体准静态过程。

（ × ）

V1

）

） ） ） 7

8、一切自然过程都是不可逆过程。 （ √ ） 9、在等体过程中系统所做的功为零。 （ √ ） 10、

（二）中（一般综合题） （三）难（综合题） 四、解答题 （一）易（基础题）

1、如图（1）表示一氮气循环过程，求一次循环过程气体对外做的功和循环效率。

2、0.02 kg的氦气(视为理想气体)，温度由17℃升为27℃．若在升温过程中，(1) 体积保持不变；(2) 压强保持不变；(3) 不与外界交换热量；试分别求出气体内能的改变、吸收的热量、外界对气体所作的功．(普适气体常量R =8.31 J?molK)

?1?15R是刚性双原子分子理想气体定体摩尔热容 [√ ] 2图（1） 3、0.001kg的氦气吸收了1J的热量,若保持压强不变,它的初始温度为200K,则它最终的温度是多少?

4、一热机在1000K和300K的两热源之间工作，如果(1)高温热源提高到1100K，(2)使低温热源降到200K，求理论上热机效率增加多少？为了提高热机效率，哪一种方案更好？

5、64g氧气（可看成刚性双原子分子理想气体）的温度由0℃升至50℃，〔1〕保持体积不变；(2)保持压强不变。在这两个过程中氧气各吸收了多少热量?各增加了多少内能？对外各做了多少功？

6、

3.2?10kg的氧气作如图6所示的

2?2abcd的循环，设V

?2V1，求循环效率。15

8

解：（1）完成一次循环过程内能的增量为：?E?0 （2）完成一次循环过程氮气所做的总功为：

VbMVdW总?Wab?WCd＝RT1ln?RT2ln 15

?Va?VcM28?10-340028?10-3100＝?8.31?400?ln??8.31?200?ln 28?10-310028?10-3400?2.33?103(J)

（3）在循环过程中，氮气吸热 Q吸?Qab?Qda?M?RT1lnV2M5?R(Ta?Td) V1?228?10-340028?10-35??8.31?400?ln???8.31?(400?200) -3-328?1010028?102?8.81?103(J)

循环效率：

W2.33?103 ????26.4%

Q吸8.81?103V5(Tb?Tc)?T2ln22V1?1??15.2%

V25T1ln?(Ta?Td)V12

7、打算建造一热机，从海洋的温度梯度中获得动力。若海洋表面与深处的水温分别为25℃和10℃，试求这样一个热机的最大理论效率是多少？

8、 一定量氢气在保持压强为4.00×10Pa不变的情况下，温度由0?0C升高到50?0C时，吸收了6.0×10J的热量。

4

500 9

(1) 求氢气的量是多少摩尔? (2) 求氢气内能变化多少? (3) 氢气对外做了多少功?

9、一台冰箱工作时，其冷冻室中的温度为—10℃，室温为15℃。若按理想卡诺致冷循环计算，则此致冷机每消耗10J的功，可以从冷冻室中吸出多少热量？

10、一热力学系统由如图（10）所示的状态a沿acb过程到达状态b时，吸收了560J的热量，对外做了356J的功。

(1) 如果它沿adb过程到达状态b时，对外做了220J的功，它吸收了多少热量?

(2)当它由状态b沿曲线ba返回状态a时，外界对它做了282J的功，它将吸收多少热量？是真吸了热，还是放了热?

（二）中（一般综合题）

1、有1摩尔的刚性双原子分子理想气体作如图1所示的循环过程。若VA =

图（10） 31AB为等温过程，其温度为600k，VB，2BC为等压过程，CA为等体过程，试求：（1）C点的温度；（2）每个过程系统所作的功和吸收的热量；（3）理想气体完成一个循环过程内能的变化；（4）循环过程的效率。（ln =0.7）

2、如图2所示，一定量的理想气体经历ACB过程时吸热200J，则经历ACBDA过程时吸热又为多少？

3、有一克原子（1mol）的单原子理想气体，自A点起始沿顺时针方向完成一个循环，如图3所示。求：

图2 2图1 10

图3

(1)循环过程中所做的总功、吸收的热量；13 (2)循环的效率。8、11

解：（1）如图所示，完成一次循环过程气体对外所做的总功为矩形ABCD的面积：

即： W?(2?1)?105?(200?100)?10?3?1.0?104(J) 或： W?WBC?WDA?pB(VC?VB)?pA(VA?VD)

?2?105?(200?100)?10?3?1?105(100?200)?10?3?1.0?10(J)循环过程中吸收的热量为：

4

Q吸?QBC?QAB＝M7M5R（TC－TB）＋R（TB－TA） ?2?275＝(pCVC?pBVB)?(pBVB?pAVA) 2275?(2?105?200?10?3?2?105?100?10?3)?(2?105?100?10?3?1?105?100?10?3)22

?9.5?104(J)

W1.0?104（2）循环的效率： ????10.53%

Q吸9.5?1044、一台家用冰箱，放在气温为300K的房间内，做一盘—13℃的冰块需从冷冻室取走

2.09?105J的热量。设冰箱为理想卡诺致冷机。

（1）做一盘冰块所需要的功是多少？

（2）若此冰箱能以2.09?10J?s的速率取出热量，求做一盘冰块需多少时间？此冰箱的电功率是多少瓦？

2?1 11

5、使一定质量的理想气体的状态按图5中的曲线沿箭头所示的方向发生变化，图线的BC段是以P轴和V轴为渐近线的双曲线。（1）已知气体在状态A时的温度TA＝300K，求气体在B，C和D状态时的温度。

（2）从A到D气体所做的总功是多少？ （3）ABCD过程中气体的内能增量是多少？ （4）ABCD过程中气体所吸收的热量各是多少？

解：（1）AB为等压过程：

TB?TA图5 VB20 ?300??600（K）VA10BC为等温过程： TC?TB?600 （K）CD为等压过程： TD?TCVD20 ?600??300（K）VC40（2）因为 TA?TD，

所以ABCD过程中气体的内能增量为：?EABCD=V2MiR(TD?TA)?0 ?2（3）因为

W??V1pd V?WABCD?WAB?WBC?WCD

?PA(VB?VA)?M?RTBlnVC?PC(VD?VC)VB?PA(VB?VA)?PBVBlnVC?PC(VD?VC)VB40????2?105?(20?10)?10?3?2?105?20?10?3?ln?1?105?(20?40)?10?3?20?? ?2.8?10（J） ABCD过程中气体所吸收的热量是：

3 12

QABCD?WABCD??EABCD?2.8?10?0?2.8?10(J)

6、 如图6表示一氮气循环过程，求一次循环过程气体对外做的功和循环效率。

7、1mol理想气体在t1?1270C的高温热源与

图6 33t2?270C的低温热源间作可逆的卡诺循环，在1270C的等温线上起始体积为

（1）循环效率； V1?0.001m3，终止体积为V2?0.005m3，试求此气体在每一循环中：（2）从高温热源吸收的热量Q1； （3）气体所做的净功W；

（4）气体传给低温热源的热量Q2。 （三）难（综合题）

1、一定量的某种理想气体进行如图1所示的循环过程。已知气体在状态A的温度为tA?27C。求：

0图1 13

（1）气体在状态B、C的温度； （2）各过程中气体对外所作的功；

（3）经过整个循环过程，内能的改变量和气体从外界吸收的总热量。 2、 如图2为一循环过程的T—V图线。该循环的工质是? mo1的理想气体。其CV,m和?均已知且为常量。已知a点的温度为T1，体积为V1，b点的体积为V2，ca为绝热过程。求： (1) c点的温度； (2) 循环的效率。

3、 1mol氮气的循环过程如图3所示，ab和cd为绝热过程，bc和da为等体过程。求：

（1）a，b，c，d各状态的温度。

图3 图2 （2）循环效率?。

4、 1mol氧气(当成刚性分子理想气体)经历如图4所示的过程由a经b到c。求在此过程中气体对外做的功、吸的热。

图4 5、以理想气体为工作物质的某热机，它的循环过程如图5所示(bc为绝热线)。证明其效率为

V2)?1V??1??1

P2()?1P1(

图5 14

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