大学物理学热力学基础练习题

《大学物理学》热力学基础一、选择题13-1．如图所示，bca为理想气体的绝热过程，b1a和b2a是任意过程，则上述两过程中气体做功与吸收热量的情况是()（A）b1a过程放热、作负功，b2a过程放热、作负功；（B）b1a过程吸热、作负功，b2a过程放热、作负功；（C）b1a过程吸热、作正功，b2a过程吸热、作负功；（D）b1a过程放热、作正功，b2a过程吸热、作正功。【提示：体积压缩，气体作负功；三个过程中a和b两点之间的内能变化相同，bca线是绝热过程，既不吸热也不放热，b1a过程作的负功比b2a过程作的负功多，由QWE知b2a过程放热，b1a过程吸热】13-2．如图，一定量的理想气体，由平衡态A变到平衡态B，且他们的压强相等，即ABPP。问在状态A和状态B之间，气体无论经过的是什么过程，气体必然()（A）对外作正功；（B）内能增加；（C）从外界吸热；（D）向外界放热。【提示：由于ABTT，必有ABEE；而功、热量是过程量，与过程有关】13-3．两个相同的刚性容器，一个盛有氢气，一个盛氦气(均视为刚性理想气体)，开始时它们的压强和温度都相同，现将3J的热量传给氦气，使之升高到一定的温度，若氢气也升高到同样的温度，则应向氢气传递热量为()（A）6J；（B）3J；（C）5J；（D）10J。【提示：等体过程不做功，有QE，而2molMiERTM，所以需传5J】13-4．有人想象了如图所示的四个理想气体的循环过程，则在理论上可以实现的是（）【提示：(A)绝热线应该比等温线陡，（B）和（C）两条绝热线不能相交】pVbcOa12OpVBA绝热等体pVOA（）等温C（）pVO绝热绝热等体绝热B（）pVO绝热等温D（）pVO绝热等温等压13-5．一台工作于温度分别为327℃和27℃的高温热源与低温热源之间的卡诺热机，每经历一个循环吸热2000J，则对外做功（）（A）2000J；（B）1000J；（C）4000J；（D）500J。【卡诺热机的效率为211TT，WQ，可求得300150%600，则1000WQJ】13-6．根据热力学第二定律（）（A）自然界中的一切自发过程都是不可逆的；（B）不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程；（C）热量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；（D）任何过程总是沿熵增加的方向进行。【（A）正确；（B）少“不引起其他变化”；（C）想想空调和冰箱热量；（D）少“孤立系统”条件】7．如图所示为一定量的理想气体的p—V图，由图可得出结论()（A）ABC是等温过程；（B）BATT；（C）BATT；（D）BATT。【提示：等温线是一条有关原点对称的反比例函数曲线】13--2．对于室温下定体摩尔热容2.5VCR的理想气体，在等压膨胀的情况下，系统对外做功与从外界吸收的热量之比/WQ等于（）（A）1/3；（B）1/4；（C）2/5；（D）2/7。【提示：等压膨胀吸热为()VmolMQCRTM，内能变化为VmolMECTM，所以，功为molMWRTM，则13.5AQ】13-9．气缸内储有2.0mol的空气，温度为27℃，若使空气的体积等压膨胀到原来的3倍，则因为空气而对外界所作的功为（）（A）897J；（B）4986J；（C）9972J；（D）14958J。【提示：等压膨胀对外功为WRT，而等压变化满足盖•吕萨克方程1212VVTT，可求出2900TK，则28.316009972WJ】10．一定量的理想气体，处在某一初始状态，现在要使它的温度经过一系列状态变化后回到初始状态的温度，可能实现的过程为（）（A）先保持压强不变而使它的体积膨胀，接着保持体积不变而增大压强；（B）先保持压强不变而使它的体积减小，接着保持体积不变而减小压强；（C）先保持体积不变而使它的压强增大，接着保持压强不变而使它体积膨胀；（D）先保持体积不变而使它的压强减小，接着保持压强不变而使它体积膨胀。)(atmp)10(33mVABCO1231232B5/(10)pPa33/(10)VmACDE2113344【提示：（A）选项温度一直升高，（B）选项温度一直降低，（C）选项温度一直升高】11．气体的定压摩尔热容PC大于定体摩尔热容VC，其主要原因是()（A）膨胀系数不同；（B）温度不同；（C）气体膨胀需作功；（D）分子引力不同。【提示：PVCCR的原因是定压时气体膨胀做功，但定体时气体体积不变不做功】12．压强、体积和温度都相同（常温条件）的氧气和氦气在等压过程中吸收了相等的热量，它们对外作的功之比为()（A）1:1；（B）5:9；（C）5:7；（D）9:5。【提示：双原子分子的氧气在等压过程中吸收热量为225()2OOmolMQRRTM，单原子分子的氦气在等压过程中吸收热量为3()2HeHemolMQRRTM，当2OHeQQ时，2OHeTT，即257OHeTT而2molMiERTM，所以22222275225322OOOOOOHeHeHeHeHeHeRTRTWQETWQETRTRT】13．一摩尔单原子理想气体，从初态温度1T、压强1p、体积1V，准静态地等温压缩至体积2V，外界需作多少功？()（A）121lnVVRT；（B）211lnVVRT；（C）)(121VVp；（D）1122VpVp。【提示：等温过程做功为21VVmolMRTWdVMV】14．对于理想气体系统来说，在下列过程中，那个过程系统所吸收的热量、内能的增量和对外做功三者均为负值()（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。【提示：等容过程不做功，等温过程无内能的增量，绝热过程无热量传递，等压压缩过程系统对外作负功，温度降低，向外放热】13-15．如图所示，一定量的理想气体经历ACB过程时吸热700J，则经历ACBDA过程时吸热为()（A）700J；（B）700J；（C）500J；（D）500J。【提示：∵AABBPVPV，∴ABTT，表明A、B两位置等温，等温过程无内能的增量；BD为等容过程，不做功，吸收热量全部使得内能增加；DA为等压过程，放出热量，对外做负功，同时内能减少，对外做的负功为()1200DAAADWPVVJ；∴理想气体经历BDA过程内能不变，对外做的负功为1200J，由QEW知1200BDAQJ，则1200700500ACBDAQJ】13--3．“理想气体和单一热源接触做等温膨胀时，吸收的热量全部用来对外做功”。对此说法，有以下几种评论，哪个正确？()（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。【提示：热力学第二定律强调的是“…循环工作的热机…”】17．在PV图上有两条曲线abc和adc，由此可以得出以下结论：()（A）其中一条是绝热线，另一条是等温线；（B）两个过程吸收的热量相同；（C）两个过程中系统对外作的功相等；（D）两个过程中系统的内能变化相同。【提示：只有内能是状态量】18．理想气体卡诺循环过程的两条绝热线下的面积大小（图中阴影部分）分别为1S和2S，则两者的大小关系为：()（A）12SS；（B）12SS；（C）12SS；（D）无法确定。【提示：由于理想气体卡诺循环过程的另两条是等温线，所以两者内能变化相同；绝热过程无吸放热量，所以功为内能变化的负值，相等】13--4．关于可逆过程和不可逆过程有以下几种说法：（1）可逆过程一定是准静态过程；（2）准静态过程一定是可逆过程；（3）对不可逆过程，一定找不到另一过程使系统和外界同时复原；（4）非静态过程一定是不可逆过程。以上几种说法，正确的是：()（A）（1）（2）（3）；（B）（2）（3）（4）；（C）（1）（3）（4）；（D）（1）（2）（3）（4）。13--5．一绝热容器被隔板分为两半，一半是为真空，一半为理想气体，若抽去隔板，气体将自由膨胀，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。【见书P246页例4，气体自由膨胀不对外做功，气体的内能也没有改变，所以温度不变；但气体自由膨胀后，不可能自发的回到原始的一半是真空状态，所以熵增加】二、填空题1．有1mol刚性双原子分子理想气体，在等压膨胀中对外做功W，则其温度变化T；从外界吸收的热量PQ。pVbcOadpVO1S2S5/(10)pPa33/(10)Vm2OAB21134【双原子分子内能变化为52ERT，等压膨胀中吸热为5()2QRRT，则由热力学第一定律，WRT，而1，有T/WR；PQ7/2W】2．有1mol单原子分子理想气体，从状态111()ApVT，，变化至状态222()BpVT，，，如图所示，则此过程气体对外做功W；吸收热量Q。【气体对外做功可由pV图的梯形面积求出，有W=12211()()2ppVV；单原子分子内能变化为213()2ERTT，再由热力学第一定律，QWE12212113()()()22ppVVRTT】13--7．如图所示，一定量理想气体经历一循环过程，则该气体在循环过程中吸热和放热的情况是：1→2过程：，2→3过程：，3→1过程：。【提示，注意到给出的是VT图，所以1→2过程是等压膨胀，系统吸热并对外做功，内能增加；2→3过程是等容降温，不做功，内能减少，系统放热；3→1过程是等温压缩，系统做负功，内能不变，系统放热】4．如图所示，一理想气体系统由状态a沿acb到达状态b，系统吸收热量350J，而系统做功为130J。（1）经过过程adb，系统对外做功40J，则系统吸收的热量Q1=。（2）当系统由状态b沿曲线ba返回状态a时，外界对系统做功为60J，则系统吸收的热量Q2=。【内能为状态量，与过程无关，则a到b的内能变化与路径无关，由热力学第一定律QWE，可得：220EJ。（1）140220QJJ260J；（2）260(220)QJJ280J】13-8．如图所示，一定量的空气由状态A沿直线AB变化到状态B，则此过程气体所作的功W。【如上题，气体对外做功可由pV图的梯形面积求出，1()()2ABBAWPPVV150J】13-13．一压强为510Pa，体积为3310m的氧气自27℃加热到127℃，（1）若保持压强不变，需要热量为，对外作功为；（2）若保持体积不变，需要热量为；，对外作功为。pVbcOdapOV111()ApVT，，222()BpVT，，VTO231C2OAB2113/(0.02)Vm5/(10)PPa【由PVRT可求出氧气的mol数为531010300PVRTR。内能变化为2iERT，有531010510083.323002iERTJ；等压过程()PVQCRT有53101071003002PQ116.7J，利用QWE知PWQE33.4J。等容过程气体不对外做功，而内能是温度的单值函数，∴VQE83.3J，VW0】13-18．如图，使1mol的氧气（1）由A等温地变到B，（1）氧气所作的功W1=焦耳，吸收热量Q1=焦耳；（2）由A等体地变到C，再由C等体地变到B，氧气所作的功W2=焦耳，吸收热量Q2=焦耳。【（1）等温过程内能变化为0，做功1lnlnBBAAAAVVWRTPVVV4000ln2，由QWE知吸收的热量1Q4000ln2；A→C等容过程，气体不对外做功，温度降低，内能减少，对外放热；C→B等压过程，温度升高变回原来的数值，气体吸热膨胀对外作功，∴A→C→B内能不变，对外作功为C→B的等压过程：52()100