大学物理习题-热力学基础-学生版

2020-2 《热力学基础》模块习题 一、选择题 1. 如图， bca 为理想气体绝热过程， b1a 和b2a 是任意过程，则上述两过程中气体作功与吸收热量的情况是: --------------------------------------------------【B 】 (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 2. 一定量的理想气体，经历某过程后，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) (1)、(3) (B) (2)、(3) (C)(3) (D) (3)、(4) (E) (4) 3. 如果卡诺热机的循环曲线所包围的面积从图中的 abcda 增大为 ab¢c¢da ，那么循环 abcda 与 ab¢c¢da 所作的净功和热机效率变化情况是：------------------【 】(A)净功增大，效率提高 (B)净功增大，效率降低 (C)净功和效率都不变 (D)净功增大，效率不变 4. 某理想气体分别进行了如图所示的两个卡诺循环：Ⅰ( abcda )和Ⅱ( a¢b¢c¢d ¢a¢ )，且两个循环曲线所围面积相等．设循环Ｉ的效率为h ，每次循环在高温热源处吸的热量为Q ，循环Ⅱ的效率为h ＇ ，每次循环在高温热源处吸的热量为Q¢ ，则 ----------- 【 】 (A) (C) h < h¢ h < h¢ , Q < Q¢ , Q > Q¢ (B) (D) h > h¢ h > h¢ , Q > Q¢ p a (1) b (2) , Q < Q¢ O V 5. 1 mol 理想气体从 p－V 图上初态 a 分别经历如图所示的(1) 或(2)过程到达末态 b。已知 Ta<Tb，则这两过程中气体吸收的热量 Q1 和Q2 的关系是----【- 】 (A) Q1 > Q2 > 0 (B) Q2 > Q1 > 0 (C) Q2 < Q1 < 0 (D)  Q1 < Q2 < 0  (E) 2020-2 Q1 = Q2 > 0 6、如图所示，1mol 理想气体从状态 A 沿直线到达 B, p1 = 2 p2 ,V2 = 2V1 ，则此过程系统做的功和内能的变化为--------------------------------------------【 】 （A）W > 0, DE > 0 (B) W < 0, DE < 0 (C) W > 0, DE = 0 （D）W < 0, DE > 0 7.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% 。

8、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。

9、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。

二、填空题 1. 同一种理想气体的定压摩尔热容Cp 大于定容摩尔热容CV ，其原因是 定压过程中系统吸收的热一部分用于系统内能的增加，另外一部分用于对外做功 。

2. 一卡诺热机(可逆的)，低温热源的温度为 27℃，热机效率 40%，其高温热源温度为 127C° 。今欲将热机效率提高为 50%，若低温热源保持不变，则高温热源的温度增加 200C° 。

1 3. 一定量理想气体，从同一状态开始把其体积由V0 压缩到 2 V0 ，分别经历以下三种过程：
(1) 等压过程；
(2) 等温过程；
(3) 绝热过程．其中：
等压 过程外界对气体作功最多. 过程气体内能减小最少， 等压 过程气体放热最多。

4. 可逆卡诺热机可以逆向运转．逆向循环时, 从低温热源吸热,向高温热源放热,而且吸的热量和放出的热量等于它正循环时向低温热源放出的热量和从高温热源吸的热量.设高温热源的温度为 T1 =450 K , 低温热源的温度为 T2 =300 K, 卡诺热机逆向循环时从低温热源吸热 Q2 =400 J，则该卡诺热机逆向循环一次外界必须作功 W＝ 200 。

5. 有一卡诺热机，用 290g 空气为工作物质，工作在 27℃的高温热源与-73℃的低温热源之 间，此热机的效率h ＝ 33.3% 。

2020-2 6. 一个作可逆卡诺循环的热机，其效率为 ，它逆向运转时便成为一台致冷机,该致冷机的 致冷系数 w = T2 T1 - T2  ，则 与 W 的关系为 。

7. 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。

8. 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 功转换为热_的过 程是不可逆的，而克劳修斯表述指出了 热量传递的过程是不可逆的。

9. 如图表示的两个卡诺循环，第一个沿 ABCDA 进行，第二个沿ABC ¢D¢A 进行，这两个循环的效率h1 和h2 的关系及这两个循环所作的净功 W1 和 W2 的的大小关系是 h1 = h2 ,W1 < W2）
10. 一气缸内贮有 10 mol 的单原子分子理想气体，在压缩过程中外界作功 209J， 气体升温 1 K，此过程中气体内能增量为 124.7 ，外界传给气体的热量为 -84.3 。

(普适气体常量 R = 8.31 J/mol· K) J 三、计算题 1. 一定量的单原子分子理想气体，从初态 A 出发，沿图示直线过程变到另一状态 B，又经过等容、等压两过程回到状态 A。

(1) 求 A→B，B→C，C→A 各过程中系统对外所作的功 W，内能的增量DE 以及所吸收的热量 Q。

(2) 整个循环过程中系统对外所作的总功以及从外界吸收的总  p (105 Pa) 3 2 1 A  B C V (10-3 m3) 热量(过程吸热的代数和)。

O 1 2 2020-2 2. 1 mol单原子理想气体从300 K加热到350 K，问在下列两过程中吸收了多少热量?增加了多少内能?对外作了多少功? (1)体积保持不变；

(2)压力保持不变。

3. 温度为 25℃、压强为 1 atm 的 1 mol 刚性双原子分子理想气体，经等温过程体积膨胀至 原来的 3 倍。

(普适气体常量 R＝8.31 J× mol-1 × K-1 ，ln 3=1.0986) (1) 计算这个过程中气体对外所作的功。

(2) 假若气体经绝热过程体积膨胀为原来的 3 倍，那么气体对外作的功又是多少？ 4. 1 mol 的理想气体的 T-V 图如图所示， ab 为直线，延长线通过原点 O。求ab 过程气体对外做的功。

解：设T = KV 由图可求得直线的斜率 K 为 2020-2 5. 奥托（内燃机）循环是由两个等容过程和两个绝热过程组成的，试求此循的热机效率是多少？ 6、如图（a）是某理想气体循环过程的V - T 图。已知该气体的定压摩尔热容CP = 2.5R ，定体摩尔热 容CV = 1.5R ，且VC = 2VA 。试问：（1）图中所示循环是代表致冷机还是热机？（2）如是正循环（热 机循环），求出循环效率。