1、 1111 熱力學(xué)班號 學(xué)號 姓名 成績 一、選擇題（在下列各題中，均給出了4個(gè)6個(gè)答案，其中有的只有1個(gè)是正確答案，有的則有幾個(gè)是正確答案，請把正確答案的英文字母序號填在題后的括號內(nèi)）1. 在下列說法中，正確的是：A物體的溫度愈高，則熱量愈多；B物體在一定狀態(tài)時(shí)，具有一定的熱量；C物體的溫度愈高，則其內(nèi)能愈大；D物體的內(nèi)能愈大，則具有的熱量愈多。 （C）知識點(diǎn) 內(nèi)能和熱量的概念。分析與解答 內(nèi)能是物體內(nèi)部所有分子的熱運(yùn)動動能和分子間相互作用勢能的總和，是系統(tǒng)狀態(tài)（或溫度）的單值函數(shù)，系統(tǒng)的溫度愈高，其內(nèi)能愈大。熱量是由于系統(tǒng)與外界溫度不同而進(jìn)行的傳熱過程中所傳遞的能量的多少，同樣溫差情況下，

2、不同的傳熱過程其熱量不同，熱量是過程量，不是狀態(tài)的函數(shù)。作功與傳熱可以改變系統(tǒng)的內(nèi)能，若系統(tǒng)狀態(tài)不變（內(nèi)能也不變），就無需作功與傳熱，功與熱量不會出現(xiàn)。2. 在下列表述中，正確的是： A系統(tǒng)由外界吸熱時(shí)，內(nèi)能必然增加，溫度升高； B由于熱量Q和功A都是過程量，因此，在任何變化過程中，（QA）不僅與系統(tǒng)的始末狀態(tài)有關(guān)，而且與具體過程有關(guān)； C無摩擦的準(zhǔn)靜態(tài)過程中間經(jīng)歷的每一狀態(tài)一定是平衡狀態(tài)； D在等體過程中，系統(tǒng)的內(nèi)能增量為；在等壓過程中，系統(tǒng)的內(nèi)能增量為。 （C） 知識點(diǎn) 熱量、作功和內(nèi)能的概念。分析與解答 根據(jù)熱力學(xué)第一定律，系統(tǒng)由外界吸熱時(shí)，可以將吸收的熱量全部對外作功，內(nèi)能不變，等溫過

3、程就是這種情況。系統(tǒng)所吸收的熱量和外界對系統(tǒng)做功的總和為系統(tǒng)內(nèi)能的增量，內(nèi)能的增量僅與系統(tǒng)始末狀態(tài)有關(guān)，而與過程無關(guān)。準(zhǔn)靜態(tài)過程就是在過程進(jìn)行中的每一個(gè)狀態(tài)都無限地接近平衡態(tài)的過程。由于準(zhǔn)靜態(tài)過程是無限緩慢的，無摩擦的（即無能量耗散），則各中間態(tài)都是平衡態(tài)。無論何種過程，只要溫度增量相同，內(nèi)能增量均為，與過程無關(guān)。3. 一定量某理想氣體，分別從同一狀態(tài)開始經(jīng)歷等壓、等體、等溫過程。若氣體在上述過程中吸收的熱量相同，則氣體對外做功最多的過程是： A等體過程； B. 等溫過程； C. 等壓過程； D. 不能確定。 （B）知識點(diǎn) 熱力學(xué)第一定律在等值過程中的應(yīng)用。分析與解答 設(shè)在等壓、等體和等溫過程

4、吸收的熱量為，則 等壓過程 等體過程 ，吸收的熱量全部用于增加的內(nèi)能等溫過程 ，吸收的熱量全部用于對外做功 由熱力學(xué)第一定律知，等壓過程，氣體吸收來的熱量既要對外做功，又要使內(nèi)能增加；等體過程，氣體不對外做功，吸收的熱量全部用于增加內(nèi)能；等溫過程，氣體吸收的熱量全部用于對外做功。因此，當(dāng)吸收的熱量相同時(shí)，等溫過程對外做功最多。4. 如圖11-1所示，一定量理想氣體從體積V1膨脹到V2，ab為等壓過程，ac為等溫過程，ad為絕熱過程，則吸熱最多的是： Aab過程； B. ac過程； C. ad過程； D. 不能確定。 （A）知識點(diǎn) 熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用。圖11-1分析與解答 由熱力學(xué)第一定律知在

5、ab等壓過程中， ，在ac等溫過程中，在ad絕熱過程中，由圖知，即，則ab過程吸熱最多。圖11-25. 某理想氣體狀態(tài)變化時(shí)，內(nèi)能隨壓強(qiáng)的變化關(guān)系如圖11-2中的直線ab所示，則a到b的變化過程一定是： A等壓過程； B等體過程； C等溫過程； D絕熱過程。 （B）知識點(diǎn) E-p圖分析。分析與解答 理想氣體的內(nèi)能為 只有當(dāng)時(shí)，E和p才成線性關(guān)系，故ab過程為等體過程。圖11-36. 如圖11-3所示，理想氣體卡諾循環(huán)過程中兩條絕熱線下面的面積分別為S1和S2，則 AS1 > S2； BS1 < S2； CS1 S2； D無法確定。 （C） 知識點(diǎn) 卡諾循環(huán)概念，熱力學(xué)第一定律在絕熱

6、過程中的應(yīng)用。分析與解答 如圖11-3所示，理想氣體卡諾循環(huán)過程中兩條絕熱線下面的面積表示絕熱膨脹過程系統(tǒng)對外界所作的功，表示絕熱壓縮過程外界對系統(tǒng)所作的功。絕熱膨脹過程，系統(tǒng)對外界所作的功等于系統(tǒng)內(nèi)能的減少。絕熱壓縮過程，外界對系統(tǒng)所做的功等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加。比較可知，絕熱膨脹過程系統(tǒng)對外界做功與絕熱壓縮過程外界對系統(tǒng)做功數(shù)值相等，則 7. 某理想氣體分別進(jìn)行了如圖11-4所示的兩個(gè)卡諾循環(huán)和，已知兩低溫?zé)嵩吹臏囟认嗟龋覂裳h(huán)曲線所圍面積相等，設(shè)循環(huán)的效率為，從高溫?zé)嵩次鼰幔h(huán)的效率為，從高溫?zé)嵩次鼰帷tA，； B. ，； C，； D. ，。 （C）圖11-4知識點(diǎn) 。分析與解答 兩循環(huán)

7、曲線所圍面積相等，表示兩循環(huán)過程對外做的凈功相等。兩個(gè)卡諾循環(huán)的效率為 ， 由于，則。再根據(jù)熱機(jī)效率的定義有 ，由于兩循環(huán)過程對外做的凈功相等 ，則 。8. 在熱力學(xué)系統(tǒng)中，若高溫?zé)嵩吹臏囟葹榈蜏責(zé)嵩礈囟鹊膎倍，以理想氣體為工作物質(zhì)的卡諾機(jī)工作于上述高、低溫?zé)嵩粗g，則從高溫?zé)嵩次盏臒崃颗c向低溫?zé)嵩捶懦龅臒崃恐葹椋?A. ； B. ； C. ； D. 。 （C） 知識點(diǎn) 。分析與解答 對于卡諾循環(huán)有 若 ，則從高溫?zé)嵩次盏臒崃颗c向低溫?zé)嵩捶懦龅臒崃恐葹?. 在下列有關(guān)熱力學(xué)過程進(jìn)行的方向和條件的表述中, 正確的是：A. 功可以全部轉(zhuǎn)化為熱量，但熱量不能全部轉(zhuǎn)化為功；B. 熱量可以從高溫

8、物體傳到低溫物體，但不能從低溫物體傳到高溫物體；C對封閉系統(tǒng)來講，自發(fā)過程總是按系統(tǒng)熵值增加的方向進(jìn)行；D對封閉系統(tǒng)來講，其內(nèi)部發(fā)生的過程，總是由概率小的宏觀態(tài)向概率大的宏觀態(tài)進(jìn)行；E. 不可逆過程就是不能向相反方向進(jìn)行的過程；F. 一切自發(fā)過程都是不可逆的。 （C、D、F） 知識點(diǎn) 熱力學(xué)第二定律的概念。分析與解答 熱力學(xué)第二定律指出了熱傳導(dǎo)過程和熱功轉(zhuǎn)換過程的不可逆性，表述中強(qiáng)調(diào)的是“熱量不能自動地從低溫傳到高溫”和“熱量不可能完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其他影響”，例如等溫膨脹，熱可以完全轉(zhuǎn)變?yōu)楣Α?自然界中自發(fā)的熱力學(xué)過程都是不可逆過程；不可逆過程可以反向進(jìn)行，但系統(tǒng)與外界無法復(fù)原；不可逆過

9、程是一個(gè)由熱力學(xué)概率小的狀態(tài)向熱力學(xué)概率大的狀態(tài)轉(zhuǎn)變的過程；孤立系統(tǒng)中的一切自發(fā)宏觀過程總是沿著熵增大的方向進(jìn)行。圖11-510. 某理想氣體的初始溫度為T，初始體積為V。氣體取3個(gè)可逆過程構(gòu)成一循環(huán)：絕熱膨脹到2V；等體過程到溫度T；等溫壓縮到初始體積V，如圖11-5所示，則下列敘述中正確的是：A在每個(gè)過程中，氣體的熵不變；B在每個(gè)過程中，外界的熵不變；C在每個(gè)過程中，氣體和外界的熵的和不變；D整個(gè)循環(huán)中，氣體的熵增加。 （C）知識點(diǎn) 熵增加原理的理解。分析與解答 由題意知，圖中的3個(gè)過程為可逆過程，即該循環(huán)也是可逆過程。由熵增加原理知，孤立系統(tǒng)中的可逆過程，其熵不變。則把氣體和外界構(gòu)成孤立

10、體系，在以上3個(gè)可逆過程中，氣體和外界的熵的和不變。 在圖11-5中，理想氣體可逆等溫壓縮時(shí)，氣體，而外界；在整個(gè)循環(huán)中，氣體。二、填空題1. 試說明下列熱力學(xué)規(guī)律的物理意義是：熱力學(xué)第零定律： 為定義溫度概念提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ) ；熱力學(xué)第一定律： 包括熱量在內(nèi)的普遍能量守恒與轉(zhuǎn)化定律 ；熱力學(xué)第二定律： 指明了熱力學(xué)過程的方向性和條件 ；熱力學(xué)第三定律： 指出0K是低溫極限 ；知識點(diǎn) 熱力學(xué)定律的意義。2. 一系統(tǒng)由如圖11-6所示的a狀態(tài)沿acb路徑到達(dá)b狀態(tài)，有335J的熱量傳入系統(tǒng)，而系統(tǒng)對外作功126J。（1）若系統(tǒng)沿adb路徑由a到b，對外作功42J，則傳入系統(tǒng)的熱量 251 J。圖1

11、1-6（2）若系統(tǒng)由b狀態(tài)沿曲線bea返回a狀態(tài)，外界對系統(tǒng)作功為84J，則系統(tǒng)吸收熱量 293 J。知識點(diǎn) 熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用與計(jì)算分析與解答 （1）由熱力學(xué)第一定律，得acb過程內(nèi)能的增量為 adb過程，系統(tǒng)的不變，則傳入系統(tǒng)的熱量為 （2）系統(tǒng)由b沿bea返回a時(shí)，溫度降低，內(nèi)能減少，則，而已知，則系統(tǒng)吸收的熱量為3. 某理想氣體分別經(jīng)歷了如圖11-7(a)和圖11-7(b)中的各過程，試判斷在各過程中系統(tǒng)的內(nèi)能增量DE，作功A和傳遞熱量Q的正負(fù)（用符號，0表示），并填于下表中：過 程AQ圖（a）addc0aec0abc0圖（b）cea0cbacda圖11-7知識點(diǎn) 、符號分析與過程分

12、析。分析與解答 圖11-7(a)中的ad過程，等壓膨脹過程，；，；，。圖11-7(a)中的dc過程，等體減壓過程，；，；，。圖11-7(a)中的aec過程，等溫膨脹過程，；，；，。圖11-7(a)中的abc過程，由于，；，；，。圖11-7(b)中的cea過程，絕熱壓縮過程，；，；。圖11-7(b)中的cba過程，；，；。圖11-7(b)中的cda過程，；，；。4. 一氣缸內(nèi)貯有10mol的某單原子分子理想氣體，在壓縮過程中，外力作功209J，氣體溫度升高1K。則該氣體內(nèi)能增量為 125 J，吸收的熱量為 84 J。知識點(diǎn) ，熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用。分析與解答 單原子分子氣體，理想氣體內(nèi)能增量為

13、吸收的熱量為 5. 一定量的氧氣經(jīng)歷絕熱膨脹過程，初態(tài)的壓強(qiáng)和體積分別為p1和V1，內(nèi)能為E1。末態(tài)的壓強(qiáng)和體積分別為p2和V2，內(nèi)能為E2。若，則，。知識點(diǎn) 絕熱過程方程，熱力學(xué)第一定律在絕熱過程中的應(yīng)用。分析與解答 氧氣為雙原子分子氣體，由絕熱過程方程得 有 氧氣的內(nèi)能為 則 圖11-86. 一定量某理想氣體，分別進(jìn)行了兩次等體變化，溫度均從Ta升至Tb，其中pT曲線如圖11-8所示。則兩次變化中的熱量大小為Q1 = Q2；體積大小為V1 < V2。（填<、 > 或 =）知識點(diǎn) pT曲線分析，熱力學(xué)第一定律在等體過程中的應(yīng)用。分析與解答 等體過程中吸收的熱量為則兩次變化中

14、的熱量 由理想氣體狀態(tài)方程知，對一定量理想氣體，當(dāng)溫度一定時(shí)，體積V與壓強(qiáng)p成反比。從圖11-8可知，則。7. 循環(huán)過程的特征是 。現(xiàn)有一卡諾熱機(jī)，其從373K的高溫?zé)嵩次鼰幔?73K的低溫?zé)嵩捶艧幔瑒t該熱機(jī)的效率 26.8% ；若該熱機(jī)從高溫?zé)嵩次?000J熱量，則該熱機(jī)所做的功 268 J，放出的熱量 732 J。知識點(diǎn) 卡諾循環(huán)效率 的計(jì)算。分析與解答 對卡諾熱機(jī)，其循環(huán)效率為循環(huán)效率又可表示為 則該熱機(jī)所做的功為 放出的熱量為 8. 1mol氮?dú)獾某鯗貫椋?jīng)絕熱壓縮后，溫度升為，則在壓縮過程中，外界對氮?dú)馑鞯墓?1994 J，而氮?dú)獾撵刈?0 。知識點(diǎn) 熱力學(xué)第一定律在絕熱過程中

15、的應(yīng)用， 熵變的計(jì)算。分析與解答 氮?dú)鉃殡p原子分子氣體， 在絕熱過程，氮?dú)馑鞯墓閯t外界對氮?dú)馑鞯墓?在絕熱壓縮過程中，則在此過程中氮?dú)獾撵卦黾訛槿⒂?jì)算與證明題1. 一定量某單原子分子理想氣體，在等壓情況下加熱，求吸收的熱量中有百分之幾消耗在對外作功上？分析與解答 單原子分子氣體，由熱力學(xué)第一定律知，等壓過程中系統(tǒng)對外作功為 吸收的熱量為 則 2. 設(shè)有質(zhì)量的氧氣，體積，溫度，現(xiàn)使其分別經(jīng)過絕熱過程和等溫過程，體積膨脹至。試比較這兩個(gè)過程中氧氣對外所做的功，并畫出p-V簡圖。分析與解答 氧氣為雙原子分子氣體，（1）由絕熱方程，得圖11-9故 （2）在等溫過程中，有可見，。氧氣兩個(gè)過程的

16、p-V簡圖如圖11-9所示，由圖中可見等溫過程曲線下面的面積大于絕熱過程的面積，也可知。3. 1mol氮?dú)膺M(jìn)行如圖11-10所示的dabcd循環(huán)，ab、cd為等壓過程，bc、da為等體過程。已知，且，。試計(jì)算：（1）在整個(gè)循環(huán)過程中，氮?dú)馑鰞艄Γ唬?）該循環(huán)的效率。圖11-10分析與解答 氮?dú)鉃殡p原子分子氣體，（1）由理想氣體作功的圖示意義，在循環(huán)中氣體作功為（2）在循環(huán)中，da等體過程及ab等壓過程氣體吸熱，則因?yàn)?，代入前式得 則循環(huán)的效率為 4一臺家用電冰箱，工作時(shí)耗電功率為150W，在平均室溫為的炎熱夏季，要保持冷凍室的溫度為，試問每分鐘可從冷凍室吸取的最大熱量是多少？向室內(nèi)放出的熱量是多少？（假設(shè)該電冰箱以卡諾循環(huán)方式工作。）分析與解答 已知該電冰箱是以卡諾循環(huán)方式工作，卡諾致冷機(jī)的循環(huán)是理想循環(huán)。 由題意知，則冰箱的致冷系數(shù)最大可達(dá)又，電冰箱每分鐘做功為所以，每分鐘可從冷藏室中吸取的最大熱量是此時(shí)，每分鐘向室內(nèi)放出的熱量為 可見，在夏季放置冰箱的房間內(nèi)的氣溫，要比其他房間的氣溫高。四、問答題1. 試寫出理想氣體等體摩爾熱容和等壓摩爾熱容的表達(dá)式。并說明為什么？分析與解答 等體摩爾熱容為，等壓摩爾熱