大学物理热力学第一定律习题(附答案)

1、习题版权属物理学院物理系大学物理An作业No.ll热力学第班级学号姓名成绩一、选择風1.关于可逆过程和不可逆过程有以下儿种说法: (1)(2)(3)(4)可逆过程一定是平衡过程平衡过程一定是可逆过程不可逆过程发生后一定找不到另一过程使系统和外界同时复原 非平衡过程一定是不可逆过程以上说法中，正确的是：(A)、(2)、(C)(1)、(3)、(B) (2)、(3)、(D) (1)、(2)、(3)、(4)确的。故选C(A)、(3)(C)度升高只能说明内能增加了,(B) (2).(E) (4)学定律可以断定:解：根据可逆过程、不可逆过程的定义(P303)可判断、(3)、02. 一定量的理想气体，经历某

2、过程后，它的温度升高了。则根据文 该理想气体系统在此过程中吸了热 在此过程中外界对该理想气体系统作了正1 该理想气体系统的内能增加了 在此过程中理想气体系统既从外界吸了 以上正确的断言是： (D) (3)、(4)乂对外作了正功解：因理想气体内能是温度的单值函数， 是过程量，不能只由温度的升降而判断其止负，应说明具体过程。而功和热最都故选C3.热力学第一定律表明： (A)系缘对咎做的功不可能大于系统从外界吸收的热量(B) 系蹄能的增量等于系统从外界吸收的热量(C) 不可能存在这样的循环过程，在此循环过程中，外界对系统作的功不等 系统传给外界的热量(D) 热机的效率不可能等于1解:'由热力

3、学第一定律，若内能改变d$vO,则dC=d+cUvcL4, (A)错； 系统作功cUhO,则dgHdg, (B)错；A过程中"=0,0=力,77 =仝，热机的效率可能等于1, (C)对，(D)错。 故选C4.如图所示，一绝热密闭的容器，用隔板分成左右不相等的两部分，左右部分体积之比 为1 ：2,左边盛有一定量的理想气体，压强为丹，右边为真空。今将隔板抽去，气体自气体的压强是(B) Pq <(D) pjv _CJC)(A)(B)(C)(D)这是一个放热降压过程 这是一个吸热升用过程 这是一个吸热降压过程 这是一个绝热降压过程M：由图知：过程所以 g>0,又冬 对外做功，力&

4、gt;0,则rti热力学第一定律：Q=E 将状态久力分别与。点相连有 冬二冬二2录妇-0彳-心>故系统经历的ab过程是吸热降压过程。*次该气体在此过程升温膨胀, 故该理想气体系统吸热。 >丛=込可知1.在热力学中，p- (1)G)来表示;系统的系统的某一平衡循环过程用系统的某一半衡来表示;来表示;故选C由膨胀，当气体达到平衡时,(A) 2>0(C)必/3绝热自由膨胀过程屮0=0,力=0,由热力学第一定律，有$=(),膨胀前后系统 温度7不变。由克拉珀龙状态方程知膨胀前后：必=p A% => p丄py 故选5一定量的理想气体，其状态在VT图上沿着一条直线从平衡态a改变到平

5、衡态b 图)。解：热 來表示:Q/图为相图，故某一平衡态用一个点來表示：某一平衡过程用一条曲线 某一平衡循环过程用一条封闭曲践來表示。2一定最的理想气体，从同一状态开始其容积由彳膨胀到彳，分别经历以下三个过程:(1) 等压过程：(2)等温过程：(3)绝热过程。其中：过程气体对外作功最多:过程气体吸收的热量最多。过程气体内能增加最多；3.图示为一理想气体儿种状态变化过程的p-V图，其中必为 等温线，城为绝热线，在力必BM、4/三种准静态过程中：(1)温度降低的过程是过程：'Pm(2)气体放热的过程是.过程。ABM、W为升温过程。 且力vo°解：(1)因为必为等温线，所以，温度T

6、QTM、4忆为降温过(2)因为牝是绝热线，而血/和场外界做功比多，对于力必过程，AZ<0, MvO,所以，由热力学第一定律2“ = +&< 0；虫m过程气体放热；对于21/过程，7>0, £>(),但外界做功比0/过程多"bm|>Aqm|，内能 增量比0/过程乂少(4冠vgM)所以由热力学第一定律0=3 +£<(),有 Qbm = Abm + Ebm < Aqm ¥= o?场也是放热过程。人y4某理想气体等温圧缩到给定体积时外界对气体作功|函又经绝热膨胀返回原來体积 时气体对外作功|肠则遥个过程中气体(1

7、) 从外界吸收的杯0=:(2) 内能增加了 oM：由一定量的理想气体从同一状态开始其容积由彳膨胀 到“的相图右图可知，等斥过程曲线下面积最大，所 以(1腭压过程气体对外做功最多：等压过程木状态温度最 髙，所以等压过程气体内能增最最大；由热力学第一定 律Q=KE+A可知，(丄孵压过程气体吸热最多。中气体从外界吸收的热量0=0 + 0 =2 + 0 = 2 =辺+禺=0-|硯卜-阳 I 过程中气体内能增加5.压强、体积和温度都相同的氢气和氨气(均视为刚性分子的理想气体)，它们的质量之比为 勿：空=,它们的内能之比为E(E、=,如果它们分别在等压过程中吸收了相同的热量，则它们对外做功之比为A;.Ar

8、（各量下角标1表示氢气，2表示氨气）由必二统人可知：也 4 丝二如T MM2 z/2 M2 4x102叫 I£yX由夕=一右可知：土L = 2M 2E、右5j =-（氢气刚性双原子分子，氨气单原子分由3=牛（爲-$）=字加k-乙）因题意等压过程中吸收相同的热量有又等压过程做功 力=p（久-X） 可知：亠4丄A 彳-彳 4 + 27即二一厶+2C6. 一定量的某种理想气体在等压过程中对外作此种气体为单原子分子气体,则该过程中需吸热J：若为双料于冬族体，则需吸热 Jo解：等压过程中系统对外做功A = P） 吸热0夕=三戸（冬一 X）2故单原子分子：/=3,双原子分子-X 200 = 50

9、0 (J)27 一力=-x 200 = 700 (J) 2 2 7三、计算題：1. 2mol初始温度为27°C ,初始体积为20L的氨气，先等压过程膨胀到体积加倍，然 后绝热过程膨胀回到初始温度。（1）在p/平面上画出过程图。（2）在这一过程中系统总吸热是多少？（3）系统内能总的改变是多少？（4）氨气对外界做的总功是多少？其中绝热膨胀过程对外界做功是多少？（5）系统终态的体积是多少？则在门？图上各过程表示如右上图所示。r（2）这一过程中系统吸收的总热量 V幺3 = 0+幺=华、寸仆-补 2xx（600-300）=1.25xl（r（J）（3）因理想气体内能是状态函数，即温度的单值函数，

10、理想气体内能的总改变只取决于 初态和末爻的温度。由于妇温度不变，所以系统内能总的改变厶£=0。（4X气体膨胀，对外做功，分两段计算：12为等压过程0=召忆-勺=2.46X1.013X105 X（40- 20）X10-3 =4.98x10? （J） 己为绝热过程，3 = 0,所以气体对外做的功等于气体内能的减少，即A23 = -A33 = - G：刿（召-妇）=2X-J?x 300 = 7.48x 103（J） M2气体对外做的总功（等于系统在过程13中的总吸热）3 = 0 =1.25x10° （J）（5）由（1）有系统终态的体积为 3 = 113（1）2. 1 mol氢，在

11、压强为l.OxlOPa温度为20°C时，其体积为。今使它经以下两个过 程达到同一状态：（1）先保持体积不变，加热使其温度升高到80°C,然后令它作等温膨胀，体积变 为原来的2倍：%（2）先使它作等温膨胀至原体积的2倍，然后保持体积不变，加热到80°Co试画出图，并分别计算以上两种过程中吸收的热量，气体对外作的功和内能 解：（1）由题意可画出Q7图如右图所示。1-2-3过程中气体内能的增量：123 =+ A3 = 12 + 0 = TJ Cr 沏(妇-7)M= lx|i?x60 = 1.25xl03 (J)气体对外做的总功：423 = 4? + 血=0 + 43 =

12、 -RA hi 0 M1x831x353x111 2 = 2.03x10整个过程中吸收的热量：023 = 123 + 4?3 = 3.28（2） 12，3过程中气体内能的增量=lx/r/、60=1.25xl03 (J)气体对外做的总功:4/4丫3+ 禺3 = 4丁 + ° = RTq In831 x 293xhi 2 = 1.69xl03 (J) 整个过程中吸收的热量：03 =卜3 + 4)3 = 2.94 xlO3 (J)3. 311101温度为石=273K的理想气体，先经等温过程体积到原来的5倍，然后等容加热, 使其末态的压强刚好等于初始压强.整个过程传给气体的热量为8x104J,试画岀此过程 的P_U图，并求这种气体的比热容比/= CplCr值。解：过