10.高中物理强基计划习题十：热力学基础练习题(Word版含答案)

高中物理强基计划习题九：热力学基础一、选择题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pa2量的情况是()c（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。1bVO【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QWba知2过程放热，1过程baE吸热】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PP。问在状态Ap2．如图，一AB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；ABV（C）从外界吸热；（D）向外界放热。O【提示：由于TT，必有EE；而功、热量是ABAB过程量，与过程有关】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，若氢气也升高到同的样温度，则应向氢气传递热量为()（A）6J；（B）3J；（C）5J；（D）10J。MiRT，所以需传】【提示：等体过程不做功，有QE，而E5JM2mol4．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（）pp等温绝热绝热绝热等体等温OVO（B）V（A）p等压p等体绝热绝热等温绝热OVO（D）V（C）1【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】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。T2TW130050%【卡诺热机的效率为1WQ1000J】，则，，可求得600Q16．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7．如图所示为一定量的理气想体的p—V图，由图可得（A）ABC是等温过程；（B）TT；冰箱热量；（D）少“孤立系统”条件】出结论()p(atm)A321OBAB（C）TT；（D）。TTBCV(103m3)ABA123【提示：等温线是一条有关原点对称的反比例函数曲线】摩尔热容C2.5R的想理气体，在等压膨胀的情况下，系统对外做功与从外界吸收8.对于室温下定体V的热量之比）W/Q等于（（A）1/3；（B）1/4；（C）2/5；（D）2/7。MM(CR)T，内能变化为EMCT，所以，功为M【提示：等压膨胀吸热为QWMVRT，MVmolmolmol则A1】Q3.59．气缸内储有2.0mol的空气，温度为27℃，所作的功为（）（A）897J；（B）4986J；（C）9972J；（D）14958J。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【提示：等压膨胀对外功为WRT，而等压变化满足盖•吕萨克方程VV，可求出T，则T900K212T12W28.316009972J】10．一定量的想理气体，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（）2（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。【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()C大于定体摩尔热容C，其主要原因是PV（A）膨胀系数不同；（C）气体膨胀需作功；（【提示：CR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】（B）温度不同；D）分子引力不同。CPV12．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。M5(RR)T，单原子分子的氦气在等2【提示：双原子分子的氧气在等压过程中吸收热量为QOMO22molM3TO(RR)THeQHeT压过程中吸收热量为QHe，当QO2时，，即5而TM2T2O2He7molHe7RT5RT2WQETEMiRT，所以】O22O2O2OWO2O22ET53M2molQRTRTHeHeHeHe22HeHe13．一摩尔单原子理想气体，从初态温度缩至体积T、压强p、体积V，准静态地等温压V，外界需1112作多少功？()VV（A）RTln2；（B）RTln1；（C）p(VV)；（D）。pVpVVV11121221112MRT【提示：等温过程做功为WdV】VV2MV1mol14．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【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，等压压向外放热】15．如图所示，一定理想气体经历ACB过程时热为()（A）700J；（B）700J；过程；（B）等温膨胀过程；（C）等压压缩过程；（D）绝热膨胀过程。缩过程系统对外作负功，温度降低，量的吸热700J，则经历ACBDA过程时吸p/(105Pa)AD4321CEB1234V/(103m3)3（C）500J；（D）500J。【提示：∵PV，∴TT，表明A、B两位置等温，PVAABBAB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P(VV)1200J；∴理想气体经历BDA过程内能不变，WDAAAD对外做的负功为，由知1200J1200JBDAQEW，则1200700500J】QACBDAQ16．“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（C）不违反热力学第一定律，也不违反热（D）违反热力学第二定律，但违反热力学第一定律；力学第二定律；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p以下结论：()a（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（C）两个过程（D）两个过程b相同；dcV中系统对外作的功相等；O中系统的内能变化相同。【提示：只有内能是状态量】p18．理想气体卡循诺环过程的两条绝热线下的面积大小（图中阴影部分）分别为S和S，则两者的大小关系为：()12（A）SS；（B）；（C）；（D）无法确定。SSSS121212SSV1【提示：由于理想气体卡循诺环过程的另两条是等温线，所以两者O绝热过程无吸放热量，所以功为内能变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。正确的是：()2内能变化相同；化的负值，相等】19．关于以上几种说法，（A）（1）（2）（3）；（B）（2）（3）（4）；（C）（1）（3）（4）；（D）（4）。（1）（2）（3）20．一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()4（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1molT1．有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；从外Q。界吸收的热量P5252【双原子分子内能变化为E，等压膨胀中吸热为(QRT)，则由热力学第一定律，RRT，而，有；】1W/R7W/2QWRTTPp1mol2．有单原子分子理想气体，(，，BpVT•)222A(p，V，T)变化至状态从状态111•A(p，V，T)VB(p，V，T)，如图所示，O111222则此过程气体对外做功W；吸收热量Q。1【气体对外做功可由pV图的梯形面积求出，有W=(V)(2ppVV)；单原子分子内能变化为322112E23R(TT)，再由热力学第一定律，E1)3)】R(TT2(pp)(VVQW21221121T21O13--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：。p【提示，注意到给出的是系统吸热VT图，所以1→2过程是等压膨胀，并对外做功，内能增加；2→3过程是等热；3→1过程是等温压缩，系统做c容降温，不做功，内能减少，系统放b负功，内能不变，系统放热】aaacbb4．如图所示，一理想气体系统由状态沿到达状态，系统吸收热量dO350J，而系统做功为。130JV40J（1）经过过程adb，系统对外做功，则系统吸收的热量Q=。160J（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，则系统吸收的热量Q=。2【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，可得：QWEE220J。（1）1；（2）QJ】60(220J)280Q40J220J260J2J513-8．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p/(105Pa)W。A2【如上题，气体对外做功可由pV图的梯形面积求出，1BV/(103m3)W1(PP)(VV)150J】O12342ABBA13-13．一压强为105Pa，体积为10m3的氧气自27℃加热到3127℃，（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。PV105103iRT，有2【由PVRT可求出氧气的mol数为。内能变化为ERT300REiRT25510103Q(CR)T10083.3J；等压过程有3002PV510103QE116.7J，利用知33.4J。QWEWP7QP1003002等容过程气体不对外做功，而内能是温度的单值函数，∴E83.3J，0】QWVV13-18．如图，使1mol的氧气（1）由A等温地变到B，P/(105Pa)（1）氧气所作的功W=焦耳，A121吸收热量Q=焦耳；1B（2）由A等体地变到C，再由C等体地变到B，CV/(0.02m3)氧气所作的功W=焦耳，2O12吸收热量Q=焦耳。2VVE知吸收的QW4000ln2，由【（1）等温过程内能变化为0，做功WRTln1PVlnBAABVVAA热量Q4000ln2；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1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WP(VV)1050.022000J，QW2000J】压过程：2BBA2213-21．1mol的氢气在温度为300Κ，体积为0.025m3的状态下经过一个热力学过程变为原来体积的两WQ，对外作功；（2）力学过程是等压膨胀，氢气吸收的热量PP倍，（1）若热WQ，对外作功；（3）若热力学过若热力学过程是等温膨胀，氢气吸收的热量VVQ。程是绝热膨胀，氢气吸收的热量【（1）等压过程(CR)T7RT，而等压过程又满足，∴21)T，有VVVTT(VQP1TT22V211121Q7RTi，∵内能变化为ERT所以WRT12493J；8725.5J22P1P6V（2）等温过程E0，QWRTln22493ln2J；（3）绝热过程与外界不VVV110交换热量，】Q9．如图所示，容器中间为隔板，左边为理想气体，右边为真空。W。今突然抽去隔板，则系统对外作功W0】【气体自由膨胀不对外做功，气体的内能也没有改变，∴10．有摩尔理想气体，作如图所示的循环过程acba，pcpc其中acb为半圆弧，ba为等压过程，cp2p，在此apbaaQvC(TT)。循环过程中气体净吸收热量为VpbaOVVb（填：、或）。aacb【填：。过程为吸收热量1baQ并对外做功，内能增加，的等压过程为放出QvC(TT)2pba的热量，内能降低。而，为半圆面积，由图可见，围成的矩形面积大于半圆面积】QQQWabVV121211．一可逆卡诺机的高温热源温度为127℃，低温热源温度为27℃，其每次循环对外做的净功为8000J。则此热机的效率为，从高温热源吸收的热量。今维持低温热源温度不变，提高高温热源的温度，使其每次循环对外做的净功为10000J，若两个卡诺循环都工作在相同的两条绝热线之间。则第二个热循环机从高温热源吸收的热量，其效率为，高温热源的温度为。T2TQ2Q效率为1，可1效率为，可【提示：可逆卡诺机的求第一个空；同时，热机的求第二11A再利用可求第个空。在同样的绝热线之间，它们的总热量相等，所以第三个空与第二个空相同；Q四个空，不说你也知道怎样求第五个空。25%，，，，436K(163C)】32000J32000J31.25%810J热量，若该人体温为310K，周围环境温度为300K，忽略13--9．某人每天大约向周围环境散发6他每天的熵变为JK1；周围环境每天的熵变为该人每天进食带到体内的熵，则JK1；该人与环境每天的总熵变为JK1。QTQ【提示：从熵变的单位可判断熵变的公式为S。所以S（因为人放出热量，取负值），T人人QQQSS2.5810（因为环境吸收热量，取正值），。，，】91042.671024环境T环境总TT境人环p三、计算题BC13-14．如图所示，系统从状态A沿ABC变化到状态C的过程中，外界热量传递给系统，同时系统对外作功126J。当系统从状态C沿另一曲A有326J的线CA返回到7OV状态A时，外界对系统作功52J，则此过程中系统是吸热还是放热？p13-17．空气由压强为1.52105Pa5.0103m3等温T300K，体积为的A状态等温积。计算等1膨胀到压强为1.01105Pa，然后再经等压压缩到原来的体体BD等空气所作的功。体C等温T200K2VOV1V2V2V，0.32kg的氧气作如图所示的ABCDA循环，设2113-23．T300K，T200K，求循环的效率。1213-24．如图所示是某单原子理想气体循环过程的V―T图，图中VCBVV2V，问（1）图中所示循环是代表制冷机还是热机？（2）C如果CAVA是正循环（热机循环），求出循环效率。ATO13-25．一热机低温热源温度为7℃，效率为40%，若将其效率提高到50%，则高温热源提高了多少？13-27．一小型热电厂内，一台利用地热发电的热机工作于温度为227℃的地下热源和温度为27℃的地能从地下热源获取1.81011J的热量，则理表之间，假定该热机每小时论上热机的最大功率为多少？32R的理想气P13-33．有mol定体热容C体，从状VDBPPDB态A（P、V、T）分别经如图所示的ADB过程和等温线AAAPPB达状态（P、V、T）。问在ABBBACB过程，到这两个ACCV过程中气体的熵变各为多少？图中AD是等温OVV线。VVDACB《大学物理学》热力学基础解答一、选择题BBCDBACDCDCCACDCDCCAp三、计算题BC8AOV13-14．解：热力学第一定律：QWE。状态A沿ABC变化到状态C的过程中，Q326J，ABCW126J，∴E326126200J；ABC当系统从状态C沿另一曲线CA返回到状态A时，E200J52J，∴52200252J，放热。WQ，CACAQWRTlnV2。13-17．解：（1）等温膨胀气体的内能不变，有热力学第一定律：11V1PV1.521055.0103由PVPV可知V7.5103m311P1.01105112222∴QWPVlnV21.521055.0103ln760ln3，7.5521111V11.52760ln3）（也可以用QWPVlnP11.521055.0103ln1.0121111P2∵ln31.0991.1，ln20.69310.7，∴W760(ln3ln2)7600.4304J；1（2）等压压缩是外界对气体作功，∴WP(VV)1.01105(5.01037.5103)253J，2212则空气所作的功为WWW30425351J。12pA13-23．解：0.32kg的氧气mol数为：。10mol等温T300K等1V2E0ABRTln，体1VD（1）AB为等温膨胀过程：，ABQWB等AB1体C等温有QW108.31300ln224930ln217279J；T200K2ABABVOV1V2(2)BC为等体降压过程：W0，BCQEC(TT)1058.31(100)20775J；2BCBCV21E0(3)CD为等温压缩过程：，CDQWRTlnV1108.31200ln116620ln211519J；2CDCD2V2(4)DA为等体升温过程：W0，DAQEC(TT)1058.3110020775J；2DADAV129QQQ38054J∴整个循环吸热（不包括放热）为：ABDAWWW所做的总功为：5760J，ABCDW5760循环效率为：15%。Q38.54V13-24．解：将V―T图转换为P―V图求解。CBVA→B为等压膨胀，B→C为等容降压，C→A为等温压缩，如图所示。CVAAT（1）可见循环是顺时针，为热机循环；O（2）A→B为等压膨胀：5R(TT)；R(TT)，对外作功：吸热：QABW2BAABBAWQ00，（放热），B→C为等容降温：BCBCPC→A为等温压缩：ABVQWRTlnARTln2（放热，作负功），CVCCA考虑到CAAAVOVVVVVBVCTT2T，，有：AATTBBAAABAWR(TT)RTln222ln212.3%。则：BAA5Q5R