工程热力学基础概念练习题

综合试卷第=PAGE1*2-11页（共=NUMPAGES1*22页） 综合试卷第=PAGE1*22页（共=NUMPAGES1*22页）PAGE①姓名所在地区姓名所在地区身份证号密封线1.请首先在试卷的标封处填写您的姓名，身份证号和所在地区名称。2.请仔细阅读各种题目的回答要求，在规定的位置填写您的答案。3.不要在试卷上乱涂乱画，不要在标封区内填写无关内容。一、选择题1.热力学第一定律表述为：

a.能量守恒定律

b.热力学第二定律

c.热力学第三定律

d.热力学第一定律与第二定律的联合

2.热力学第二定律的克劳修斯表述是：

a.热量不能自发地从低温物体传递到高温物体

b.热量可以自发地从高温物体传递到低温物体

c.所有热机都不可能将热量完全转换为功

d.热量不能从单一热源传递到另一热源而不引起其他变化

3.理想气体的内能只与什么有关：

a.体积

b.温度

c.压力

d.体积和温度

4.摩尔热容的定义是：

a.1摩尔物质在等压下升高1K所吸收的热量

b.1摩尔物质在等体积下升高1K所吸收的热量

c.1摩尔物质在等温下升高1K所吸收的热量

d.1摩尔物质在等压下降低1K所释放的热量

5.热力学势能的变化与什么有关：

a.体积

b.温度

c.压力

d.体积和温度

6.热机效率是指：

a.热机输出功与输入热量的比值

b.热机输出热量与输入热量的比值

c.热机输出功与输出热量的比值

d.热机输出热量与输入功的比值

7.热平衡的定义是：

a.两个物体接触后，它们的温度相等

b.两个物体接触后，它们的压力相等

c.两个物体接触后，它们的体积相等

d.两个物体接触后，它们的内能相等

8.定容过程的热量变化与什么有关：

a.体积

b.温度

c.压力

d.体积和温度

答案及解题思路：

1.a.能量守恒定律

解题思路：热力学第一定律即能量守恒定律，表述为能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一种形式转化为另一种形式。

2.a.热量不能自发地从低温物体传递到高温物体

解题思路：克劳修斯表述了热力学第二定律的一个方面，即热量传递的方向性，即热量自发地从高温物体传递到低温物体。

3.b.温度

解题思路：根据理想气体的状态方程，理想气体的内能仅与温度有关，与体积和压力无关。

4.b.1摩尔物质在等体积下升高1K所吸收的热量

解题思路：摩尔热容是指1摩尔物质在等体积下升高1K所吸收的热量，是衡量物质热容量大小的物理量。

5.d.体积和温度

解题思路：热力学势能的变化取决于系统的体积和温度，根据热力学势能的定义，变化与这两个因素有关。

6.a.热机输出功与输入热量的比值

解题思路：热机效率定义为热机输出功与输入热量的比值，表示热机将热量转换为功的能力。

7.a.两个物体接触后，它们的温度相等

解题思路：热平衡是指两个物体接触后，它们的温度相等，达到热力学平衡状态。

8.b.温度

解题思路：定容过程是指体积不变的过程，热量变化仅与温度有关，因为体积不变，所以与体积无关。二、填空题1.热力学第一定律表述为：能量_________。

答案：守恒

解题思路：热力学第一定律是能量守恒定律在热力学系统中的应用，表明在一个封闭系统中，能量既不能被创造也不能被消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。

2.热力学第二定律的克劳修斯表述是：热量_________。

答案：不能自发地从低温物体传到高温物体

解题思路：克劳修斯表述指出，热量自然流动的方向是从高温物体到低温物体，而不是相反，这是热力学第二定律的一个表述。

3.理想气体的内能只与_________有关。

答案：温度

解题思路：理想气体的内能仅取决于其温度，与体积和压强无关，这是理想气体模型的一个基本假设。

4.摩尔热容的定义是：1摩尔物质在_________下升高1K所吸收的热量。

答案：恒压

解题思路：摩尔热容是指1摩尔物质在恒压条件下温度升高1K所吸收的热量，通常用符号Cp表示。

5.热力学势能的变化与_________有关。

答案：路径

解题思路：热力学势能的变化与路径无关，只取决于初始状态和最终状态，这是热力学势能的一个特性。

6.热机效率是指：热机输出功与_________的比值。

答案：吸收的热量

解题思路：热机效率是衡量热机功能的指标，定义为热机输出的功与输入的热量（吸收的热量）的比值。

7.热平衡的定义是：两个物体接触后，它们的_________相等。

答案：温度

解题思路：当两个物体接触并达到热平衡时，它们的温度会相等，这是热平衡的基本定义。

8.定容过程的热量变化与_________有关。

答案：温度变化

解题思路：在定容过程中，系统的体积保持不变，因此热量变化只与温度的变化有关，这是根据热力学第一定律和理想气体状态方程得出的结论。三、判断题1.热力学第一定律和第二定律都是普遍适用的。

答案：正确

解题思路：热力学第一定律（能量守恒定律）和第二定律（熵增原理）是热力学的基本定律，它们在所有封闭系统和孤立系统中普遍适用。

2.任何热机都可以将热量完全转换为功。

答案：错误

解题思路：根据热力学第二定律，任何热机都不可能将吸收的热量完全转换为功，总有一部分热量会散失到低温热源。

3.理想气体的内能只与温度有关。

答案：正确

解题思路：对于理想气体，其内能仅取决于温度，与体积和压力无关。

4.热力学势能的变化与体积有关。

答案：正确

解题思路：热力学势能，如内能或化学势，通常会体积的变化而变化，特别是在恒压或恒温条件下。

5.热机效率与热源温度无关。

答案：错误

解题思路：热机效率与热源温度有关。根据卡诺定理，热机效率与热源和冷源的温度有关，热源温度越高，理论上的效率越高。

6.两个物体接触后，它们的温度会逐渐相等。

答案：正确

解题思路：根据热平衡原理，当两个物体接触时，热量会从温度较高的物体传递到温度较低的物体，直至两者温度相等。

7.定容过程的热量变化与压力有关。

答案：错误

解题思路：在定容过程中，体积保持不变，因此热量变化与压力无关，主要取决于温度的变化。

8.热量可以从单一热源传递到另一热源而不引起其他变化。

答案：错误

解题思路：根据热力学第二定律，热量不能自发地从低温热源传递到高温热源而不引起其他变化。这种过程需要外部工作或引起其他变化。四、简答题1.简述热力学第一定律和第二定律的内容。

热力学第一定律：能量守恒定律，即在一个封闭系统中，能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。

热力学第二定律：熵增定律，即在一个孤立系统中，熵总是增加的，熵是系统无序度的度量。

2.简述理想气体的状态方程。

理想气体的状态方程：\(PV=nRT\)，其中P是压强，V是体积，n是物质的量，R是理想气体常数，T是绝对温度。

3.简述热力学势能的定义和性质。

热力学势能：系统在某一状态下的能量，它是一个状态函数，表示系统在一定条件下可以对外做功的能力。

性质：热力学势能是系统内能的一部分，它具有可加性、状态函数性、守恒性。

4.简述热机效率的定义和影响因素。

热机效率：热机输出功与输入热量之比，表示热机将热能转化为机械能的效率。

影响因素：热机效率受热源温度、冷源温度、热机设计、工作物质性质等因素的影响。

5.简述热平衡的定义和条件。

热平衡：当两个系统接触并达到热交换平衡时，它们的温度相等，不再发生热量的传递。

条件：两个系统必须处于相同的热力学状态，即温度相等。

6.简述定容过程和定压过程的区别。

定容过程：系统体积保持不变的过程，没有体积变化引起的功。

定压过程：系统压强保持不变的过程，有体积变化引起的功。

7.简述热力学势能和内能的关系。

热力学势能与内能的关系：热力学势能是内能的函数，它们之间的关系为\(U=HTS\)，其中U是内能，H是焓，T是绝对温度，S是熵。

8.简述热机效率与热源温度的关系。

热机效率与热源温度的关系：热机效率随热源温度的升高而增加，因为高温热源可以提供更多的热量用于做功。

答案及解题思路：

1.热力学第一定律和第二定律的内容：

热力学第一定律：能量守恒定律，能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。

热力学第二定律：熵增定律，系统无序度总是增加。

2.理想气体的状态方程：

\(PV=nRT\)，其中P是压强，V是体积，n是物质的量，R是理想气体常数，T是绝对温度。

3.热力学势能的定义和性质：

热力学势能是系统在某一状态下的能量，具有可加性、状态函数性、守恒性。

4.热机效率的定义和影响因素：

热机效率是输出功与输入热量之比，受热源温度、冷源温度、热机设计、工作物质性质等因素影响。

5.热平衡的定义和条件：

热平衡：两个系统接触并达到热交换平衡时，它们的温度相等，不再发生热量的传递。

6.定容过程和定压过程的区别：

定容过程：系统体积保持不变，没有体积变化引起的功。

定压过程：系统压强保持不变，有体积变化引起的功。

7.热力学势能和内能的关系：

热力学势能与内能的关系：\(U=HTS\)，其中U是内能，H是焓，T是绝对温度，S是熵。

8.热机效率与热源温度的关系：

热机效率随热源温度的升高而增加，因为高温热源可以提供更多的热量用于做功。五、计算题1.已知1摩尔理想气体在等压过程中，温度从300K升高到600K，求热量变化。

2.已知1摩尔理想气体在等体积过程中，温度从300K升高到600K，求热量变化。

3.已知1摩尔理想气体在等温过程中，体积从1m³膨胀到2m³，求热量变化。

4.已知1摩尔理想气体在等压过程中，温度从300K升高到600K，求内能变化。

5.已知1摩尔理想气体在等体积过程中，温度从300K升高到600K，求内能变化。

6.已知1摩尔理想气体在等温过程中，体积从1m³膨胀到2m³，求内能变化。

7.已知1摩尔理想气体在等压过程中，温度从300K升高到600K，求热机效率。

8.已知1摩尔理想气体在等体积过程中，温度从300K升高到600K，求热机效率。

答案及解题思路：

1.答案：\(Q=nC_p\DeltaT\)

解题思路：在等压过程中，热量变化等于气体吸收的热量，即\(Q=nC_p(T_2T_1)\)，其中\(n\)是摩尔数，\(C_p\)是定压比热容，\(T_1\)和\(T_2\)分别是初始和最终温度。对于1摩尔理想气体，\(C_p=\frac{5}{2}R\)，其中\(R\)是气体常数。因此，\(Q=1\times\frac{5}{2}R\times(600300)=750R\)。

2.答案：\(Q=nC_v\DeltaT\)

解题思路：在等体积过程中，热量变化等于气体吸收的热量，即\(Q=nC_v(T_2T_1)\)，其中\(C_v\)是定容比热容。对于1摩尔理想气体，\(C_v=\frac{3}{2}R\)。因此，\(Q=1\times\frac{3}{2}R\times(600300)=450R\)。

3.答案：\(Q=nR\DeltaT\)

解题思路：在等温过程中，热量变化等于气体吸收的热量，即\(Q=nR\DeltaT\)。因为温度升高，所以\(Q=1\timesR\times(600300)=300R\)。

4.答案：\(\DeltaU=nC_v\DeltaT\)

解题思路：在等压过程中，内能变化等于气体吸收的热量减去对外做的功，即\(\DeltaU=QW\)。由于是等压过程，\(W=P\DeltaV\)，而\(\DeltaV=V_2V_1\)。对于1摩尔理想气体，\(\DeltaU=nC_v(T_2T_1)\)。因此，\(\DeltaU=1\times\frac{3}{2}R\times(600300)=450R\)。

5.答案：\(\DeltaU=nC_v\DeltaT\)

解题思路：在等体积过程中，内能变化等于气体吸收的热量，即\(\DeltaU=Q\)。因此，\(\DeltaU=1\times\frac{3}{2}R\times(600300)=450R\)。

6.答案：\(\DeltaU=nC_v\DeltaT\)

解题思路：在等温过程中，内能变化为零，因为温度没有变化，即\(\DeltaU=0\)。

7.答案：\(\eta=1\frac{Q_c}{Q_h}\)

解题思路：热机效率\(\eta\)等于1减去冷源吸收的热量与热源提供的热量的比值。在等压过程中，热源提供的热量\(Q_h=nC_p(T_2T_1)\)，冷源吸收的热量\(Q_c=W\)。因此，\(\eta=1\frac{W}{nC_p(T_2T_1)}\)。

8.答案：\(\eta=1\frac{Q_c}{Q_h}\)

解题思路：在等体积过程中，热源提供的热量\(Q_h=nC_v(T_2T_1)\)，冷源吸收的热量\(Q_c=0\)（因为没有对外做功）。因此，\(\eta=1\frac{0}{nC_v(T_2T_1)}=1\)。六、应用题1.某热机在等压过程中，吸收了800J的热量，对外做了300J的功，求热机的效率。

解答：

效率η的计算公式为：η=(W/Q)×100%，其中W为做功，Q为吸收的热量。

代入数据：η=(300J/800J)×100%=37.5%

答案：热机的效率为37.5%。

2.某热机在等体积过程中，吸收了500J的热量，对外做了200J的功，求热机的效率。

解答：

同样使用效率公式：η=(W/Q)×100%

代入数据：η=(200J/500J)×100%=40%

答案：热机的效率为40%。

3.某热机在等温过程中，吸收了700J的热量，对外做了250J的功，求热机的效率。

解答：

使用效率公式：η=(W/Q)×100%

代入数据：η=(250J/700J)×100%≈35.71%

答案：热机的效率为35.71%。

4.某热机在等压过程中，吸收了600J的热量，对外做了150J的功，求热机的效率。

解答：

使用效率公式：η=(W/Q)×100%

代入数据：η=(150J/600J)×100%=25%

答案：热机的效率为25%。

5.某热机在等体积过程中，吸收了400J的热量，对外做了100J的功，求热机的效率。

解答：

使用效率公式：η=(W/Q)×100%

代入数据：η=(100J/400J)×100%=25%

答案：热机的效率为25%。

6.某热机在等温过程中，吸收了500J的热量，对外做了200J的功，求热机的效率。

解答：

使用效率公式：η=(W/Q)×100%

代入数据：η=(200J/500J)×100%=40%

答案：热机的效率为40%。

7.某热机在等压过程中，吸收了700J的热量，对外做了300J的功，求热机的效率。

解答：

使用效率公式：η=(W/Q)×100%

代入数据：η=(300J/700J)×100%≈42.%

答案：热机的效率为42.%。

8.某热机在等体积过程中，吸收了600J的热量，对外做了250J的功，求热机的效率。

解答：

使用效率公式：η=(W/Q)×100%

代入数据：η=(250J/600J)×100%≈41.67%

答案：热机的效率为41.67%。七、论述题1.论述热力学第一定律和第二定律的关系。

答案：

热力学第一定律是能量守恒定律在热力学系统中的体现，表明在一个封闭系统中，能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。热力学第二定律则涉及能量转化的方向性和不可逆性，指出热量不能自发地从低温物体传递到高温物体，且任何热机都不可能将全部吸收的热量转化为做功，总会有一部分热量散失。两者关系

第一定律是基础，它提供了能量守恒的框架。

第二定律在此基础上，进一步限制了能量转化的方向和效率。

解题思路：

首先阐述热力学第一定律的基本内容，然后解释热力学第二定律的主要观点，最后分析两者之间的联系和区别。

2.论述热力学势能和内能的关系。

答案：

热力学势能是系统在宏观状态下的能量，包括内能和位能。内能是系统内部所有粒子动能和势能的总和。热力学势能与内能的关系

热力学势能是内能的一部分，它通常用于描述系统在特定条件下的稳定性和可逆性。

在等温过程中，系统的内能变化与热力学势能的变化是等价的。

解题思路：

定义热力学势能和内