工程热力学知识点题集

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.热力学第一定律的数学表达式为：

A.ΔU=QW

B.ΔU=QW

C.ΔU=QWW

D.ΔU=QWW

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到高温物体

B.热量不能自发地从高温物体传到低温物体

C.热量不能自发地从高温物体传到低温物体，也不能自发地从低温物体传到高温物体

D.热量不能自发地从高温物体传到低温物体，但可以自发地从低温物体传到高温物体

3.理想气体的内能只与：

A.温度有关

B.压力有关

C.体积有关

D.温度和体积有关

4.热机效率是指：

A.热机做功与吸收热量的比值

B.热机做功与放出的热量的比值

C.热机吸收的热量与放出的热量的比值

D.热机吸收的热量与做功的比值

5.热力学第三定律的表述是：

A.系统的熵在绝对零度时为最小值

B.系统的熵在绝对零度时为零

C.系统的熵在绝对零度时为最大值

D.系统的熵在绝对零度时为无穷大

答案及解题思路：

1.答案：A

解题思路：热力学第一定律表明能量守恒，即系统内能的变化等于系统吸收的热量减去系统对外做的功。因此，正确答案是ΔU=QW。

2.答案：A

解题思路：克劳修斯表述的热力学第二定律指出热量不能自发地从低温物体传递到高温物体。因此，正确答案是A。

3.答案：A

解题思路：理想气体的内能只与温度有关，不受压力和体积的影响。因此，正确答案是A。

4.答案：A

解题思路：热机效率是指热机所做的有效功与吸收的总热量之比。因此，正确答案是A。

5.答案：B

解题思路：热力学第三定律指出，当温度趋近于绝对零度时，系统的熵将趋近于零。因此，正确答案是B。二、填空题1.热力学第一定律的数学表达式为：ΔU=QW。

解题思路：热力学第一定律表明，系统内能的变化等于系统吸收的热量减去系统对外做的功。

2.热力学第二定律的克劳修斯表述是：热量不能自发地从_______传到_______。

解题思路：根据克劳修斯表述，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，这是热力学第二定律的一种表述。

3.理想气体的内能只与_______有关。

解题思路：理想气体的内能仅与温度有关，与体积和压强无关，这是理想气体状态方程和内能定义的结果。

4.热机效率是指_______与_______的比值。

解题思路：热机效率定义为热机输出的有用功与输入的热量之比，即效率=有用功/输入热量。

5.热力学第三定律的表述是：系统的熵在绝对零度时为_______。

解题思路：热力学第三定律指出，在绝对零度时，一个完美晶体的熵为零，这是熵的绝对零度极限。

答案及解题思路：

答案：

1.ΔU=QW

2.热量不能自发地从低温物体传到高温物体

3.理想气体的内能只与温度有关

4.热机效率是指有用功与输入热量的比值

5.系统的熵在绝对零度时为零

解题思路：

1.热力学第一定律是能量守恒定律在热力学系统中的应用，ΔU表示内能变化，Q表示热量，W表示功。

2.克劳修斯表述了热传递的方向性，即热量总是从高温物体传递到低温物体。

3.理想气体的内能仅取决于温度，因为其分子间没有相互作用力，内能完全由分子的动能决定。

4.热机效率是衡量热机功能的重要指标，它反映了热机将热能转化为机械能的效率。

5.热力学第三定律揭示了在绝对零度时熵的极限状态，即完美晶体的熵为零。三、判断题1.热力学第一定律表明能量守恒定律在热力学过程中同样适用。（√）

解题思路：热力学第一定律，即能量守恒定律，指出在一个孤立系统中，能量既不能被创造也不能被消灭，只能从一种形式转换为另一种形式。在热力学过程中，这个定律同样适用，因此该说法正确。

2.热力学第二定律表明热量不能自发地从低温物体传到高温物体。（√）

解题思路：热力学第二定律指出，热量自然流动的方向是从高温物体传递到低温物体，而不是相反。这个过程是不可逆的，除非有外界做功，因此该说法正确。

3.理想气体的内能只与温度有关。（√）

解题思路：理想气体的内能是由其分子的动能组成的，而分子的动能与温度成正比。因此，理想气体的内能只与温度有关，与气体的体积和压力无关，该说法正确。

4.热机效率越高，表示热机做功越少。（×）

解题思路：热机效率是指热机从热源吸收的热量中用来做功的那部分能量与吸收的总热量之比。效率越高，意味着单位热量转化为做功能量越多，实际上热机做功会越多，因此该说法错误。

5.热力学第三定律表明系统的熵在绝对零度时为零。（√）

解题思路：热力学第三定律表明，当温度接近绝对零度时，任何完美晶体的熵趋于零。这意味着在绝对零度时，系统处于完全有序状态，没有熵增，因此该说法正确。四、简答题1.简述热力学第一定律的物理意义。

热力学第一定律的物理意义在于能量守恒和转换的原理，它指出在一个封闭系统中，能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转换为另一种形式。具体来说，系统内能的增加等于外界对系统所做的功与系统吸收的热量之和。

2.简述热力学第二定律的克劳修斯表述。

热力学第二定律的克劳修斯表述为：热量不能自发地从低温物体传递到高温物体。这一表述强调了热传递的方向性，即热量总是从高温物体流向低温物体，而不可能反向自发进行。

3.简述理想气体的内能特点。

理想气体的内能特点是只与温度有关，而与气体的体积和物质的量无关。对于理想气体，其内能是所有气体分子动能的总和，且内能的变化仅由温度的变化决定。

4.简述热机效率的概念。

热机效率是指热机将吸收的热量转换为有用功的能力，用η表示，计算公式为η=W/Qh，其中W是热机输出的功，Qh是热机吸收的热量。热机效率反映了热机工作过程中能量转换的有效性。

5.简述热力学第三定律的表述。

热力学第三定律的表述为：当温度趋近于绝对零度时，任何纯物质的完美晶体的熵值趋近于零。这一表述表明，在绝对零度下，所有物质均达到最低能量状态，熵值最小。

答案及解题思路：

1.答案：热力学第一定律的物理意义在于能量守恒和转换的原理，它指出在一个封闭系统中，能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转换为另一种形式。

解题思路：从能量守恒的角度出发，结合热力学第一定律的定义，阐述其物理意义。

2.答案：热力学第二定律的克劳修斯表述为：热量不能自发地从低温物体传递到高温物体。

解题思路：回顾热力学第二定律的克劳修斯表述，明确其内容，并解释热量传递的方向性。

3.答案：理想气体的内能特点是只与温度有关，而与气体的体积和物质的量无关。

解题思路：回顾理想气体的内能公式，明确内能与温度的关系，同时说明体积和物质的量对内能的影响。

4.答案：热机效率是指热机将吸收的热量转换为有用功的能力，用η表示，计算公式为η=W/Qh，其中W是热机输出的功，Qh是热机吸收的热量。

解题思路：回顾热机效率的定义和计算公式，阐述其概念和计算方法。

5.答案：热力学第三定律的表述为：当温度趋近于绝对零度时，任何纯物质的完美晶体的熵值趋近于零。

解题思路：回顾热力学第三定律的表述，明确其内容，并解释熵值与温度的关系。五、计算题1.已知一个物体的质量为2kg，温度从20℃升高到100℃，求该物体吸收的热量。

2.一个热机的热效率为30%，吸收的热量为1000kJ，求该热机做的功。

3.一个理想气体的初始状态为P1=1atm，V1=0.5m³，温度为T1=300K，经过等温膨胀过程，最终体积为V2=1m³，求该气体的内能变化。

4.一个热机从高温热源吸收热量Q1=1000kJ，向低温热源放出热量Q2=500kJ，求该热机的效率。

5.一个系统的熵从1J/K升高到2J/K，求该系统的熵变。

答案及解题思路：

1.解题思路：

热量Q的计算公式为\(Q=mc\DeltaT\)，其中m是质量，c是比热容，\(\DeltaT\)是温度变化。

比热容c（对于水）大约为4.18J/(g·℃)，因此对于2kg的物体，c=4.18J/(g·℃)。

\(\DeltaT=100℃20℃=80℃\)。

将数值代入公式：

\(Q=2\times1000\times4.18\times80\)。

答案：Q=668800J或668.8kJ。

2.解题思路：

热机做的功W可以通过热效率η和吸收的热量Qa计算，公式为\(W=\eta\timesQa\)。

将给定的数值代入公式：

\(W=0.30\times1000\)kJ。

答案：W=300kJ。

3.解题思路：

对于理想气体的等温过程，内能变化ΔU=0，因为温度不变。

答案：ΔU=0。

4.解题思路：

热机的效率η可以通过吸收的热量Q1和放出的热量Q2计算，公式为\(\eta=\frac{Q1Q2}{Q1}\)。

将给定的数值代入公式：

\(\eta=\frac{1000500}{1000}\)。

答案：η=0.5或50%。

5.解题思路：

熵变ΔS可以通过最终熵S2和初始熵S1的差值计算，公式为\(\DeltaS=S2S1\)。

将给定的数值代入公式：

\(\DeltaS=2J/K1J/K\)。

答案：ΔS=1J/K。六、论述题1.论述热力学第一定律与能量守恒定律的关系。

答案：

热力学第一定律是能量守恒定律在热力学系统中的具体体现。能量守恒定律指出，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。热力学第一定律则将这一原理应用于热力学过程，指出系统内能的变化等于系统与外界交换的热量和功的总和。因此，热力学第一定律是能量守恒定律在热力学系统中的具体应用和表述。

解题思路：

回顾能量守恒定律的基本内容。阐述热力学第一定律的定义和内容。接着，对比两者，说明热力学第一定律是能量守恒定律在热力学系统中的具体体现，并举例说明。

2.论述热力学第二定律与热力学第一定律的关系。

答案：

热力学第二定律是对能量守恒定律的补充和发展，它指出了能量转换过程中的方向性和不可逆性。热力学第一定律关注的是能量在系统内部的转换和守恒，而热力学第二定律则强调了热量自发传递的方向性，即热量只能从高温物体传递到低温物体，而不能自发反向传递。两者相辅相成，共同构成了热力学的基本原则。

解题思路：

回顾热力学第一定律的基本内容。介绍热力学第二定律的定义和内容。接着，比较两者，指出热力学第二定律是对能量守恒定律的补充，强调能量转换的方向性和不可逆性。

3.论述理想气体的内能特点及其应用。

答案：

理想气体的内能仅与温度有关，与体积和压强无关。这一特点使得理想气体模型在工程热力学中得到了广泛应用，如在内燃机、制冷和空调系统中，理想气体模型被用来简化计算和预测系统功能。

解题思路：

阐述理想气体的内能特点。解释这一特点如何简化工程热力学中的计算和预测。举例说明理想气体模型在工程中的应用。

4.论述热机效率与热力学第一定律、第二定律的关系。

答案：

热机效率是热力学第一定律和第二定律的直接应用。热力学第一定律限制了热机可以从热源吸收的热量中转化为功的最大比例，而热力学第二定律则规定了这个最大比例必须小于1。因此，热机效率是热力学第一定律和第二定律共同作用的结果。

解题思路：

回顾热机效率的定义。分别阐述热力学第一定律和第二定律对热机效率的限制。结合两者说明热机效率是热力学基本定律的共同体现。

5.论述热力学第三定律的物理意义及其应用。

答案：

热力学第三定律指出，当温度接近绝对零度时，任何纯净物质的熵趋于零。这一物理意义在低温物理学和工程热力学中具有重要意义，如超导现象的研究和低温技术设备的开发。

解题思路：

阐述热力学第三定律的内容。解释其物理意义，如熵在低温下的行为。举例说明热力学第三定律在低温物理学和工程热力学中的应用。七、应用题1.一个热机从高温热源吸收热量Q1=1000kJ，向低温热源放出热量Q2=500kJ，求该热机的效率。

解题思路：

热机的效率η可以通过以下公式计算：

\[\eta=\frac{Q1Q2}{Q1}\]

将给定的数值代入公式中计算。

2.一个理想气体的初始状态为P1=1atm，V1=0.5m³，温度为T1=300K，经过等温膨胀过程，最终体积为V2=1m³，求该气体的内能变化。

解题思路：

对于理想气体，内能仅与温度有关，与体积无关。在等温过程中，温度不变，因此内能不变。所以内能变化ΔU=0。

3.一个物体的质量为2kg，温度从20℃升高到100℃，求该物体吸收的热量。

解题思路：

物体吸收的热量Q可以通过以下公式计算：

\[Q=mc\Delta