全国大学物理竞赛热学试题

1、1、一个系统经历在过程是不可逆在， 就是说，该系统不可能再回到原来在状态。错，2、一定在理想气体从体积V 在初状态，变到体积为2V 在末状态，则不论经历什么过程，系统必然对外作正功。错，如理想气体像真空自由膨胀过程中，体积增大但是不做功。3、1 千克冰在 0 摄氏度， 1atm 下熔解为水在过程中熵增量为？已知冰在溶解热为 333KJ/kg.。此过程是可逆的，Q333 1033JK1。S1.22 10T2735. 常温下，氧气可处理成理想气体，氧气分子可视为刚性双原子分子。16克在氧气在 T0 温度下体积为 V0 。（1）若等温膨胀到2V0 ，则吸收热量为；（ 2）若先绝热降温，再等压膨胀到（

2、 1）中所达到在终态，则吸收的热量为。0.5RT0 ln 2 ； 7 RT01 ( 1 ) 52226、我们可以用热机和热泵（逆循环热机）构成一个供暖系统：燃烧燃料为锅炉供热，令热机工作于锅炉与暖气水之间；用热机输出的功作为热泵的动力，热泵从室外天然水池取热，向暖气水供热。设向锅炉供热量为Q0 ，锅炉、暖气水、天然水池温度分别为2270 C 、 570 C 和 70 C ，则热机输出的功和暖气水所获的热量的理想值为 和 。（热机和热泵均是可逆卡诺机，不计各种实际损失） 。7、1mol 单原子理想气体，从初态（p0 ， V0 ）经过一个准静态压缩过程到达终1态（ 8 p0 ，V0 ）。（ 1）计

3、算此气体的熵增量 S ；（ 2）假设全过程的每一小过程中， 气体对外做功 dW 与吸收热量 dQ 之比为常量，试求。48、大气中氧气在 270 C 时，分子的方均根速率为485m s ，那么氧气分子的最概然速率为，大气中的氢气分子在270 C 时的最概然速率为。9、如果理想气体的温度保持不变，当压强降为原值一半时，分子的数密度为原值的，分子的平均自由程为原值的。10、设想某种双原子分子理想气体，在温度低于2T0 时等体摩尔热容量为5 R ，2在温度高于 2T0 时，等体摩尔热容量增加至7 R 。该气体所经历热循环过程如图21所示，试求效率。（PV 图中虚线对应的体积分别为 V0 和 3V0 ，

4、曲线为 T0 和 3T0 对应的等温线。）11、某气体的状态方程可表述为pVf (T ) ，该气体所经历的循环过程如图所示。气体经过 bc 过程对外做功量为W=p0V0 ，经过一个循环过程吸收的热量Q=p0V0 。（其中 ab 为等体； bc 为等温； ca 为等压。虚线对应的体积分别为 V0 和 2V0 ；压强分别为 p0 和 2 p0 ）13、在图示的密闭容器内有一个空腔， 加热容器会使腔壁产生热辐射， 在空腔内形成包含各种频率的光子气。 而后，腔壁会继续向空腔输运各种频率的光子， 光子气中各种频率的光子也会输运到腔壁，在给定温度下达到动态平衡。平衡时，可等效地将腔壁处理成既不产生新的热辐

5、射光子， 也不吸收腔内已有的光子， 这相当于假设腔壁对光子气中的光子是全发射的，于是光子气可类比成理想气体。已知腔内光子气的能量密度 u 与温度 T 的 4 次方成正比，试求光子气压 p 与温度 T 的关系。15、一个平均输出功率为50MW的发电厂，热机循环的高温热源温度为T11000K ，低温热源温度为 T2300K ，理论上热机的最高效率为。如果该厂只能达到这个效率的70 0 0 ，为了产生 50MW 的电功率，每秒需要消耗J 的热量。第 24 届 16、如图所示，质量 m 50g ，截面积 S 2cm2 的均匀薄长试管，初始时直立在水中， 露出水面部分的长度 l 1cm ，管内上方封入一

6、部分空气， 外部大气压强 p0 105 pa 。（ 1）试求管内、外水面的高度差 H；（ 2）今将试管缓慢地下压到某一深度时，松手后，试管既不上浮，也不下沉，试求此时试管顶端和管外水面之间的高度差。17、质量可忽略的圆台形薄壁容器内， 盛满均匀液体。 容器按图 1 所示方式放在水平地面上时，因液体重力而使容器底面所受压强记为p1 ，地面给容器底板向上的支持力记为 N1 ；容器按图 2 所示方式放置时， 相应的力学参数记为p2 、N2 。那么，必定有p1 =， N1 =N2 。（分别填大于、等于或小于。）等于，等于18、四个恒温热源的温度之间关系为T1aT2a2T3a3T4 ，其中常数 a1 。

7、工作于其中两个任选热源之间的可逆卡诺热机的循环效率最大可取值max =2由这四个热源共同参与的某 个可逆循 环如图所示，图中 每一条实线或为T1, T2 , T3 , T4等温线，或为绝热线，中间两条实线与其间辅助线同属一条绝热线。此循环过程效率=。1 11 a3 ； 1 a219、热力学第二定律的开尔文表述为：热力学第二定律的克劳修斯表述为：21、将 00 C 时空气中氧分子热运动平均速率记为v0 ，则 270 C 时空气中氧气分子热运动平均速率为v0 ，270 C 时空气中氢分子热运动平均速率为v0 。22、单原子分子理想气体热循环过程如右图所示，其效率=。工作于该循环过程所经历的最高温度

8、热源与最低温度热源之间的可逆卡诺循环效率 卡 =。23、每边长 76 厘米的密封均匀正方形导热细管按图1 所示直立在水平地面上，稳定后，充满上方 AB 管内气体的压强pAB76，两侧BC管和AD管内充cmHg满水银，此时下方 DC 管内也充满了该种气体。不改变环境温度，将正方形细管按图 2 所示倒立放置，稳定后试求 AB 管内气体柱的长度 lAB 。25、n 摩尔单原子分子理想气体所经循环过程 ABCA 和相关状态量如图所示， 其中 AB 是斜直线， BC 是等温线， CA 是等压线。（ 1）计算三段过程的每一段过程中，系统对外做功量；（ 2）计算每一段过程中，系统内能的增加量；（ 3）计算每一段过程中，系统的吸热量；（ 4）计算此循环过程的效率。2 p0p