物理競賽理論知識試題及答案-熱力學定律一、單項選擇題（每題1分，共20分）1.熱力學第零定律主要說明了（）A.熱傳遞的方向性B.能量守恒C.溫度的定義D.內能與熱量的關系答案：C2.一定質量的理想氣體，在等溫膨脹過程中（）A.氣體內能增加B.氣體對外做功C.氣體吸收熱量小于對外做功D.氣體壓強增大答案：B3.對于理想氣體的等壓過程，下列說法正確的是（）A.氣體體積與溫度成正比B.氣體內能不變C.氣體吸收的熱量全部用于對外做功D.氣體壓強與體積成反比答案：A4.熱力學第一定律的表達式為（）A.Q=W+ΔUB.Q=W-ΔUC.W=Q+ΔUD.ΔU=Q-W答案：A5.一定質量的理想氣體，經歷絕熱壓縮過程，氣體的（）A.溫度升高，內能增加B.溫度降低，內能減少C.溫度不變，內能不變D.溫度升高，內能減少答案：A6.下列過程中，屬于可逆過程的是（）A.熱量從高溫物體自發(fā)地傳給低溫物體B.功全部轉化為熱的過程C.氣體的等溫膨脹過程D.氣體的自由膨脹過程答案：C7.關于熵的說法，正確的是（）A.熵是系統(tǒng)無序程度的量度B.熵值越大，系統(tǒng)越有序C.熵在可逆過程中不變D.熵在不可逆過程中減小答案：A8.理想氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B，經歷等壓、等溫、絕熱等過程，其中內能變化最大的是（）A.等壓過程B.等溫過程C.絕熱過程D.一樣大答案：A9.一定質量的理想氣體，在等容升溫過程中（）A.氣體壓強增大B.氣體對外做功C.氣體內能不變D.氣體吸收熱量小于內能增加量答案：A10.熱力學第二定律的克勞修斯表述是（）A.不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不產生其他影響B(tài).不可能從單一熱源吸收熱量使之完全變成功而不產生其他影響C.一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行D.熱機的效率不可能達到100%答案：A11.一定質量的理想氣體，在絕熱自由膨脹過程中（）A.氣體內能增加B.氣體對外做功C.氣體溫度不變D.氣體壓強不變答案：C12.對于理想氣體的等溫壓縮過程，下列說法錯誤的是（）A.氣體內能不變B.氣體壓強增大C.氣體吸收熱量D.外界對氣體做功答案：C13.熱力學第三定律指出（）A.絕對零度不可達到B.熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體C.一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行D.不可能從單一熱源吸收熱量使之完全變成功而不產生其他影響答案：A14.一定質量的理想氣體，經歷等溫壓縮后，其分子的平均動能（）A.增大B.減小C.不變D.無法確定答案：C15.理想氣體在等壓膨脹過程中，氣體分子的平均速率（）A.增大B.減小C.不變D.先增大后減小答案：A16.下列現象中，不能用熱力學第二定律解釋的是（）A.熱量傳遞的方向性B.第二類永動機不可能制成C.氣體的擴散現象D.能量守恒定律答案：D17.一定質量的理想氣體，在絕熱壓縮過程中，氣體分子的密集程度（）A.增大B.減小C.不變D.先增大后減小答案：A18.對于理想氣體的等容過程，下列說法正確的是（）A.氣體壓強與溫度成正比B.氣體內能不變C.氣體吸收熱量全部用于增加內能D.氣體對外做功答案：AC19.熱力學第零定律為建立溫度概念提供了實驗基礎，它表明（）A.如果兩個熱力學系統(tǒng)中的每一個都與第三個熱力學系統(tǒng)處于熱平衡(溫度相同)，則它們彼此也必定處于熱平衡B.一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行C.不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不產生其他影響D.不可能從單一熱源吸收熱量使之完全變成功而不產生其他影響答案：A20.一定質量的理想氣體，經歷絕熱膨脹過程后，氣體的（）A.溫度升高，內能增加B.溫度降低，內能減少C.溫度不變，內能不變D.溫度升高，內能減少答案：B二、多項選擇題（每題2分，共20分）1.下列關于熱力學定律的說法正確的是（）A.熱力學第零定律是建立溫度概念的基礎B.熱力學第一定律揭示了能量守恒與轉化的關系C.熱力學第二定律指出了自然過程的方向性D.熱力學第三定律表明絕對零度不可達到答案：ABCD2.一定質量的理想氣體，在等溫變化過程中（）A.氣體內能不變B.氣體壓強與體積成反比C.氣體對外做功與吸收熱量相等D.氣體分子的平均動能不變答案：ABCD3.對于理想氣體的絕熱過程，下列說法正確的是（）A.氣體與外界無熱量交換B.氣體內能變化等于外界對氣體做功C.氣體溫度可能升高也可能降低D.氣體壓強與體積的乘積可能不變答案：AB4.下列過程中，屬于不可逆過程的有（）A.功熱轉換過程B.氣體的自由膨脹過程C.熱量從高溫物體向低溫物體的自發(fā)傳遞過程D.氣體的等溫壓縮過程答案：ABC5.關于熵增加原理，下列說法正確的是（）A.孤立系統(tǒng)的熵永不減少B.一切自然過程總是向著熵增加的方向進行C.熵增加意味著系統(tǒng)的無序程度增加D.熵增加原理是熱力學第二定律的一種表述形式答案：ABCD6.一定質量的理想氣體，從狀態(tài)A經等壓過程變化到狀態(tài)B，再經等溫過程回到狀態(tài)A，整個過程中（）A.氣體內能先增加后不變B.氣體對外做功與外界對氣體做功相等C.氣體吸收熱量與放出熱量相等D.氣體壓強先不變后減小答案：AD7.下列現象中，能用熱力學第二定律解釋的有（）A.一杯熱水放在空氣中逐漸冷卻B.電流通過電阻發(fā)熱C.氣體向真空自由膨脹D.煤炭燃燒釋放熱量答案：AC8.對于理想氣體的等壓膨脹過程，下列說法正確的是（）A.氣體體積增大B.氣體內能增加C.氣體吸收熱量大于對外做功D.氣體分子的平均動能增大答案：ABCD9.熱力學第一定律的應用中，涉及到的能量形式有（）A.內能B.熱量C.功D.機械能答案：ABC10.一定質量的理想氣體，經歷絕熱壓縮和等溫壓縮后，氣體的（）A.內能都增加B.壓強都增大C.體積都減小D.分子平均動能都不變答案：BC三、判斷題（每題1分，共10分）1.熱力學第零定律表明，處于熱平衡的幾個熱力學系統(tǒng)具有相同的溫度。（）答案：√2.理想氣體的內能只與溫度有關，與體積無關。（）答案：√3.熱力學第一定律只適用于理想氣體。（）答案：×4.可逆過程一定是準靜態(tài)過程。（）答案：√5.熱量可以自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。（）答案：×6.熵增加原理表明，孤立系統(tǒng)的熵只能增加不能減少。（）答案：√7.理想氣體的等溫膨脹過程中，氣體對外做功，內能不變，吸收熱量全部用于對外做功。（）答案：√8.熱力學第二定律的開爾文表述指出，不可能從單一熱源吸收熱量使之完全變成功而不產生其他影響。（）答案：√9.一定質量的理想氣體，經歷絕熱壓縮后，氣體溫度升高，壓強增大，體積減小。（）答案：√10.一切自然過程都是不可逆的。（）答案：√四、填空題（每題1分，共10分）1.熱力學第零定律為定義溫度提供了（）。答案：實驗基礎2.理想氣體的內能是（）的單值函數。答案：溫度3.熱力學第一定律的表達式為（）。答案：ΔU=Q+W（注意這里與單項選擇題中表達式的形式不同，單項選擇題中規(guī)定了Q為吸收熱量，W為外界對氣體做功，這里是通用表達式，Q為系統(tǒng)吸收的熱量，W為系統(tǒng)對外界做的功，ΔU為內能變化）4.可逆過程是指（）的過程。答案：系統(tǒng)狀態(tài)變化過程中，若逆過程能重復正過程的每一狀態(tài)，而且不引起其他變化5.熱力學第二定律的克勞修斯表述是（）。答案：不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不產生其他影響6.熵是系統(tǒng)（）的量度。答案：無序程度7.一定質量的理想氣體，在絕熱過程中，其內能變化等于（）。答案：外界對氣體做的功8.理想氣體的等壓過程中，氣體體積與溫度成（）。答案：正比9.熱力學第三定律指出（）不可達到。答案：絕對零度10.在等溫過程中，理想氣體的內能（）。答案：不變五、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述熱力學第一定律的內容及意義。答案：內容：系統(tǒng)在過程中內能的增量等于系統(tǒng)吸收的熱量與外界對系統(tǒng)做功之和，表達式為ΔU=Q+W（通用表達式）。意義：它揭示了能量守恒與轉化的關系，表明能量可以在不同形式之間轉換，但總量保持不變，是解決熱現象中能量問題的基本規(guī)律。2.簡述熱力學第二定律的克勞修斯表述及含義。答案：表述：不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不產生其他影響。含義：熱量的傳遞具有方向性，自發(fā)的熱傳遞過程總是從高溫物體向低溫物體進行，若要使熱量從低溫物體傳到高溫物體，必然會引起其他變化，如消耗外界的功等。3.說明理想氣體等容過程的特點。答案：氣體體積保持不變。氣體不對外做功，W=0。根據熱力學第一定律ΔU=Q+W，此時Q=ΔU，即氣體吸收的熱量全部用于增加內能。氣體壓強與溫度成正比，p/T=常量。4.簡述熵增加原理及其應用。答案：原理：孤立系統(tǒng)的熵永不減少，即熵增加。應用：可用于判斷自然過程的方向性，如熱量傳遞、擴散等過程都是朝著熵增加的方向進行；也用于解釋一些宏觀現象的不可逆性，如氣體的自由膨脹等。六、論述題（每題5分，共20分）1.論述熱力學第一定律在實際熱現象中的應用。答案：在熱機工作中，燃料燃燒釋放熱量Q，推動活塞對外做功W，同時氣體內能發(fā)生變化ΔU，根據熱力學第一定律ΔU=Q+W，可分析熱機的能量轉化情況，計算熱機效率等。在制冷機中，外界做功W使熱量Q從低溫物體傳到高溫物體，同時制冷機工作物質內能變化ΔU，同樣依據該定律分析其能量關系，確定制冷系數等參數。在氣體的各種變化過程中，如等溫、等壓、等容、絕熱過程，通過該定律可計算氣體內能變化、吸收或放出的熱量以及對外做功情況等，從而深入理解氣體狀態(tài)變化規(guī)律。2.論述熱力學第二定律對自然科學和社會發(fā)展的影響。答案：在自然科學方面，它揭示了自然過程的方向性，如熱量傳遞、功熱轉換、氣體擴散等過程的不可逆性，完善了對自然現象的認識，推動了熱學、統(tǒng)計物理等學科的發(fā)展。在社會發(fā)展方面，它提醒人們要遵循自然規(guī)律，合理利用能源。例如在能源利用中，要認識到能量品質的差異和轉化的方向性，提高能源利用效率，避免能源的浪費。同時，在生態(tài)環(huán)境方面，它有助于理解生態(tài)系統(tǒng)中物質和能量流動的不可逆性，促進可持續(xù)發(fā)展理念的形成。3.論述理想氣體狀態(tài)方程與熱力學定律之間的聯系。答案：理想氣體狀態(tài)方程pV=νRT描述了理想氣體的壓強、體積、溫度和物質的量之間的關系。熱力學第零定律為溫度的定義提供基礎，從而使理想氣體狀態(tài)方程中的溫度有了明確意義。熱力學第一定律用于分析理想氣體在狀態(tài)變化過程中的內能變化、熱量傳遞和做功情況，結合理想氣體狀態(tài)方程可以進一步確定這些物理量之間的定量關系。熱力學第二定律指出的自然過程方向性，在理想氣體的某些變化過程中體現出來，如絕熱自由膨脹等，與理想氣體狀態(tài)方程一起用于分析這些過程的特點和規(guī)律。4.論述如何從微觀角度理解熱力學定