2025年大學(xué)物理學(xué)（熱學(xué)研究）試題及答案

（考試時(shí)間：90分鐘滿分100分）班級(jí)______姓名______第I卷（選擇題共40分）答題要求：本大題共10小題，每小題4分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的。1.關(guān)于理想氣體的內(nèi)能，下列說(shuō)法正確的是（）A.理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)B.理想氣體的內(nèi)能與體積有關(guān)C.理想氣體的內(nèi)能與壓強(qiáng)有關(guān)D.理想氣體的內(nèi)能與物質(zhì)的量有關(guān)答案：A2.一定量的理想氣體，經(jīng)歷某過(guò)程后，溫度升高了。則根據(jù)熱力學(xué)定律可以斷定（）A.該理想氣體系統(tǒng)在此過(guò)程中吸了熱B.在此過(guò)程中外界對(duì)該理想氣體系統(tǒng)做了正功C.該理想氣體系統(tǒng)的內(nèi)能增加了D.在此過(guò)程中理想氣體系統(tǒng)既從外界吸了熱，又對(duì)外做了正功答案：C3.對(duì)于一定量的理想氣體，下列過(guò)程中可能發(fā)生的是（）A.對(duì)外做功且放出熱量B.吸收熱量且體積減小C.溫度不變且壓強(qiáng)和體積同時(shí)增大D.壓強(qiáng)增大且體積減小答案：ABD4.一卡諾熱機(jī)在兩個(gè)不同溫度之間的熱源之間工作，當(dāng)工作物質(zhì)為氣體時(shí)，熱機(jī)效率為40%，若改用液體工作物質(zhì)，則其效率應(yīng)當(dāng)（）A.不變B.減少C.增加D.無(wú)法判斷答案：A5.關(guān)于熵的說(shuō)法，正確的是（）A.熵是系統(tǒng)無(wú)序程度的量度B.熵增加的過(guò)程必定是自發(fā)過(guò)程C.熵值較大代表著較為有序的狀態(tài)D.絕熱系統(tǒng)的熵永遠(yuǎn)不變答案：A6.理想氣體等溫膨脹過(guò)程中，氣體的熵變（）A.大于零B.小于零C.等于零D.無(wú)法確定答案：A7.已知某理想氣體的摩爾定容熱容為\(C_V\)，則該氣體在等壓過(guò)程中吸收的熱量\(Q_p\)與等容過(guò)程中吸收的熱量\(Q_V\)的關(guān)系為（）A.\(Q_p=Q_V\)B.\(Q_p>Q_V\)C.\(Q_p<Q_V\)D.無(wú)法確定答案：B8.一定量的理想氣體，從同一初態(tài)分別經(jīng)歷等溫可逆膨脹、絕熱可逆膨脹到具有相同壓力的終態(tài)，終態(tài)體積分別為\(V_1\)、\(V_2\)，則（）A.\(V_1>V_2\)B.\(V_1<V_2\)C.\(V_1=V_2\)D.無(wú)法確定答案：A9.關(guān)于熱力學(xué)第二定律的表述，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A.不可能從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其他影響B(tài).一切自然過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性增大的方向進(jìn)行C.熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體D.只要對(duì)制冷機(jī)不斷供能，它可以把熱量從低溫物體傳到高溫物體，而不產(chǎn)生其他影響答案：D10.一絕熱容器被隔板分成兩半，一半是真空，另一半是理想氣體。若把隔板抽出，氣體將進(jìn)行自由膨脹，達(dá)到平衡后（）A.溫度不變，熵增加B.溫度升高，熵增加C.溫度降低，熵增加D.溫度不變，熵不變答案：A第II卷（非選擇題共60分）（一）填空題（共15分）答題要求：本大題共5小題，每小題3分。把答案填在題中的橫線上。1.理想氣體狀態(tài)方程\(pV=\nuRT\)中，\(R\)稱為普適氣體常量，其值為_(kāi)_____。答案：8.31J/(mol·K)2.一定量的理想氣體，從狀態(tài)\(A\)經(jīng)等壓過(guò)程變化到狀態(tài)\(B\)，在此過(guò)程中，氣體對(duì)外做功\(W=200J\)，則該過(guò)程中氣體吸收的熱量\(Q=\)______。答案：\(Q=200J\)（等壓過(guò)程\(Q_p=\nuC_p(T_B-T_A)\)，\(W=p(V_B-V_A)=\nuR(T_B-T_A)\)，\(C_p-C_V=R\)，\(Q_p=W+\DeltaU\)，理想氣體內(nèi)能只與溫度有關(guān)，等壓膨脹\(\DeltaU>0\)，\(W=200J\)，\(Q=200J\)）3.某卡諾熱機(jī)的低溫?zé)嵩礈囟葹閈(27^{\circ}C\)，高溫?zé)嵩礈囟葹閈(127^{\circ}C\)，則其效率\(\eta=\)______。答案：25%4.一孤立系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生某過(guò)程，系統(tǒng)的熵變______。（填“大于零”“小于零”或“等于零”）答案：等于零5.一定量的理想氣體，其內(nèi)能\(E\)與溫度\(T\)的關(guān)系為\(E=\)______。答案：\(\frac{i}{2}\nuRT\)（\(i\)為氣體分子的自由度，\(\nu\)為物質(zhì)?量）（二）簡(jiǎn)答題（共15分）1.簡(jiǎn)述理想氣體的微觀模型。答：理想氣體的微觀模型主要有以下幾點(diǎn)：氣體分子視為質(zhì)點(diǎn)，分子間除碰撞瞬間外無(wú)相互作用力；分子的運(yùn)動(dòng)遵循經(jīng)典牛頓力學(xué)；分子之間及分子與器壁的碰撞是完全彈性碰撞。這種模型忽略了分子的大小和分子間的復(fù)雜相互作用，使得對(duì)氣體宏觀性質(zhì)的研究得以簡(jiǎn)化。2.說(shuō)明熱力學(xué)第一定律的內(nèi)容，并寫(xiě)出其數(shù)學(xué)表達(dá)式。答：熱力學(xué)第一定律指出，自然界一切物體都具有能量，能量有各種不同形式，能夠從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，從一個(gè)物體傳遞到另一個(gè)物體，在轉(zhuǎn)化和傳遞過(guò)程中能量的總量保持不變。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為\(Q=\DeltaU+W\)，其中\(zhòng)(Q\)表示系統(tǒng)吸收的熱量，\(\DeltaU\)表示系統(tǒng)內(nèi)能的增量，\(W\)表示系統(tǒng)對(duì)外界所做的功。3.什么是可逆過(guò)程？舉例說(shuō)明自然界中哪些過(guò)程是可逆過(guò)程？哪些過(guò)程是不可逆過(guò)程？答：可逆過(guò)程是指如果一個(gè)過(guò)程發(fā)生后，能使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原（即系統(tǒng)回到原來(lái)狀態(tài)，同時(shí)消除原過(guò)程對(duì)外界引起的一切影響）的過(guò)程。例如，無(wú)摩擦的準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程可近似看作可逆過(guò)程。而自然界中常見(jiàn)的不可逆過(guò)程有：熱傳導(dǎo)過(guò)程，熱量自發(fā)地從高溫物體傳向低溫物體后不能自發(fā)地反向傳遞；氣體的自由膨脹過(guò)程，氣體膨脹后不能自發(fā)地收縮回到原來(lái)狀態(tài)；功熱轉(zhuǎn)換過(guò)程，機(jī)械能完全轉(zhuǎn)化為熱能后不能自發(fā)地全部再轉(zhuǎn)化為機(jī)械能等。（三）計(jì)算題（共15分）1.一定量的理想氣體，初態(tài)壓強(qiáng)\(p_1=1.0×10^5Pa\)，體積\(V_1=2.0×10^{-3}m^3\)，溫度\(T_1=300K\)。先經(jīng)等壓膨脹至體積\(V_2=4.0×10^{-3}m^3\)，再經(jīng)等容降壓至壓強(qiáng)\(p_2=0.5×10^5Pa\)。求整個(gè)過(guò)程中氣體吸收的熱量、對(duì)外做的功以及內(nèi)能的變化。（已知該氣體的摩爾定容熱容\(C_V=\frac{3}{2}R\)）解：等壓膨脹過(guò)程：\(W_1=p_1(V_2-V_1)=1.0×10^5×(4.0×10^{-3}-2.0×10^{-3})=200J\)\(T_2=\frac{V_2}{V_1}T_1=\frac{4.0×10^{-3}}{2.0×10^{-3}}×300=600K\)\(\DeltaU_1=\nuC_V(T_2-T_1)\)由\(p_1V_1=\nuRT_1\)可得\(\nu=\frac{p_1V_1}{RT_1}\)\(Q_1=\nuC_p(T_2-T_1)=\nu(C_V+R)(T_2-T_1)\)等容降壓過(guò)程：\(W_=0\)\(T_3=\frac{p_3}{p_2}T_2=\frac{0.5×10^5}{1.0×10^5}×600=300K\)\(\DeltaU_2=\nuC_V(T_3-T_2)=\nuC_V(300-600)=-\frac{3}{2}\nuRT_1\)\(Q_2=\nuC_V(T_3-T_2)\)整個(gè)過(guò)程：\(W=W_1+W_2=200J\)\(\DeltaU=\DeltaU_1+\DeltaU_2=0\)\(Q=Q_1+Q_2=W=200J\)2.一卡諾制冷機(jī)，從溫度為\(-10^{\circ}C\)的低溫?zé)嵩次崃浚驕囟葹閈(27^{\circ}C\)的高溫?zé)嵩捶懦鰺崃?。若制冷機(jī)每分鐘從低溫?zé)嵩次(2.0×10^3J\)的熱量，求：（1）制冷機(jī)的制冷系數(shù)；（2）每分鐘外界對(duì)制冷機(jī)做的功；（3）每分鐘向高溫?zé)嵩捶懦龅臒崃?。解：?）制冷系數(shù)\(e=\frac{T_2}{T_1-T_2}\)，\(T_1=27+273=300K\)，\(T_2=-10+273=263K\)\(e=\frac{T_2}{T_1-T_2}=\frac{263}{300-263}\approx7.11\)（2）由\(e=\frac{Q_2}{W}\)可得\(W=\frac{Q_2}{e}=\frac{2.0×10^3}{7.11}\approx281J\)（3）\(Q_1=Q_2+W=2.0×10^3+281=2281J\)（四）材料分析題（共10分）材料：在熱學(xué)研究中，人們發(fā)現(xiàn)氣體的性質(zhì)與分子的運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)。例如，理想氣體狀態(tài)方程\(pV=\nuRT\)描述了氣體壓強(qiáng)、體積、物質(zhì)的量和溫度之間的關(guān)系。通過(guò)對(duì)分子運(yùn)動(dòng)的研究，我們可以理解氣體的許多宏觀現(xiàn)象，如氣體的壓強(qiáng)是大量分子對(duì)器壁頻繁碰撞的結(jié)果。同時(shí)，熱傳遞過(guò)程也涉及分子的能量交換。問(wèn)題：1.根據(jù)材料，說(shuō)明分子運(yùn)動(dòng)如何影響氣體的壓強(qiáng)。答：氣體的壓強(qiáng)是大量分子對(duì)器壁頻繁碰撞的結(jié)果。分子不斷地撞擊器壁，對(duì)器壁產(chǎn)生持續(xù)的壓力，從而形成了氣體的壓強(qiáng)。分子運(yùn)動(dòng)的劇烈程度、分子的數(shù)量等因素都會(huì)影響碰撞的頻率和力度，進(jìn)而影響氣體的壓強(qiáng)。例如，溫度升高時(shí)分子運(yùn)動(dòng)加劇，碰撞頻率和力度增大，壓強(qiáng)也會(huì)增大；在體積不變時(shí)，增加氣體的物質(zhì)的量，分子數(shù)量增多，碰撞次數(shù)增加，壓強(qiáng)也會(huì)升高。2.結(jié)合材料，闡述熱傳遞過(guò)程與分子運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。答：熱傳遞過(guò)程涉及分子的能量交換。當(dāng)兩個(gè)溫度不同的物體接觸時(shí)，分子的熱運(yùn)動(dòng)使得能量從高溫物體的分子向低溫物體的分子傳遞。高溫物體分子平均動(dòng)能大，運(yùn)動(dòng)劇烈，通過(guò)碰撞等方式將能量傳遞給低溫物體分子，使低溫物體分子動(dòng)能增加，溫度升高，直到兩物體達(dá)到熱平衡，分子的能量交換達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。（五）論述題（共10分）論述熱力學(xué)第二定律在實(shí)際生活中的應(yīng)用及意義。答：熱力學(xué)第二定律在實(shí)際生活中有廣泛應(yīng)用。例如，在熱機(jī)中，它限制了熱機(jī)效率不能達(dá)到100%，這使得我們