2025年大學物理學（熱學）試題及答案

（考試時間：90分鐘滿分100分）班級______姓名______第I卷（選擇題，共30分）每題給出的四個選項中，只有一個選項是符合題目要求的。請將正確選項填寫在括號內(nèi)。(總共6題，每題5分)1.關(guān)于理想氣體的內(nèi)能，以下說法正確的是（）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)能與壓強有關(guān)D.理想氣體的內(nèi)能與物質(zhì)的量有關(guān)2.一定量的理想氣體，經(jīng)歷某過程后，溫度升高了。則根據(jù)熱力學定律可以斷定（）A.該理想氣體系統(tǒng)在此過程中吸了熱B.在此過程中外界對該理想氣體系統(tǒng)做了正功C.該理想氣體系統(tǒng)的內(nèi)能增加了D.在此過程中理想氣體系統(tǒng)既從外界吸了熱，又對外做了正功3.對于理想氣體的等溫過程，以下表述正確的是（）A.氣體的壓強與體積成正比B.氣體的內(nèi)能不變C.氣體吸收的熱量全部用于對外做功D.氣體的熵不變4.一卡諾熱機在兩個不同溫度之間的熱源之間工作，當高溫熱源溫度升高，低溫熱源溫度不變時，熱機的效率會（）A.增大B.減小C.不變D.無法確定5.以下關(guān)于熱力學第二定律的說法，錯誤的是（）A.熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體B.一切自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行C.不可能從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響D.功可以全部轉(zhuǎn)化為熱，但熱不能全部轉(zhuǎn)化為功6.對于理想氣體的絕熱過程，以下說法正確的是（）A.氣體與外界沒有熱量交換B.氣體的內(nèi)能不變C.氣體的壓強與體積的乘積不變D.氣體的熵不變第II卷（非選擇題，共70分）7.簡答題：簡述理想氣體狀態(tài)方程的推導過程及各物理量的含義。(10分)8.計算題：一定量的理想氣體，初始狀態(tài)壓強為\(p_1=1.0×10^5Pa\)，體積為\(V_1=2.0×10^{-3}m^3\)，溫度為\(T_1=300K\)。經(jīng)過一個等溫過程，體積膨脹到\(V_2=4.0×10^{-3}m^3\)。求：（1）該過程中氣體對外做的功；（2）氣體吸收的熱量。(15分)9.論述題：試論述熱力學第一定律與能量守恒定律的關(guān)系，并舉例說明能量守恒定律在實際中的應用。(15分)10.材料分析題：材料：有兩個相同的容器，分別裝有相同質(zhì)量的氫氣和氧氣，但它們的溫度不同。已知氫氣的摩爾質(zhì)量為\(2g/mol\)，氧氣的摩爾質(zhì)量為\(32g/mol\)。問題：（1）分別計算氫氣和氧氣的分子數(shù)之比；（2）比較它們的內(nèi)能大小，并說明理由。(15分)11.綜合應用題：一臺冰箱工作時，其冷凍室溫度為\(-10℃\)，室溫為\(25℃\)。若冰箱每小時從冷凍室吸收熱量\(3.6×10^4J\)，求這臺冰箱每小時消耗的電能。假設(shè)冰箱為理想卡諾制冷機。(15分)答案：1.A2.C3.BC4.A5.D6.A7.理想氣體狀態(tài)方程推導：從理想氣體微觀模型出發(fā)，考慮分子的熱運動和碰撞等。由氣體動理論基本假設(shè)，通過統(tǒng)計平均等方法得出\(pV=νRT\)。其中\(zhòng)(p\)是壓強，反映氣體分子對器壁的碰撞作用；\(V\)是體積，氣體分子活動的空間；\(ν\)是物質(zhì)的量，代表氣體分子數(shù)量的多少；\(R\)是普適氣體常量；\(T\)是熱力學溫度，體現(xiàn)分子熱運動的劇烈程度。8.（1）等溫過程氣體對外做功\(W=νRT\ln\frac{V_2}{V_1}\)，由理想氣體狀態(tài)方程\(p_1V_1=νRT_1\)可得\(ν=\frac{p_1V_1}{RT_1}\)，代入\(W\)公式計算得\(W=1.0×10^5×2.0×10^{-3}\ln\frac{4.0×10^{-3}}{2.0×10^{-3}}J=1386J\)。（2）等溫過程內(nèi)能不變\(\DeltaU=0\)，根據(jù)熱力學第一定律\(Q=W=1386J\)。9.熱力學第一定律是能量守恒定律在熱現(xiàn)象中的具體體現(xiàn)。能量守恒定律表明能量不會憑空產(chǎn)生或消失，只是從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。熱力學第一定律\(\DeltaU=Q+W\)，系統(tǒng)內(nèi)能變化等于吸收熱量與外界做功之和，體現(xiàn)了能量在熱過程中的守恒。實際應用如火力發(fā)電，燃料化學能轉(zhuǎn)化為電能，能量在各環(huán)節(jié)守恒。10.（1）設(shè)質(zhì)量都為\(m\)，氫氣分子數(shù)\(N_1=\frac{m}{M_1}N_A\)，氧氣分子數(shù)\(N_2=\frac{m}{M_2}N_A\)，則分子數(shù)之比\(\frac{N_1}{N_2}=\frac{M_2}{M_1}=\frac{32}{2}=16\)。（2）內(nèi)能\(U=\frac{i}{2}νRT\)，氫氣和氧氣溫度不同，氫氣自由度\(i=5\)，氧氣\(i=5\)，物質(zhì)的量\(ν\)不同，氫氣物質(zhì)的量大于氧氣，且溫度未知，無法確定內(nèi)能大小。11.卡諾制冷機系數(shù)\(e=\frac{T_2}{T_1-T_2}\)，\(T_1=298K\)，\(T_2=263K\)，\(e=\frac{263}{298-263}=\frac{263}{35}\)