2025年大學大一（工程力學基礎）熱力學基礎試題及解析

（考試時間：90分鐘滿分100分）班級______姓名______第I卷（選擇題共30分）（總共6題，每題5分，每題只有一個正確答案，請將正確答案的序號填在括號內(nèi)）1.熱力學第零定律主要說明了（）。A.能量守恒B.熱平衡的傳遞性C.內(nèi)能的變化D.功與熱的轉(zhuǎn)換2.理想氣體的內(nèi)能是（）的函數(shù)。A.壓力和體積B.溫度和比容C.溫度和壓力D.只與溫度3.工質(zhì)經(jīng)歷一個可逆定溫過程，其熵變（）。A.大于零B.小于零C.等于零D.不確定4.對于絕熱節(jié)流過程，下列說法錯誤的是（）。A.節(jié)流前后焓值相等B.節(jié)流過程是不可逆過程C.節(jié)流后溫度一定降低D.節(jié)流前后熵增大5.1kg某種理想氣體，其氣體常數(shù)R=287J/(kg·K)，則該氣體的摩爾質(zhì)量M為（）。A.28.7g/molB.287g/molC.2870g/molD.無法確定6.下列哪個過程是可逆過程（）。A.摩擦生熱B.氣體自由膨脹C.等溫壓縮D.電阻發(fā)熱第II卷（非選擇題共70分）7.（10分）簡述熱力學第一定律的內(nèi)容，并寫出其數(shù)學表達式。8.（15分）有一閉口系統(tǒng)，從狀態(tài)1經(jīng)歷一可逆過程變化到狀態(tài)2，又從狀態(tài)2經(jīng)過一不可逆過程回到狀態(tài)1。已知系統(tǒng)從狀態(tài)1到狀態(tài)2吸入熱量Q1=50kJ，對外做功W1=20kJ，從狀態(tài)2回到狀態(tài)1外界對系統(tǒng)做功W2=10kJ。求：（1）系統(tǒng)從狀態(tài)2回到狀態(tài)1的吸熱量Q2；（2）整個循環(huán)中系統(tǒng)與外界交換的凈熱量Qnet；（3）整個循環(huán)中系統(tǒng)的熵變ΔS。9.（15分）一剛性絕熱容器，用隔板分成A、B兩部分。A中裝有1kg、壓力為1MPa、溫度為300K的空氣；B中裝有2kg、壓力為0.5MPa、溫度為300K的空氣?，F(xiàn)將隔板抽去，求容器內(nèi)最終的平衡狀態(tài)參數(shù)。已知空氣的比熱容取定值，cp=1.004kJ/(kg·K)，cv=0.717kJ/(kg·K)。10.（15分）材料：一定量的理想氣體經(jīng)歷如圖所示的循環(huán)過程，ab為等溫過程，bc為等壓過程，ca為等容過程。已知狀態(tài)a的參數(shù)為pa=2MPa，va=0.01m3，Ta=600K，狀態(tài)b的體積vb=0.02m3。問題：（1）求氣體在狀態(tài)b的壓力pb；（2）計算ab過程中氣體吸收的熱量Qab；（3）計算bc過程中氣體對外做的功Wbc；（4）計算ca過程中氣體內(nèi)能的變化ΔUca。11.（15分）材料：某熱機工作于溫度為1200K的高溫熱源和溫度為300K的低溫熱源之間，從高溫熱源吸收熱量QH=1000kJ。問題：（1）若該熱機為可逆熱機，求熱機對外做的功W和向低溫熱源放出的熱量QL；（2）若該熱機的實際效率為30%，求熱機對外做的功W'和向低溫熱源放出的熱量QL'。答案：1.B2.D3.D4.C5.A6.C7.熱力學第一定律內(nèi)容：熱可以轉(zhuǎn)變?yōu)楣Γσ部梢赞D(zhuǎn)變?yōu)闊?；消耗一定的功必產(chǎn)生一定的熱，一定的熱消失時，也必產(chǎn)生一定的功。數(shù)學表達式：ΔU=Q-W。8.（1）根據(jù)熱力學第一定律，從狀態(tài)2回到狀態(tài)1有：U2-U1=Q2+W2，而從狀態(tài)1到狀態(tài)2有：U2-U1=Q1-W1，所以Q2=(U1-U2)-W2=-(Q1-W1)-W2=-(50-20)-10=-40kJ。（2）Qnet=Q1+Q2=50-40=10kJ。（3）整個循環(huán)中系統(tǒng)回到初始狀態(tài)，熵變ΔS=0。9.混合前A部分空氣的內(nèi)能UA=mAcvTA=1×0.717×300=215.1kJ，B部分空氣的內(nèi)能UB=mBcvTB=2×0.717×300=430.2kJ?；旌虾罂傎|(zhì)量m=mA+mB=3kg，設最終溫度為T，根據(jù)能量守恒有：UA+UB=(mA+mB)cvT，即215.1+430.2=3×0.717×T，解得T=300K。壓力p=(mARTA+mBRTB)/(VA+VB)，VA=mARTA/pA=1×0.287×300/1000=0.0861m3，VB=mBRTB/pB=2×0.287×300/500=0.3444m3，p=(1×0.287×300+2×0.287×300)/(0.0861+0.3444)=0.6MPa。10.（1）ab為等溫過程，根據(jù)pava=pbvb，pb=pava/vb=2×0.01/0.02=1MPa。（2）Qab=Wab=mRTaln(vb/va)，m=pava/RTa=2×10^6×0.01/(8.314×600)=4.01kg，Qab=4.01×8.314×600×ln(0.02/0.01)=18.4kJ。（3）bc為等壓過程，Wbc=pb(vc-vb)，vc=va=0.01m3，Wbc=1×10^6×(0.01-0.02)=-10kJ。（4）ca為等容過程，ΔUca=mcv(Ta-Tc)，Tc=Tb=Ta，所以ΔUca=0。11.（1）可逆熱機效率η=1-TL/TH=1-300/1200=0.75，W=ηQH=0.75×1000