2025年大學物理學（熱學專題）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）答題要求：本卷共6題，每題5分。在每題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的。1.一定量的理想氣體，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2.一卡諾熱機在兩個不同溫度之間的熱源之間運轉(zhuǎn)，當工作物質(zhì)為氣體時，熱機效率為42%，若改用液體工作物質(zhì)，則其效率應當A.減少B.增加C.不變D.無法判斷3.對于理想氣體系統(tǒng)來說，在下列過程中，哪個過程系統(tǒng)所吸收的熱量、內(nèi)能的增量和對外做的功三者均為負值？A.等體降壓過程B.等溫膨脹過程C.絕熱膨脹過程D.等壓壓縮過程4.已知氫氣與氧氣的溫度相同，請判斷下列說法哪個正確？A.氧分子的質(zhì)量比氫分子大，所以氧氣的壓強一定大于氫氣的壓強B.氧分子的質(zhì)量比氫分子大，所以氧氣的密度一定大于氫氣的密度C.氧分子的質(zhì)量比氫分子大，所以氫分子的速率一定比氧分子的速率大D.氧分子的質(zhì)量比氫分子大，所以氫分子的方均根速率一定比氧分子的方均根速率大5.一定量理想氣體，從同一狀態(tài)開始使其體積由V1膨脹到2V1，分別經(jīng)歷以下三種過程：（1）等壓過程；（2）等溫過程；（3）絕熱過程。其中：A.氣體內(nèi)能增加的是等壓過程，氣體內(nèi)能減少的是等溫過程B.氣體內(nèi)能增加的是絕熱過程，氣體內(nèi)能減少的是等壓過程C.氣體內(nèi)能增加的是等壓過程，氣體內(nèi)能減少的是絕熱過程D.氣體內(nèi)能增加的是絕熱過程，氣體內(nèi)能減少的是等溫過程6.關于溫度的意義，有下列幾種說法：（1）氣體的溫度是分子平均平動動能的量度；（2）氣體的溫度是大量氣體分子熱運動的集體表現(xiàn)，具有統(tǒng)計意義；（3）溫度的高低反映物質(zhì)內(nèi)部分子運動劇烈程度的不同；（4）從微觀上看，氣體的溫度表示每個氣體分子的冷熱程度。這些說法中正確的是A.（1）、（2）、（4）B.（1）、（2）、（3）C.（2）、（3）、（4）D.（1）、（3）、（4）第II卷（非選擇題共70分）（一）填空題（共20分）（總共4題，每題5分，答題要求：把答案填在題中的橫線上）1.一氣缸內(nèi)貯有10mol的單原子分子理想氣體，在壓縮過程中外界做功209J，氣體升溫1K，此過程中氣體內(nèi)能增量為______，外界傳給氣體的熱量為______。（普適氣體常量R=8.31J/(mol·K)）2.一卡諾熱機的低溫熱源溫度為7℃，效率為40%，若要將其效率提高到50%，高溫熱源的溫度需提高______℃。3.已知一定量的理想氣體處于平衡態(tài)A時的壓強為pA=2.0×10^5Pa，體積為VA=1.0×10^-3m^3，當氣體經(jīng)某一過程到達平衡態(tài)B時，壓強變?yōu)閜B=1.0×10^5Pa，體積變?yōu)閂B=2.0×10^-3m^3。若該過程是等溫過程，則氣體對外做的功W=______；若該過程是絕熱過程，則氣體對外做的功W'=______。（ln2=0.693）4.一瓶氧氣和一瓶氫氣溫度相同。若氧氣分子的平均平動動能為E0，則氫氣分子的平均平動動能為______；氧氣分子的平均動能為______。（二）簡答題（共15分）（總共3題，每題5分，答題要求：簡要回答問題）w1簡述理想氣體狀態(tài)方程的應用條件及各物理量的含義。w2說明熱力學第二定律的兩種表述及其等價性。w3解釋什么是內(nèi)能，內(nèi)能與哪些因素有關？（三）計算題（共20分）（總共2題，每題10分，答題要求：寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟。只寫出最后答案的不能得分。有數(shù)值計算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位）1.1mol單原子分子理想氣體，經(jīng)歷如圖所示的循環(huán)過程，其中ab為等溫過程，bc為等壓過程，ca為等體過程。已知Ta=300K，Tb=600K，Vc=2V0，Vb=4V0。求：（1）循環(huán)過程中氣體對外做的凈功；（2）循環(huán)過程中氣體吸收的凈熱量。w2一定量的理想氣體，由狀態(tài)a經(jīng)b到c（如圖）。已知a、b、c三點的壓強、體積和溫度分別為pa=1.0×10^5Pa，Va=1.0×10^-3m^3，Ta=300K；pb=2.0×10^5Pa，Vb=1.0×10^-3m^3，Tb=600K；pc=2.0×10^5Pa，Vc=2.0×10^-3m^3。求：（1）從a到b過程中氣體吸收的熱量；（2）從b到c過程中氣體內(nèi)能的增量；（3）整個過程中氣體對外做的功。（四）材料分析題（共10分）（總共2題，每題5分，答題要求：閱讀材料，回答問題）材料：熱機是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置。常見的熱機有蒸汽機、內(nèi)燃機、汽輪機等。熱機的效率是熱機性能的重要指標之一?？ㄖZ熱機是一種理想的熱機，它在兩個溫度不同的熱源之間工作，其效率只與兩個熱源的溫度有關。w1根據(jù)材料，簡述熱機效率的重要性以及卡諾熱機效率的特點。w2結(jié)合材料及所學知識，分析提高熱機效率的途徑有哪些？（五）論述題（共5分）（答題要求：論述應觀點明確，論據(jù)充分，邏輯嚴謹，語言通順）論述熱學知識在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中的應用，并舉例說明。答案：第I卷：1.C2.C3.D4.D5.C6.B第II卷：（一）1.124.65J；-84.35J2.1403.138.6J；91.5J4.E0；(5/3)E0（二）w1：理想氣體狀態(tài)方程pV=νRT，應用條件是理想氣體。p是壓強，V是體積，ν是物質(zhì)的量，R是普適氣體常量，T是熱力學溫度。它描述了理想氣體在平衡態(tài)下各狀態(tài)參量之間的關系。w2：克勞修斯表述：熱量不能自動地從低溫物體傳向高溫物體。開爾文表述：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。兩種表述是等價的，都揭示了熱現(xiàn)象過程的方向性。w3：內(nèi)能是物體內(nèi)所有分子的動能和分子間相互作用勢能的總和。與分子的熱運動情況（溫度）、分子間相互作用（體積）以及物質(zhì)的量有關。（三）1.（1）W=1.732×10^3J（2）Q=1.732×10^3J2.（1）Qab=3.75×10^3J（2）ΔEbc=1.25×10^3J（3）W=2.5×10^2J（四）w1：熱機效率反映了熱機將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的能力，是熱機性能的關鍵指標?？ㄖZ熱機效率只與兩熱源溫度有關，在相同溫差下效率最高，為η=1-T2/T1。w2：提高熱機效率途徑：提高高溫熱源溫度，降低低溫熱源