2025年大學(xué)物理（熱學(xué)應(yīng)用實例）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：本題共10小題，每小題3分。在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的。1.關(guān)于理想氣體的內(nèi)能，下列說法正確的是（）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)答案：A2.一定質(zhì)量的理想氣體，在等溫膨脹過程中（）A.氣體對外做功，內(nèi)能不變B.氣體對外做功，內(nèi)能增加C.外界對氣體做功，內(nèi)能不變D.外界對氣體做功，內(nèi)能增加答案：A3.如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)絕熱過程到狀態(tài)B，再經(jīng)等容過程到狀態(tài)C，則從A到C的過程中（）A.氣體內(nèi)能增加B.氣體內(nèi)能減少C.氣體吸收熱量D.氣體放出熱量答案：A4.下列現(xiàn)象中，與熱傳遞有關(guān)的是（）A.冬天手冷時，雙手相互搓擦?xí)虰.鋸木頭時鋸條發(fā)熱C.鉆木取火D.用熱水袋取暖答案：D5.關(guān)于熱機的效率，下列說法正確的是（）A.熱機的效率可以達到100%B.熱機的效率越高，在做功同樣多的情況下消耗的燃料越少C.熱機的效率越高，說明熱機做功越快D.熱機的效率與熱機的功率有關(guān)答案：B6.一定質(zhì)量的理想氣體，經(jīng)歷如圖所示的循環(huán)過程，其中ab、cd是等溫過程，bc、da是絕熱過程，則（）A.ab過程氣體吸熱B.bc過程氣體內(nèi)能增加C.cd過程氣體放熱D.da過程氣體內(nèi)能減少答案：A7.下列關(guān)于熱力學(xué)第二定律的說法正確的是（）A.熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體B.不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化C.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D.以上說法都正確答案：D8.一定質(zhì)量的理想氣體，在壓強不變的情況下，體積增大，則（）A.氣體分子的平均動能增大B.氣體分子的平均動能減小C.氣體分子的平均動能不變D.無法確定氣體分子平均動能的變化答案：A9.如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a沿直線變化到狀態(tài)b，在此過程中，氣體的壓強（）A.不斷增大B.不斷減小C.先增大后減小D.先減小后增大答案：A10.關(guān)于布朗運動，下列說法正確的是（）A.布朗運動就是分子的運動B.布朗運動是液體分子無規(guī)則運動的反映C.布朗運動的激烈程度與溫度無關(guān)D.布朗運動是固體顆粒分子的無規(guī)則運動答案：B第II卷（非選擇題共70分）（一）填空題（共20分）答題要求：本題共5小題，每空2分。1.1mol理想氣體在溫度為T時的內(nèi)能公式為$E=$______。答案：$\frac{3}{2}RT$2.一定質(zhì)量的理想氣體，在等壓膨脹過程中，氣體對外做功$W=$______。答案：$p(V_2-V_1)$3.熱力學(xué)第一定律的表達式為$\DeltaU=$______。答案：$Q+W$4.已知某理想氣體的摩爾質(zhì)量為$M$，密度為$\rho$，則該氣體分子的平均間距為$d=$______。答案：$\sqrt[3]{\frac{M}{\rhoN_A}}$5.如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B，已知該過程中氣體吸收熱量$Q=300J$，則氣體內(nèi)能的變化$\DeltaU=$______J。答案：200（二）簡答題（共15分）答題要求：簡要回答下列問題。1.簡述理想氣體的狀態(tài)方程，并說明其適用條件。答案：理想氣體狀態(tài)方程為$pV=\frac{m}{M}RT$，其中$p$為壓強，$V$為體積，$m$為質(zhì)量，$M$為摩爾質(zhì)量，$R$為普適氣體常量，$T$為熱力學(xué)溫度。適用條件是理想氣體，即分子間無相互作用力，分子本身無體積的氣體。2.說明熱傳遞的三種方式及其特點。答案：熱傳遞有三種方式：傳導(dǎo)、對流和輻射。傳導(dǎo)是熱量通過直接接觸的物體從高溫部分傳遞到低溫部分；對流是流體中溫度不同的各部分之間發(fā)生相對位移時所引起的熱量傳遞；輻射是物體通過電磁波來傳遞能量，不需要介質(zhì)。3.簡述熱力學(xué)第二定律的兩種表述，并說明它們的等效性。答案：熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。開爾文表述：不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化。兩種表述是等效的，可以相互推導(dǎo)。（三）計算題（共20分）答題要求：寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟。只寫出最后答案的不能得分。有數(shù)值計算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位。1.一定質(zhì)量的理想氣體，初始狀態(tài)壓強$p_1=1.0×10^5Pa$，體積$V_1=2.0×10^{-3}m^3$，溫度$T_1=300K$。經(jīng)過一個等溫過程，體積變?yōu)?V_2=4.0×10^{-3}m^3$。求：（1）氣體在等溫過程中對外做的功；（2）氣體在等溫過程中吸收的熱量。答案：（1）等溫過程中氣體對外做功$W=p_1V_1\ln\frac{V_2}{V_1}=1.0×10^5×2.0×10^{-3}\ln\frac{4.0×10^{-3}}{2.0×10^{-3}}=138.6J$。（2）等溫過程$\DeltaU=0$，根據(jù)熱力學(xué)第一定律$Q=W=138.6J$。2.一定質(zhì)量的理想氣體，從狀態(tài)A出發(fā)，經(jīng)絕熱過程到狀態(tài)B，再經(jīng)等容過程到狀態(tài)C，最后經(jīng)等溫過程回到狀態(tài)A。已知狀態(tài)A的壓強$p_A=1.0×10^5Pa$，體積$V_A=2.0×10^{-3}m^3$，溫度$T_A=300K$。狀態(tài)B的體積$V_B=4.0×10^{-3}m^3$。求：（1）狀態(tài)B的溫度$T_B$；（2）狀態(tài)C的壓強$p_C$。答案：（1）絕熱過程$p_AV_A^{\gamma}=p_BV_B^{\gamma}$，對于理想氣體$\gamma=\frac{C_p}{C_V}=\frac{5}{3}$，$T_B=T_A(\frac{V_A}{V_B})^{\gamma-1}=300(\frac{2.0×10^{-3}}{4.0×10^{-3}})^{\frac{5}{3}-1}=189K$。（2）等容過程$\frac{p_B}{T_B}=\frac{p_C}{T_C}$，等溫過程$T_C=T_A=300K$，$p_C=p_B\frac{T_C}{T_B}=p_A(\frac{V_A}{V_B})^{\gamma}\frac{T_C}{T_B}=1.0×10^5(\frac{2.0×10^{-3}}{4.0×10^{-3}})^{\frac{5}{3}}\frac{300}{189}=3.16×10^4Pa$。（四）材料分析題（共10分）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。熱機在現(xiàn)代社會中有著廣泛的應(yīng)用，如汽車、火車、輪船、飛機等交通工具都離不開熱機。熱機的效率是衡量熱機性能的重要指標(biāo)。提高熱機效率可以節(jié)約能源、減少環(huán)境污染。問題：1.請分析熱機效率不高的原因。答案：熱機效率不高的原因主要有：廢氣帶走大量熱量；熱機部件之間存在摩擦，消耗能量；燃料燃燒不完全等。2.為了提高熱機效率，可以采取哪些措施？答案：提高熱機效率的措施有：使燃料充分燃燒；減少廢氣帶走的熱量，如采用先進的散熱裝置；減少熱機部件間的摩擦，如使用高質(zhì)量的潤滑劑等。（五）論述題（共5分）答題要求：論述熱學(xué)在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用，并舉