2025年大學熱能與動力工程（熱力學）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40分）答題要求：本大題共20小題，每小題2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。請將正確答案的序號填在題后的括號內。1.熱力學第零定律主要說明了什么？（）A.熱平衡的傳遞性B.能量守恒C.熵增原理D.內能的變化答案：A2.理想氣體的狀態(tài)方程是（）A.pV=RTB.pV=nRTC.pV=mRTD.pV=MrT答案：B3.以下哪個過程是可逆過程？（）A.摩擦生熱B.氣體自由膨脹C.等溫可逆壓縮D.熱量從高溫物體向低溫物體的自發(fā)傳遞答案：C4.對于一個封閉系統(tǒng)，下列說法正確的是（）A.系統(tǒng)與外界無物質交換B.系統(tǒng)與外界無能量交換C.系統(tǒng)與外界既無物質交換也無能量交換D.系統(tǒng)與外界只有能量交換答案：A5.熵增加原理適用于（）A.孤立系統(tǒng)B.封閉系統(tǒng)C.開放系統(tǒng)D.任何系統(tǒng)答案：A6.卡諾循環(huán)的效率只與什么有關？（）A.高溫熱源溫度B.低溫熱源溫度C.高溫熱源和低溫熱源溫度D.循環(huán)過程答案：C7.內能是（）A.狀態(tài)量B.過程量C.與過程有關的量D.與路徑有關的量答案：A8.下列哪種情況屬于準靜態(tài)過程？（）A.快速壓縮氣體B.氣體緩慢膨脹C.系統(tǒng)經(jīng)歷劇烈化學反應D.熱量瞬間傳遞答案：B9.熱力學第一定律的數(shù)學表達式為（）A.Q=WB.ΔU=Q+WC.ΔU=Q-WD.W=Q+ΔU答案：B10.理想氣體等溫膨脹過程中，下列說法正確的是（）A.內能增加B.對外做功C.吸收熱量小于對外做功D.溫度降低答案：B11.對于定容過程，W=（）A.0B.pΔVC.-pΔVD.nRTln(V2/V1)答案：A12.克勞修斯不等式為（）A.∮(δQ/T)≤0B.∮(δQ/T)≥0C.∮(δQ/T)=0D.∮(δQ/T)>0答案：A13.1mol理想氣體從同一初態(tài)出發(fā)，分別經(jīng)過等溫可逆膨脹和絕熱可逆膨脹，終態(tài)壓力相同，則（）A.等溫膨脹體積大B.絕熱膨脹體積大C.兩者體積一樣大D.無法比較答案：A14.實際氣體在什么情況下可近似看作理想氣體？（）A.高溫高壓B.高溫低壓C.低溫高壓D.低溫低壓答案：B15.當系統(tǒng)經(jīng)歷一個循環(huán)過程后，其（）A.內能增加B.對外做功C.吸收熱量D.內能不變答案：D16.對于理想氣體的絕熱自由膨脹過程，下列說法正確的是（）A.ΔU=0，W=0B.ΔU=0，W>0C.ΔU>0，W=0D.ΔU<0，W=0答案：A17.下列哪個物理量不是狀態(tài)函數(shù)？（）A.內能B.熱量C.溫度D.壓力答案：B18.可逆熱機的效率與不可逆熱機的效率相比（）A.可逆熱機效率高B.不可逆熱機效率高C.兩者效率相同D.無法確定答案：A19.一定量的理想氣體在等壓過程中溫度升高，體積將（）A.增大B.減小C.不變D.先增大后減小答案：A20.對于一個絕熱系統(tǒng)，其熵變（）A.大于零B.小于零C.等于零D.可能大于零也可能等于零答案：D第II卷（非選擇題共60分）（一）填空題（共10分）答題要求：本大題共5小題，每小題2分。請將正確答案填在題中的橫線上。1.熱力學系統(tǒng)的平衡態(tài)是指系統(tǒng)的______、______和______都不隨時間變化的狀態(tài)。答案：宏觀性質、化學組成、溫度2.卡諾循環(huán)由兩個______過程和兩個______過程組成。答案：等溫、絕熱3.理想氣體的內能是溫度的______函數(shù)。答案：單值4.熵是系統(tǒng)______的量度。答案：無序程度5.對于一個簡單可壓縮系統(tǒng)，獨立的狀態(tài)參數(shù)有______個。答案：2（二）簡答題（共15分）答題要求：簡要回答下列問題，答案要準確、精煉。1.簡述熱力學第二定律的兩種表述。答案：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取熱量，使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其他影響。2.什么是準靜態(tài)過程？它有什么特點？答案：準靜態(tài)過程是指過程進行得足夠緩慢，使系統(tǒng)在過程中隨時都無限接近平衡態(tài)的過程。特點：在準靜態(tài)過程中，系統(tǒng)的狀態(tài)變化可用狀態(tài)參數(shù)的連續(xù)變化來描述，過程中系統(tǒng)所經(jīng)歷的每一個狀態(tài)都可近似看作平衡態(tài)，可利用平衡態(tài)的性質和規(guī)律來研究過程中的能量轉換等問題。3.簡述理想氣體的微觀模型。答案：理想氣體的微觀模型：氣體分子視為質點，分子間除碰撞瞬間外無相互作用力，分子的運動遵循經(jīng)典力學規(guī)律，分子碰撞是完全彈性碰撞。（三）計算題（共20分）答題要求：寫出詳細的計算過程和答案，要有必要的文字說明。1.1mol理想氣體從初態(tài)p1=200kPa，V1=10L，等溫膨脹到V2=20L，求該過程中氣體對外做的功和吸收的熱量。（8分）答案：等溫過程W=nRTln(V2/V1)，由理想氣體狀態(tài)方程p1V1=nRT，可得nRT=p1V1=200×10=2000J，W=2000ln(20/10)=2000ln2≈1386.3J。根據(jù)熱力學第一定律ΔU=Q+W，等溫過程ΔU=0，所以Q=-W=1386.3J。2.一定量的理想氣體經(jīng)歷絕熱壓縮過程，初態(tài)溫度T1=300K，體積V1=1m3，末態(tài)體積V2=0.5m3，求末態(tài)溫度。已知該氣體的比熱容比γ=1.4。（12分）答案：絕熱過程方程T1V1^(γ-1)=T2V2^(γ-1)，已知γ=1.4，T1=300K，V1=1m3，V2=0.5m3，代入可得300×1^(1.4-1)=T2×0.5^(1.4-1)，即300=T2×0.5^0.4，解得T2≈445.7K。（四）材料分析題（共10分）答題要求：閱讀材料，回答問題。材料：有一熱機工作于溫度分別為T1=1200K和T2=300K的兩個熱源之間，從高溫熱源吸收熱量Q1=1200J，向低溫熱源放出熱量Q2=300J。1.計算該熱機的效率。（5分）答案：熱機效率η=1-Q2/Q1=1-300/1200=0.75。2.判斷該熱機是否為可逆熱機，并說明理由。（5分）答案：可逆熱機效率η卡=1-T2/T1=1-300/1200=0.75，該熱機效率等于可逆熱機效率，所以該熱機是可逆熱機。（五）論述題（共5分）答題要求：論述觀點明確，論述合理，語言通順。論述熱力學第一定律和第二定律在實際工