2025年大學(xué)物理（熱力學(xué)第二定律）試題及答案

（考試時(shí)間：90分鐘滿分100分）班級______姓名______第I卷（選擇題共40分）每題只有一個(gè)正確答案，請將正確答案的序號填入括號內(nèi)。(總共8題，每題5分)1.關(guān)于熱力學(xué)第二定律，以下說法正確的是（）A.熱量不能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(yùn)動(dòng)的無序性增大的方向進(jìn)行C.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D.第二類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的，因?yàn)樗`反了能量守恒定律答案：BC2.下列現(xiàn)象中，能用熱力學(xué)第二定律解釋的是（）A.水往低處流B.電流從高電勢流向低電勢C.氣體的擴(kuò)散現(xiàn)象D.物體的動(dòng)能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化答案：C3.關(guān)于熵的說法，正確的是（）A.熵是系統(tǒng)無序程度的量度B.熵增加的過程一定是自發(fā)過程C.孤立系統(tǒng)的熵永不減少D.熵值越大，系統(tǒng)的無序程度越高答案：ACD4.對于一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)，以下關(guān)于內(nèi)能、熱量和功的關(guān)系正確的是（）A.系統(tǒng)吸收熱量，內(nèi)能一定增加B.系統(tǒng)對外做功，內(nèi)能一定減少C.熱量可以從低溫物體自發(fā)地傳遞到高溫物體D.一個(gè)絕熱過程中，系統(tǒng)與外界沒有熱量交換答案：D5.以下哪種情況不違反熱力學(xué)第二定律（）A.熱量從低溫?zé)嵩磦鞯礁邷責(zé)嵩?，同時(shí)外界對系統(tǒng)做功B.從單一熱源吸收熱量全部用來做功，而不產(chǎn)生其他影響C.第二類永動(dòng)機(jī)D.功可以全部轉(zhuǎn)化為熱量，但熱量不能全部轉(zhuǎn)化為功答案：A6.關(guān)于熱機(jī)效率，下列說法正確的是（）A.熱機(jī)效率可以達(dá)到100%B.提高熱機(jī)效率的方法之一是盡量減少熱量損失C.熱機(jī)效率與工作物質(zhì)無關(guān)D.熱機(jī)效率只取決于熱機(jī)的功率答案：B7.一個(gè)孤立系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生的不可逆過程，其熵變（）A.大于零B.小于零C.等于零D.不確定答案：A8.熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述是（）A.不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響B(tài).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(yùn)動(dòng)的無序性增大的方向進(jìn)行D.任何熱機(jī)都不可能使燃料釋放的熱量全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能答案：A第II卷（非選擇題共60分）（一）填空題（共20分）(總共4題，每題5分)1.熱力學(xué)第二定律的開爾文表述是：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。其微觀本質(zhì)是____________________。答案：涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程是不可逆的，具有方向性，與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程總是沿著無序程度增大的方向進(jìn)行。2.熵增加原理表明，孤立系統(tǒng)的熵永不減少。在絕熱條件下，系統(tǒng)發(fā)生的任何實(shí)際過程都朝著熵__________的方向進(jìn)行，直到熵達(dá)到最大值，系統(tǒng)達(dá)到__________狀態(tài)。答案：增加；平衡3.熱機(jī)是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置。熱機(jī)效率的定義式為η=____________________。答案：（W/Q1），其中W是熱機(jī)對外做的功，Q1是熱機(jī)從高溫?zé)嵩次盏臒崃俊?.一個(gè)系統(tǒng)從某一狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)過一個(gè)絕熱過程到達(dá)另一狀態(tài)，如果存在一個(gè)絕熱過程使系統(tǒng)從后一狀態(tài)回到原來狀態(tài)，同時(shí)外界也回到原來狀態(tài)，那么這兩個(gè)狀態(tài)之間的過程稱為____________________過程。答案：可逆（二）簡答題（共15分）(總共3題，每題5分)1.簡述熱力學(xué)第二定律的兩種表述及其等效性。答案：熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述：不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響。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，可以從一種表述推導(dǎo)出另一種表述。如果克勞修斯表述不成立，那么可以構(gòu)造出違反開爾文表述的熱機(jī)；反之，如果開爾文表述不成立，也可以構(gòu)造出違反克勞修斯表述的熱傳遞過程。2.為什么第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成？答案：第二類永動(dòng)機(jī)是指從單一熱源吸收熱量全部用來做功，而不產(chǎn)生其他影響的熱機(jī)。雖然它不違反能量守恒定律，但違反了熱力學(xué)第二定律。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，一切自然過程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無序性增大的方向進(jìn)行，熱傳遞具有方向性，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，所以第二類永動(dòng)機(jī)無法實(shí)現(xiàn)。3.熵增加原理在實(shí)際中有哪些應(yīng)用？答案：熵增加原理在實(shí)際中有很多應(yīng)用。例如，在熱傳導(dǎo)中，熱量會(huì)自發(fā)地從高溫物體傳向低溫物體，最終達(dá)到熱平衡，這是熵增加的過程。在化學(xué)反應(yīng)中，自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)往往朝著熵增加的方向進(jìn)行。在孤立系統(tǒng)中，熵增加原理可以用來判斷過程的方向性和不可逆性。在工程領(lǐng)域，如熱機(jī)效率的提高、制冷技術(shù)等，也需要考慮熵增加原理來優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。（三）計(jì)算題（共15分）(總共1題，每題15分)一定量的理想氣體經(jīng)歷如圖所示的循環(huán)過程。其中AB和CD是等壓過程，BC和DA是絕熱過程。已知?dú)怏w在狀態(tài)A時(shí)的壓強(qiáng)p1=1.0×10^5Pa，體積V1=1.0×10^-3m^3，溫度T1=300K；在狀態(tài)B時(shí)的體積V2=2.0×10^-3m^3。設(shè)氣體的比熱容比γ=Cp/CV=1.4。求：（1）氣體在狀態(tài)B時(shí)的溫度T2；（2）整個(gè)循環(huán)過程中氣體對外做的功W。答案：（1）AB為等壓過程，根據(jù)蓋-呂薩克定律：V1/T1=V2/T2，可得T2=V2T1/V1=2.0×10^-3×300/(1.0×10^-3)=600K。（2）AB過程氣體對外做功W1=p1(V2-V1)=1.0×10^5×(2.0×10^-3-1.0×10^-3)=100J。BC為絕熱過程，根據(jù)絕熱方程p1V1^γ=p2V2^γ，可求出p2。再利用等壓過程方程求出DA過程氣體對外做功W2。對于絕熱過程BC：p1V1^γ=p2V2^γ，即1.0×10^5×(1.0×10^-3)^1.4=p2×(2.0×10^-3)^1.4，解得p2=3.17×10^4Pa。DA過程氣體對外做功W2=p2(V1-V2)=3.17×10^4×(1.0×10^-3-2.0×10^-3)=-31.7J。整個(gè)循環(huán)過程中氣體對外做的功W=W1+W2=100-31.7=68.3J。（四）材料分析題（共10分）(總共2題，每題5分)閱讀以下材料，回答問題。材料：在一定條件下，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體。例如，在制冷機(jī)中，通過壓縮機(jī)做功，將熱量從低溫的冷藏室傳到高溫的環(huán)境中。但這不是自發(fā)的過程，而是消耗了電能等其他形式的能量。1.制冷機(jī)的工作過程是否違反熱力學(xué)第二定律？為什么？答案：制冷機(jī)的工作過程不違反熱力學(xué)第二定律。雖然熱量從低溫物體傳到高溫物體，但這是通過壓縮機(jī)做功實(shí)現(xiàn)的，消耗了電能等其他形式的能量，引起了其他變化，符合熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述：不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響。2.從材料中可以看出，熱力學(xué)第二定律所描述的自然過程的方向性是絕對的嗎？請說明理由。答案：熱力學(xué)第二定律所描述的自然過程的方向性不是絕對的。在制冷機(jī)中，通過外界做功，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，這說明可以通過外界的干預(yù)來改變自然過程的方向。但這種改變是有條件的，即需要消耗其他形式的能量，并且這種過程不是自發(fā)的。所以，自然過程的方向性在一定條件下可以被打破，但需要付出相應(yīng)的代價(jià)。（五）論述題（共10分）論述熱力學(xué)第二定律對宏觀世界和微觀世界的影響。答案：熱力學(xué)第二定律對宏觀世界和微觀世界都有著深遠(yuǎn)的影響。在宏觀世界中，它揭示了自然過程的方向性和不可逆性。例如，熱傳遞總是從高溫物體向低溫物體進(jìn)行，功可以自發(fā)地全部轉(zhuǎn)化為熱量，但熱量不能全部自發(fā)地轉(zhuǎn)化為功，這決定了熱機(jī)效率存在極限，第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成。在微