大学物理fxt2012[1]

2012大学物理Ⅲ复习题

一、热力学

（一）填空题

1、热力学第二定律使人们认识到，自然界中进行的涉及________现象的宏观过程都具有________性，例如机械能可以________转化为内能，但内能_______全部转化为机械能，而不引起其他变化．（热；方向；全部；不能。）

2、热机是一种______的装置，热机做的功和它从热源吸收热量的比值叫做热机的______。 （把内能转化为机械能；效率）

3、能量耗散是从________角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性。（热现象） 4、卡诺循环组成（见右图） 两个等温过程(蓝色)

； 。 两个绝热过程(红色)

； 。

2 4 3 p 1 O TTV

5、新的能源中，最令人瞩目的是 核 能，直接利用太阳能的比较简便的方法是把太阳能转化为 内 能．

6、改变物体内能有两种过程，这两种过程有着本质的区别， 做功 是其他形式的能和内能之间的转化，而 热传递 则是物体间内能的转移．

7、卡诺热机的效率只与 有关，而与 无关。（两个热源的温度，工作物质） 8．一定量的理想气体，从p—V图上状态出发，分别经历等压、等温、绝热三种过程由体积V1膨胀到体积V2，试画出这三种过程的p—V图曲线。在上述三种过程中，

（二）选择题

（1）气体对外作功最大的是_________等温__________过程； （2）气体吸热最多的是_________等压____________过程。

p A O V1 V2 V

1．在下列各种说法中，哪些是正确的？（ B ） （1）热平衡过程就是无摩擦的、平衡力作用的过程

（2）热平衡过程一定是可逆过程

（3）热平衡过程是无限多个连续变化的平衡态的连接 （4）热平衡过程是在p－V图上可用一连续曲线表示 （A）（1）、（2） （B）（3）、（4）

1

（C）（2）、（3）、（4）

（D）（1）、（2）、（3）、（4） 2、下列哪些物理过程具有方向性

A. 热传导过程，B．机械能和内能的转化过程，C．气体的扩散过程，D．气体向真空中膨胀的过程。（A B C D） 3、根据热力学第二定律，下列判断正确的是

A. 电流的能不可能全部变为内能，B．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变为电能 C．热机中，燃气内能不可能全部变为机械能，D．在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温度物体．（B、C、D） 4、第二类永动机不可以制成，是因为

A. 违背了能量的守恒定律；B．热量总是从高温物体传递到低温物体；C．机械能不能全部转变为内能；D．内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化 （D）

5、卡诺循环由四个可逆过程构成，它们是

A、两个等温过程，两个等压过程；B、两个等温过程，两个绝热过程；C、两个等体过程，两个等压过程；D、两个等体过程，两个绝热过程。（ B ）

6、热现象过程中不可避免地出现能量耗散现象．所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把流散的能量重新加以利用．下列关于能量耗散的说法中正确的是

A．能量耗散说明能量不守恒；B．能量耗散不符合热力学第二定律；C．能量耗散过程中能量仍守恒，只是能量的转化有方向性；D．待科技发达到一定程度，可消除能量耗散现象，实现第二类水动机。( C ) 7、下列说法中正确的是

A、热量可以自发地从低温物体传给高温物体；B、内能不能转化为动能；C、摩擦生热是动能向内能的转化；D、热机的效率最多可以达到100％。（ C ） 8、能源利用的过程实质上是

A、能量被消耗的过程；B．产生能量的过程；C．能量的转化和传递的过程；D．能量的转化、传递和消耗的过程。（ C ）

9、如图所示，一绝热密闭的容器，用隔板分成相等的两部分，左边盛有一定量的理想气体，压强为Pa，右边为真空。今将隔板抽去，气体自由膨胀，当气体达到平衡时，气体的压强是（ B ） （A）P0 ；（B）P0/2；（C）2? P0 (? = CP / CV)；（D）P0/2?

P0

10、根据热力学第二定律可知：（A 、B ）

A．功可以全部转换为热，但热不能全部转换为功。

B．热可以从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体 C．不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程 D．一切自发过程都是不可逆的

11、如图6－2为打气筒示意图，活塞与金属筒壁之间紧密接触，活塞将封闭空气向下压时，筒壁会发热，下列说法正确的是（ A ）

A. 筒壁发热的主要原因是活塞压缩空气做功

B．筒壁发热的主要原因是活塞克服筒壁的摩擦做功

C．筒壁发热与活塞压缩空气做功及克服筒壁摩擦做功都有关，但无主次

之分

D．筒壁发热与活塞压缩空气做功及克服筒壁摩擦做功都无关

2

12、关于物体的内能变化，下列说法中正确的是（ C ）

A．物体吸收热量，内能一定增大 B．物体对外做功，内能一定减小

C．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变 D．物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变

（三）思考题

1、试述热力学第一定律和热力学第二定律的区别与联系．

答：热力学第一定律指出了在任何热力学过程中，能量不会有任何增减或损失，对自然过程也没有限制；而热力学第二定律是解决了哪些过程可以发生。两个定律从不同角度揭示了热力学过程中遵从的规律，既相互独立，又相互补充，共同构成了热力学知识的理论基础 2、什么是第二类永动机?为什么第二类永动机不可能造成?

答：能够从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化的热机称为第二类永动机。第二类永动机不可能制成的原因是因为机械能和内能转化过程具有方向性，尽管机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化为机械能，而不引起其他变化。 3、热力学第二定律有两种等价的表述

克劳修斯表述：热量不能自动地从低温物体传向高温物体。

开尔文表述：其唯一效果是热全部转变为功的过程是不可能的。

（四）计算题

1、1 mol 单原子分子理想气体的循环过程如图所示。 求：(1) 作出 p?V 图 (2) 此循环效率

解：(1) p?V 图

(2) ab是等温过程，有

Qab?A?RTlnVa

ca是等体过程

循环过程中系统吸热 循环过程中系统放热 此循环效率

Vb?600Rln2bc是等压过程，有

Qcb??Cp?T??750RQca??E??CV(Ta?Tc)?32V(pa?pc)?450RQ1?Qab?Qca?600Rln2?450R?866RQ2?Qbc?750R750R866R?13.400??1?Q2Q1?1?

2、图中所示是一定量理想气体所经历的循环过程，其中a b和c d是等压过程。bc和d a为绝

TT热过程。已知b点和c点温度分别2和3，求循环效率。这个循环是卡诺循环吗？

解: a—b 吸热

Qab?M

?Cp(Tb?Ta)

3

c— d 放热 Qdc??MCp(Td?Tc)?

?1?Tc?TdTb?Ta

??1????

Qab?QdcQab 又由绝热方程

PaTaTa?PdTdTdTc

??1??

Pb??1Tb???Pc??1Tc??

上述两式相比得 Tb????1?Tc?TdTb?Ta?1?T3T2

上式两边同减1 不是卡诺循环.

3、如右图所示，设有1mol的双原子分子理想气体做abca的循环过程（ca等温过程），求：（1）气体在各个过程中所传递的热量；（2）一循环中气体所做的功；（3）循环的效率。 解：（1） a→b等压过程，Qp=vCp(Tb-Ta)

Qp=Cp/R·Pa(Vb-Va)=1/R·R(5/2+1)2P0V0 =7P0V0

p a b 2po b→c等容过程, Qv=vCv(Tc-Tb)

Qv=Cv/R·Vc(Pc-Pb)=-5/2·2V0V0=-5P0V0 J

c→a等温过程, Qv=A=vRTlnV2/V1 ∵T=PaVa/vR, po Qv=PaValnV2/V1=2P0V0ln1/2=-1.39P0V0 J （2） a→b等压:Av=P(Vb-Va)=2P0(2V0-V0)=2P0V0, rfdgfd c→a等温:At=Qv=vRTlnV2/V1=-1.39P0V0 J

c v vo 2vo A总=Av+At=0.61P0V0 J

（3）η=1-Q2/Q1=1-(Qv+Qv)/Qp≈9%

4、以知如图，其中AB过程为等温过程。求氧气所作的功和吸收的热量。 解：(1) 从A—B等温膨胀过程，氧气作功 WAB??V??V?3RTln?B??pAVAln?B??2.77?10(J)M?VA??VA?m此

过程氧吸热为

3 QAB?WAB?2.77?10(J)

（2）从A—C—B过程

WACB?WAC?WCB?WCB?pCV(VB?VA)?2.0?10(J)QACB?WACB?2.0?10(J)33

5、教材3-1（P92）

解：已知Q=334J，A总=126J。根据热一律，dQ=dE+A总, dE=Q-A=334-126=208 （J）

4

（1）Q= dE+A=208+42=250J，系统吸热。 （2） Q= -208-84=-292J，系统放热。

6、教材3-3（P92）解：

已知 O2为双原子i=5,Cv=5/2R,Cp=Cv+R,γ=7/5 T1=900K, V1=4.1×10-4m3 , V2=4.1×10-3m3 M=8×103kg ,μ=32g/mol.

（1）P2：PV=vRT,P2=vRT2/ V2 P2=(8×103/0.032)×8.31×358/4.1×10-3 =1.81×105Pa

（2）T2：T1V1γ-1=T2V2γ-1， T2 =T1（V1/ V2）γ-1

=900(4.1×10-4/4.1×10-3）0.4 =900(1/10)0.4=900(1/2.512)=358K （3）A2：A=-△E=-vCv(T2-T1)

A2=-(8×103/0.032)×(5/2×8.31)×(358-900)=0.25×106×20.78×542

=2.816×109 J

( 2.28×103 J) .(与标准答案不符） 7、教材（P92）3-5,解：

（1）等体吸热：Qv=E=vCv(T2-T1)

=2.5×8.31×60 =1246.5J 等温吸热：Qt=A=PdV，因为PV=vRT, Qt=A=vRT2lnV2/ V1

=8.31×(80+273)×0.69 =2024J 所以：Q总=Qv+Qt =3279J ，

A=Qt=PdV=vRTlnV2/ V1 =2024J E=Qv=-vCv(T2-T1) =1246.5J

（2）等温吸热： Qt=A’=vRT1lnV2 / V0 △E=0 . Qt = 8.31×(20+273)×0.69 =1680J 等体吸热： Qv=E=vCv(T2-T1) △A=0

. = 2.5×8.31×(60+273) =1246.5J

Q总=Qt +Qv=2933J ， A =Qt= vRT1lnV2 / V0 =1680J E= Qv=E=vCv(T2-T1) = 1246.5J 8、教材（P92）3-6,解：

（1）绝热膨胀：A=-△E=-vCv（T2-T1）=5/2×R×180 =3.74×103J

T1V1γ-1= T2V2γ-1 T2=T1 （V1/ V2 ）γ-1

=300× (2.0×10-3 /2.0×10-2 ) 7/5-1 =300 ×0.10.4 =119.4K （2）等温膨胀：

At=vRT1ln(V2/ V1 ) =8.31×300×ln10(2.3) = 5.74×103J 等容冷却： A= 0

差别：等温膨胀系统需吸热，系统内能增加。 9、教材（P92）3-8 解：

（1） a→b等压过程，Qp=vCp(Tb-Ta)

5

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