2015级《大学物理》热学测验题及解答

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1、2015级《大学物理》热学测验题及解答一、单项选择题(本大题共6个小题，每小题5分，共30分)1、若理想气体的体积为V,压强为p,温度为一个分子的质量为加，£为玻尔兹曼常数，R为摩尔气体常量，则该理想气体的分子数密度为【C】(A)型；(B)「(C)」(D)叱kTmkTmT参考解：由p=nkT,分子数密度n=RkT2、体积恒定的容器贮有理想气体，若把气体的温度提高为原来的2倍，则【B](A)分子的平均动能和气体的压强都不变；(B)分子的平均动能和气体的压强都提高为原来的2倍；(C)分子的平均动能提高为原来的4倍，气体的压强提高为原来的2倍；(D)分子的平均动能提高为原来的2倍，气

2、体的压强提高为原来的4倍。3、3、两个体积相同的容器中，分别储有CO2和氧气，以目、耳分别表示其内能，若它们的压强相同，则【B](A)E、=E?；(B)E}>E2；(C)E}

3、者均为负值？【D】(A)等容降压过程；(B)等温膨胀过程；(C)绝热膨胀过程；(D)等压压缩过程。参考解：热力学第一定律：2=AE+A等容降压过程：由等容过程方程p/T=C,当〃/时，Tl.降温过程A£<0,等容过程A=0,/.Q=AE<0o等温膨胀过程：等温过程A£=0，膨胀过程A>0,:.Q=A>0绝热膨胀过程：绝热过程Q=0,膨胀过程A>0,・・・AE=-AvO等压压缩过程：由等压过程方程V/T=C,当时，降温过程AE<0,压缩过程AvO,・・.Q二AE+AvO。便捷解法一一排除法：(A)过程，等体，功为0；(B)过程，等温，内能增量为0；(C)过程，绝热，吸收热量为0；

4、故只有(D)有可能对。6、大小不同的两容器分别装有氮气和水蒸气，温度相同，则下列各量中相同的量是：【C】（A）气体分子的平均动能；（B）气体的压强;（C）气体分子的平均平动动能；（D）气体的密度。参考解：分子平均动能丄好，与自由度有关，氮气自由度5,水蒸气自由度6；分子平均平动动能2-kT,与自由度无关；至于压强和密度，所给条件不足，无法断定。2二、计算题（本大题共4个小题，共70分）7、一个容器内混有N.=4.0xl025个氨气分子和/V2=2.0x1025个氮气分子，温度为300K,容器内的气体可视为理想气体，求该容器屮混合气体的内能。（15分）解：氨气自由度厶=3,氮气自

5、由度i2=5（4分）一个分子总动能丄M（4分）2••E=N上kT+N工kT（5分）=4.55xlO5（J）（2分）2-28、一定量氧气（可视为刚性双原子分子理想气体）由初态pi、VP等温膨胀到压强p2,然后等压冷却恢复到原体积，求整个过程气体从外界吸收的总热量。（结果以》、P2、V]表示）（15分）解：氧气自由度i=5（1分）等温过程AE=0（2分）由热力学第一定律g=A+（2分）=InA.Pi（4分）由等温过程方程Py{=p2v2（i分）mmi+27Q2=-ja=---rat=-（p2v]-p2v2）等压压缩过程中"M22（4分）77=三（〃2%一〃必）=三％（〃2一门）整个

6、过程气体从外界吸收的总热量Q二Q+0二#+（1分）Pi2~所以9、一作卡诺循环的热机，高温热源的温度为400K,每一循环从此热源吸进100J的热量并向一低温热源放出80J的热量。求:（1）低温热源的温度；（2）该循环的热机效率。（20分）解：（1）由卡诺循环的热机效率公式有7k=l-—。吸兀詈X歸叫32。K（10分）（2）该热机效率为:1-知1-詈20%（10分）（注意:，仅适用于计算卡诺循环的效率）10.lmol氢气（可视为刚性双原子分子理想气体）所经历的循环过程如图所示，其中必为等压过程，加为等体过程，CQ为等温过程，匕。求：（1）a-b过程系统从外界吸收的热量；（2）b-

7、c过程系统向外界放出的热量；（3）c・a过程外界对系统所做的功。（用几、匕）（20分）777777177解：（1）Qa^--C,Km（7；,-T,）=-（-/?+RXTh-Ta）=-（phVh-paV（l）=-pX（7分）MM222（注意：因为要计算系统从外界吸收的热量，故：末温减初温）（2）