大学物理-热力学定律习题思考题及答案

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1、习题10-1.如图所示，、是绝热过程，是等温过程，是任意过程，组成一个循环。若图中所包围的面积为，所包围的面积为，CEA过程中系统放热，求过程中系统吸热为多少？解：由题意可知在整个循环过程中内能不变，图中所包围的面积为，则意味着这个过程对外作功为70J，也就是放热为70J；所包围的面积为，则意味着这个过程外界对它作功为30J，也就是吸热为70J，所以整个循环中放热是70-30=40J。而在这个循环中，、是绝热过程，没有热量的交换，所以如果CEA过程中系统放热，则过程中系统吸热为100+40=140J。10-2.

2、如图所示，已知图中画不同斜线的两部分的面积分别为和.（1）如果气体的膨胀过程为a─1─b，则气体对外做功多少？（2）如果气体进行a─2─b─1─a的循环过程，则它对外做功又为多少？解：根据作功的定义，在P—V图形中曲线围成的面积就是气体在这一过程所作的功。则：（1）如果气体的膨胀过程为a─1─b，则气体对外做功为S1+S2。（2）如果气体进行a─2─b─1─a的循环过程，则它对外做功为：－S1。10-3.一系统由如图所示的状态沿到达状态，有334J热量传入系统，系统做功。（1）经过程，系统做功，问有多少热量传入

3、系统?（2）当系统由状态沿曲线返回状态时，外界对系统做功为，试问系统是吸热还是放热？热量传递了多少? 解：由acb过程可求出b态和a态的内能之差Q=ΔE+A，ΔE=Q-A=334-126=208Jadb过程，系统作功A=42J，Q=ΔE+A=208+42=250J系统吸收热量ba过程，外界对系统作功A=-84J，Q=ΔE＋A=-208-84=-292J系统放热10-4.温度为25oC、压强为1atm的1mol刚性双原子分子理想气体，经等温过程体积膨胀至原来的3倍。（1）计算该过程中气体对外的功；（2）假设气体经

4、绝热过程体积膨胀至原来的3倍，那么气体对外的功又是多少？解：（1）在等温过程气体对外作功：J（2）在绝热过程中气体对外做功为：由绝热过程中温度和体积的关系得到温度T2：代入上式：J10-5.汽缸内有2mol氦气，初始温度为27oC，体积为20L。先将氦气定压膨胀，直至体积加倍，然后绝热膨胀，直至回复初温为止。若把氦气视为理想气体，求：（1）在该过程中氦气吸热多少？（2）氦气的内能变化是多少？（3）氦气所做的总功是多少？解：（1）在定压膨胀过程中，随着体积加倍，则温度也加倍，所以该过程吸收的热量为：而接下来的绝热

5、过程不吸收热量，所以本题结果就是这个；（2）由于经过刚才的一系列变化，温度回到原来的值，所以内能变化为零。（3）根据热力学第二定律，氦气所做的总功就等于所吸收的热量为：。10-6.0.02kg的氦气（视为理想气体），温度由17oC升为27oC，若在升温过程中：（1）体积保持不变；（2）压强保持不变；（3）不与外界交换能量。分别求出气体内能的改变、吸收的热量、外界对气体做功。解：(1)等体过程由热力学第一定律得Q=ΔE吸热Ｑ=ΔE=νCV(T２-T１)=ν(i/2)R(T２-Ｔ１)Ｑ=ΔE=5×(3/2)×8.3

6、1×(300-290)=623J对外作功A=0(2)等压过程Ｑ=νCp（T２-T１）=ν[(i+2)/2]R(T２－T１)吸热Ｑ=5×(5/2)×8.31×(300-290)=1038.5JΔE=νCV(T２－T１)内能增加ΔE=5×(3/2)×8.31×(300-290)=623J对外作功A=Q-ΔE=1038.5-623=415.5J(3)绝热过程由热力学第一定律得A=ΔE做功与内能的变化均为A=ΔE=νCV(T２-T１)=ν(i/2)R(T２-Ｔ１)A=ΔE=5×(3/2)×8.31×(300-290）=

7、623J吸热Q=010-7.一定量的刚性双原子分子气体，开始时处于压强为p0=1.0×105Pa，体积为V0=4×10-3m3，温度为T0=300K的初态，后经等压膨胀过程温度上升到T1=450K，再经绝热过程温度回到T2=300K，求整个过程中对外做的功。解：等压过程末态的体积等压过程气体对外做功根据热力学第一定律，绝热过程气体对外做的功为这里则气体在整个过程中对外所做的功10-8．摩尔的某种理想气体，状态按的规律变化(式中为正常量)，当气体体积从膨胀到时，求气体所作的功及气体温度的变化各为多少？解：在这过程

8、中，气体作功由理想气体状态方程：PV=nRT，可知所以：，那么温度的变化为：10-9.一侧面绝热的气缸内盛有1mol的单原子分子理想气体．气体的温度，活塞外气压，活塞面积，活塞质量(活塞绝热、不漏气且与气缸壁的摩擦可忽略)。由于气缸内小突起物的阻碍，活塞起初停在距气缸底部为处．今从底部极缓慢地加热气缸中的气体，使活塞上升了的一段距离，如图所示。试通过计算指出：（1）气缸中的气体经历的是