(完整word版)大学物理气体动理论热力学基础复习题及答案详解
大学物理习题解答
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沿负方向传播
x y A cos[ (t ) ] u
注意初相的定义
第二学期
17
物理学
第五版
期末习题解答
2. 波动方程的建立 1)由某点振动建立波动方程 主要用与原点的相位关系或待定系数法求解 2)由波动曲线建立波动方程
y/m
A
0
u
λ
t
x/m
根据图中条 件建立
-A
3)由各物理量直接建立波动方程
第二学期
5
物理学
第五版
期末习题解答
2. 热力学准静态过程中的功、热量、内能
m E Cv (T2 T1 ) M
Q E W
3. 循环过程 热机效率 致冷系数
Q2 W 1 Q1 Q1
W pdV
V1
V2
i CV R 2 i2 C p CV R R 2 Cp i 2 CV i
(明条纹) (暗条纹)
解题思路:就是沿着光线讨论光程 (光程差)的变化。
第二学期
27ห้องสมุดไป่ตู้
物理学
第五版
一、 缝干涉 1. 单缝衍射
2 b sin { (2k 1) 2 2k
期末习题解答
k
暗 ( k 1, 2, 3 明 ( k 1, 2, 3
) )
主要讨论中央明纹、级次、波带数等 2. 双缝干涉
2. 旋转矢量图的灵活应用的应用;
3. 熟悉波动各物理量的关系及定义。
第二学期
21
物理学
第五版
期末习题解答
10-3 一平面简谐波,沿x 轴负方向传播, 角频率为ω,波速为u.设 t=T/4 时刻的波形 如图(a)所示,则该波的表达式为( )
大学物理2-1第八章(气体动理论)知识题目解析
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第 8 章8-1 目前可获得的极限真空为Pa 1033.111-⨯,,求此真空度下3cm 1体积内有多少个分子?(设温度为27℃)[解] 由理想气体状态方程nkT P =得 kT V NP =,kT PV N =故 323611102133001038110110331⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=---...N (个)8-2 使一定质量的理想气体的状态按V p -图中的曲线沿箭头所示的方向发生变化,图线的BC 段是以横轴和纵轴为渐近线的双曲线。
(1)已知气体在状态A 时的温度是K 300=A T ,求气体在B 、C 、D 时的温度。
(2)将上述状态变化过程在 T V -图(T 为横轴)中画出来,并标出状态变化的方向。
[解] (1)由理想气体状态方程PV /T =恒量,可得:由A →B 这一等压过程中BBA A T V T V =则 6003001020=⋅=⋅=A AB B T V V T (K) 因BC 段为等轴双曲线,所以B →C 为等温过程,则==B C T T 600 (K)C →D 为等压过程,则CCD D T V T V =3006004020=⋅=⋅=C CD D T V V T (K) (2)0102030408-3 有容积为V 的容器,中间用隔板分成体积相等的两部分,两部分分别装有质量为m 的分子1N 和2N 个, 它们的方均根速率都是0υ,求: (1)两部分的分子数密度和压强各是多少?(2)取出隔板平衡后最终的分子数密度和压强是多少? [解] (1) 分子数密度 VNV N n VN V N n 2222111122==== 由压强公式:231V nm P =, 可得两部分气体的压强为 VV mN V m n P VV mN V m n P 3231323120220222012011====(2) 取出隔板达到平衡后,气体分子数密度为 VN N V N n 21+==混合后的气体,由于温度和摩尔质量不变,所以方均根速率不变,于是压强为:VV m N N V nm P 3)(31202120+==8-4 在容积为33m 105.2-⨯的容器中,储有15101⨯个氧分子,15104⨯个氮分子,g 103.37-⨯氢分子混合气体,试求混合气体在K 433时的压强。
(完整word版)大学物理学热力学基础练习题
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大学物理学》热力学基础、选择题A)b1a 过程放热、作负功,B)b1a 过程吸热、作负功,C)b1a过程吸热、作正功,D)b1a 过程放热、作正功,【提示:体积压缩,气体作负功;三个过程中a 和b 两点之间的内能变化相同,bca 线是绝热过程,既不吸热也不放热,b1a过程作的负功比b2a过程作的负功多,由Q W E知b2a过程放热,b1a过程吸热】13-2.如图,一定量的理想气体,由平衡态A 变到平衡态B,且他们的压强相等,即P A P B。
问在状态A 和状态B 之间,气体无论经过的是什么过程,气体必然(A )对外作正功;(B )内能增加;(C)从外界吸热;(D )向外界放热。
【提示:由于TA T B,必有EA E B;而功、热量是过程量,与过程有关】13-3.两个相同的刚性容器,一个盛有氢气,一个盛氦气(均视为刚性理想气体),开始时它们的压强和温度都相同,现将3 J 的热量传给氦气,使之升高到一定的温度,若氢气也升高到同样的温度,则应向氢气传递热量为()A)6J ;(B)3J;(C)5J;(D)10J 。
13-4.有人想象了如图所示的四个理想气体的循环过程,则在理论上可以实现的是13-1 .如图所示,bca 为理想气体的绝热过程,b1a 和b2a 是任意过程,则上述两过程中气体做功与吸收热量的情况是()b2a 过程放热、作负功;b2a 过程放热、作负b2a 过程吸热、作负功;b2a 过程吸热、作提示:等体过程不做功,有Q E ,而EMMmolR T,所以需传5 J 】2【提示: (A ) 绝热线应该比等温线陡,( B )和( C )两条绝热线不能相交】13-5.一台工作于温度分别为 327℃和 27℃的高温热源与低温热源之间的卡诺热机,一个循环吸热 2000J ,则对外做功( )( A ) 2000 J ; (B ) 1000 J ;(C ) 4000 J ;(D ) 500 J 。
【卡诺热机的效率为 1T 2,W,可求得 1300 50% ,则W Q 1000J 】T 1Q60013-6.根据热力学第二定律()A )自然界中的一切自发过程都是不可逆的;B )不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程;C )热量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;D )任何过程总是沿熵增加的方向进行。
《大学物理》第8章气体动理论练习题及答案
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《大学物理》第8章气体动理论练习题及答案练习1一、选择题1. 在一密闭容器中,储有A、B、C三种理想气体,处于平衡状态。
A种气体的分子数密度为n1,它产生的压强为p1,B种气体的分子数密度为2n1,C种气体的分子数密度为3n1,则混合气体的压强p为( )A. 3p1;B. 4p1;C. 5p1;D. 6p1.2. 若理想气体的体积为V,压强为p,温度为T,一个分子的质量为m,k为玻尔兹曼常量,R为普适气体常量,则该理想气体的分子数为( )A. pVm⁄; B. pVkT⁄; C. pV RT⁄; D. pV mT⁄。
3. 一定量某理想气体按pV2=恒量的规律膨胀,则膨胀后理想气体的温度( )A. 将升高;B. 将降低;C. 不变;D. 升高还是降低,不能确定。
二、填空题1. 解释下列分子动理论与热力学名词:(1) 状态参量:;(2) 微观量:;(3) 宏观量:。
2. 在推导理想气体压强公式中,体现统计意义的两条假设是:(1) ;(2) 。
练习2一、选择题1. 一个容器内贮有1摩尔氢气和1摩尔氦气,若两种气体各自对器壁产生的压强分别为p 1和p 2,则两者的大小关系是 ( )A. p 1>p 2;B. p 1<p 2;C. p 1=p 2;D. 不能确定。
2. 两瓶不同种类的理想气体,它们的温度和压强都相同,但体积不同,则单位体积内的气体分子数为n ,单位体积内的气体分子的总平动动能为E k V ⁄,单位体积内的气体质量为ρ,分别有如下关系 ( )A. n 不同,E k V ⁄不同,ρ不同;B. n 不同,E k V ⁄不同,ρ相同;C. n 相同,E k V ⁄相同,ρ不同;D. n 相同,E k V ⁄相同,ρ相同。
3. 有容积不同的A 、B 两个容器,A 中装有刚体单原子分子理想气体,B 中装有刚体双原子分子理想气体,若两种气体的压强相同,那么,这两种气体的单位体积的内能E A 和E B 的关系( )A. E A <E B ;B. E A >E B ;C. E A =E B ;D.不能确定。
《大学物理学》(网工)气体的动理论部分练习题(解答)
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然 速 率 为 ___________ ; 氧 气 分 子 的 最 概 然 速 率 为
___________。
【 提 示 : P 2RT 。 由 于 温 度 一 样 , 而 P1 P2 , ∴ O
M mol
2000
(m s1)
M1 M 2 ,可判明曲线Ⅰ是氧气、曲线Ⅱ是氢气,氢气的最概然速率为 (P )H2 2000 m / s ;
(A)氧分子的质量比氢分子大,所以氧气的压强一定大于氢气的压强;
(B)氧分子的质量比氢分子大,所以氧气的数密度一定大于氢气的数密度;
(C)氧分子的质量比氢分子大,所以氢分子的速率一定大于氧分子的速率;
(D)氧分子的质量比氢分子大,所以氢分子的方均根速率一定大于氧分子的方均根速率。
【提示:氢气和氧气不同的是其摩尔质量, M O2 M H2 ,由公式 P nkT ,所以 PO2 PH2 ;某一分
M M mol
,m
M mol NA
,有A】
拓展题:若理想气体的体积为V,压强为P,温度为T,一个分子的质量为m,k为玻耳兹曼常
量,R为摩尔气体常量,则该理想气体的分子数为 ( B )
(A) PV / m ; (B) PV /(kT ) ; (C) PV /(RT ) ; (D) PV /(mT ) 。
5 . 一 容 器 内 的 氧 气 的 压 强 为 1.01 105 P a , 温 度 为 37℃ , 则 气 体 分 子 的 数 密 度
,
M mol
RT
1.60
,
M mol
2
3RT
pV RT
M mol
,考虑到
M
M mol
大学物理复习-第五六章
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E与(1) 相同.
W = Q E=417 J
4分
(3)
Q =0,E与(1) 同
W = E=623 J (负号表示外界作功)
3分
28
10、一定量的理想气体,由状态a经b到达c. (如图,abc为一直线)求此过程中 (1) 气体对外作的功; (2) 气体内能的增量; (3) 气体吸收的热量.(1 atm=1.013×105 Pa)
件___0 _f_(__) _d___1__,此条件的物理意义是:
分子速率处于(0~∞ )区间的分子数占总分子数
的百分比为1 .
2.若f()为气体分子速率分布函数,N为气体分子
总数,m为分子质量,则
2 1m 2Nf ( )d的物理
1 2
意义为速__率__在__速_率__间__隔___1~___2_之_内__的__分__子_平__均__动__能_之__和_。
到50%,若低温热源保持不变,则高温热源的温度应增加
___K.
500
100
8、1 mol 理想气体(设 Cp/CV为已知)的循环过程如T -V图所示,其中CA为绝热过程,A点状态参量(T1, V1)和B点的状态参量(T2,V2)为已知.试求C点的状 态参量:
Vc=____V,2
Tc=___(_V1_/ V_2_) _1 T_1 _____,
解: N22N, M1 2M2, T2 5T1
E2 E1
m
M2 m
M1
3 2
RT2
5 2
RT1
3 5
M1T2 M 2T1
6
第六章 热力学基础
一、热力学第一定律
二、四个过程
内能增量
E
m' M
(完整版)《大学物理》习题册题目及答案第6单元 气体动理论
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第6单元 气体动理论 序号 学号 姓名 专业、班级一 选择题[ C ]1.在标准状态下, 若氧气(视为刚性双原子分子的理想气体)和氦气的体积比2121=V V ,则其内能之比21/E E 为: (A) 1/2 (B) 5/3 (C) 5/6 (D) 3/10[ B ]2.若理想气体的体积为V ,压强为p ,温度为T ,一个分子的质量为m ,k 为玻耳兹曼常量,R 为摩尔气体常量,则该理想气体的分子数为(A) pV/m (B) pV/(kT)(C) pV/(RT) (D) pV/(mT)[ D ]3.若)(v f 为气体分子速率分布函数,N 为分子总数,m 为分子质量,则 )(21221v Nf mv v v ⎰ d v 的物理意义是 (A) 速率为v 2的各分子的总平均动能与速率为v 1的各分子的总平均动能之差。
(B) 速率为v 2的各分子的总平动动能与速率为v 1的各分子的总平动动能之和。
(C) 速率处在速率间隔v 1~ v 2之内的分子的平均平动动能。
(D) 速率处在速率间隔v 1~ v 2之内的分子平动动能之和。
[ D ]4.在一密闭容器中,储有A 、B 、C 三种理想气体,处于平衡状态,A 种气体的分子数密度为 1n ,它产生的压强为 1p ,B 种气体的分子数密度为 12n ,C 种气体的分子数密度为3n 1,则混合气体的压强p 为(A)31p (B)41p(C)51p (D)61p二 填空题1.在定压下加热一定量的理想气体,若使其温度升高1K 时,它的体积增加了0.005倍,则气体原来的温度是_________200k__________。
2.用总分子数N 、气体分子速率v 和速率分布函数f(v),表示下列各量:(1)速率大于0v 的分子数= ⎰∞0)(v dv v Nf ;(2)速率大于0v 的那些分子的平均速率=⎰⎰∞∞00)()(v v dv v f dv v vf ;(3)多次观察某一分子的速率,发现其速率大于0v 的概率=⎰∞0)(v dv v f 。
大学物理-第九章(热力学基础)习题标准答案
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大学物理-第九章(热力学基础)习题标准答案大学物理2-1第九章(热力学基础)习题答案————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:习题九9-1 一系统由图示的状态a 经acd 到达状态b ,系统吸收了320J 热量,系统对外作功126J 。
(1)若adb 过程系统对外作功 42J ,问有多少热量传入系统? (2)当系统由b 沿曲线ba 返回状态a ,外界对系统作功84 J ,试问系统是吸热还是放热? 热量是多少?[解] 由热力学第一定律A E Q +?= 得 A Q E -=?在a在ba 过程中 J A E A E E Q b a 27884194333-=--=+?-=+-= 本过程中系统放热。
9-2 2mol 氮气由温度为300K ,压强为510013.1?Pa (1atm)的初态等温地压缩到 510026.2?Pa(2atm)。
求气体放出的热量。
[解] 在等温过程中气体吸收的热量等于气体对外做的功,所以J P P RT M m A Q mol T 3211046.321ln 30031.82ln ?-==== 即气体放热为J 31046.3?。
9-3 一定质量的理想气体的内能E 随体积的变化关系为E - V 图上的一条过原点的直线,如图所示。
试证此直线表示等压过程。
[证明] 设此直线斜率为k ,则此直线方程为kv E =又E 随温度的关系变化式为T k T C M ME v mol'=?= 所以T k kV '= 因此C kk T V ='=(C 为恒量) 又由理想气体的状态方程知,C TpV'= (C '为恒量) 所以 p 为恒量即此过程为等压过程。
9-4 2mol 氧气由状态1变化到状态2所经历的过程如图所示:(1)沿l →m →2路径。
(2)1→2直线。
大学物理气体动理论热力学基础复习题及答案详解
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第12章 气体动理论一、填空题:1、一打足气的自行车内胎,若在7℃时轮胎中空气压强为×510pa .则在温度变为37℃,轮胎内空气的压强是 ;设内胎容积不变2、在湖面下50.0m 深处温度为4.0℃,有一个体积为531.010m -⨯的空气泡升到水面上来,若湖面的温度为17.0℃,则气泡到达湖面的体积是 ;取大气压强为50 1.01310p pa =⨯3、一容器内储有氧气,其压强为50 1.0110p pa =⨯,温度为27.0℃,则气体分子的数密度为 ;氧气的密度为 ;分子的平均平动动能为 ;分子间的平均距离为 ;设分子均匀等距排列4、星际空间温度可达,则氢分子的平均速率为 ,方均根速率为 ,最概然速率为 ;5、在压强为51.0110pa ⨯下,氮气分子的平均自由程为66.010cm -⨯,当温度不变时,压强为 ,则其平均自由程为1.0mm;6、若氖气分子的有效直径为82.5910cm -⨯,则在温度为600k,压强为21.3310pa ⨯时,氖分子1s 内的平均碰撞次数为 ;7、如图12-1所示两条曲线1和2,分别定性的表示一定量的某种理想气体不同温度下的速率分布曲线,对应温度高的曲线 是 .若图中两条曲线定性的表示相同温度下的氢气和氧气的速率分布曲线,则表示氧气速率分布曲线的是 .8、试说明下列各量的物理物理意义: 112kT , 232kT , 32i kT , 42i RT , 532RT , 62M i RT Mmol ; 参考答案:1、54.4310pa ⨯ 2、536.1110m -⨯ 3、25332192.4410 1.30 6.2110 3.4510m kg m J m ----⨯⋅⨯⨯ 4、2121121.6910 1.8310 1.5010m sm s m s ---⨯⋅⨯⋅⨯⋅ 图12-15、6.06pa6、613.8110s -⨯ 7、2 ,28、略二、选择题:教材习题12-1,12-2,12-3,12-4. 见课本p207~208参考答案:12-1~12-4 C, C, B, B. 第十三章热力学基础一、选择题1、有两个相同的容器,容积不变,一个盛有氦气,另一个盛有氢气均可看成刚性分子它们的压强和温度都相等,现将 5 J 的热量传给氢气,使氢气温度升高,如果使氦气也升高同样的温度,则应向氦气传递的热量是A 6 JB 5 JC 3 JD 2 J2、一定量理想气体,经历某过程后,它的温度升高了,则根据热力学定理可以断定:1该理想气体系统在此过程中作了功;2在此过程中外界对该理想气体系统作了正功;3该理想气体系统的内能增加了;4在此过程中理想气体系统既从外界吸了热,又对外作了正功;以上正确的是:A 1,3B 2,3C 3D 3,43、摩尔数相等的三种理想气体H e 、N 2和CO 2,若从同一初态,经等压加热,且在加热过程中三种气体吸收的热量相等,则体积增量最大的气体是:AH e BN 2CCO 2 D 三种气体的体积增量相同4、如图所示,一定量理想气体从体积为V 1膨胀到V 2,AB,AC为等温过程AD 为绝热过程;则吸热最多的是: A AB 过程 B AC 过程 C AD 过程 D 不能确定 5、卡诺热机的循环曲线所包围的面积从图中abcda 增大为ab’c’da ,那么循环abcda 与ab’c’da 所作的净功和热机效率的变化情况是:A 净功增大,效率提高;B 净功增大,效率降低;C 净功和效率都不变;D 净功增大,效率不变;6、根据热力学第二定律判断下列哪种说法是正确的是:A 热量能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;B 功可以全部变为热,但热不能全部变为功;C 气体能够自由膨胀,但不能自由压缩;D 有规则运动的能量能够变为无规则运动的能量,但无规则运动的能量不能够变为有规则运动的能量;7、 理想气体向真空作绝热膨胀A 膨胀后,温度不变,压强减小.VB 膨胀后,温度降低,压强减小.C 膨胀后,温度升高,压强减小.D 膨胀后,温度不变,压强不变.8、1mol 的单原子分子理想气体从状态A 变为状态B ,如果不知是什么气体,变化过程也不知道,但A 、B两态的压强、体积和温度都知道,则可求出:A 气体所作的功.B 气体内能的变化.C 气体传给外界的热量.D 气体的质量.9、 有人设计一台卡诺热机可逆的.每循环一次可从 400 K 的高温热源吸热1800 J,向 300 K 的低温热源放热 800 J .同时对外作功1000 J,这样的设计是A 可以的,符合热力学第一定律.B 可以的,符合热力学第二定律.C 不行的,卡诺循环所作的功不能大于向低温热源放出的热量.D 不行的,这个热机的效率超过理论值.10、 一绝热容器被隔板分成两半,一半是真空,另一半是理想气体.若把隔板抽出,气体将进行自由膨胀,达到平衡后A 温度不变,熵增加.B 温度升高,熵增加.C 温度降低,熵增加.D 温度不变,熵不变.二、 填充题1、要使一热力学系统的内能变化,可以通过 或 两种方式,或者两种方式兼用来完成;热力学系统的状态发生变化时,其内能的改变量只决定于 ,而与 无关;2、将热量Q 传给一定质量的理想气体;1若体积不变,热量转化为 ;2若温度不变,热量转化为 ;3、卡诺循环是由两个 过程和两个 过程组成的循环过程;卡诺循环的效率只与 有关,卡诺循环的效率总是 大于、小于、等于1;4、一定量理想气体沿a →b →c 变化时作功abc W =615J,气体在b 、c 两状态的内能差J E E c b 500=-;那么气体循环一周,所作净功=WJ ,向外界放热为=Q J ,等温过程中气体作功=ab WJ ;5、常温常压下,一定量的某种理想气体可视为刚性双原子分子,在等压过程中吸热为Q,对外作功为W,内能增加为E ∆,则W Q =_ _,E Q∆=_________; 6、p V -图上封闭曲线所包围的面积表示 物理量,若循环过程为逆时针方向,则该物理量为 ;填正或负7、一卡诺热机低温热源的温度为27C,效率为40% ,高温热源的温度T 1 = .8、设一台电冰箱的工作循环为卡诺循环,在夏天工作,环境温度在35C,冰箱内的温度为0C,这台电冰箱的理想制冷系数为e = .9、一循环过程如图所示,该气体在循环过程中吸热和放热的情ab coVT况是a →b 过程 ,b →c 过程 ,c →a 过程 ;10、将1kg 温度为010C 的水置于020C 的恒温热源内,最后水的温度与热源的温度相同,则水的熵变为 ,热源的熵变为 ;水的比热容为34.1810ln1.03530.035J kg K ⨯⋅=,参考答案:一、1、C 2、C 3、A 4、A 5、D6、C7、A8、B9、D 10、A二、1、作功,传热,始末状态,过程 2、理想气体的内能,对外作功 3、绝热,等温, 4、115J ,500J ,615J 5、27,576、功,负7、 500K8、9、吸热,放热,吸热 10、11146.3,142.7J K J K --⋅-⋅自测题5一、选择题1、一定量某理想气体按2pV =恒量的规律膨胀,则膨胀后理想气体的温度 A 将升高 B 将降低 C 不变 D 不能确定;2、若理想气体的体积为V ,压强为p ,温度为T ,一个分子的质量为m ,k 为玻尔兹曼常量,R 为摩尔气体常量,则该理想气体的分子数为 A pV m B ()pV kT C ()pV RT D ()pV mT3、如题5.1.1图所示,两个大小不同的容器用均匀的细管相连,管中有一水银作活塞,大容器装有氧气,小容器装有氢气,当温度相同时,水银滴静止于细管中央,试问此时这两种气体的密度哪个大 A 氧气的密度大; B 氢气的密度大; C 密度一样大; D 无法判断;4、若室内生起炉子后温度从015C 升高到027C ,而室内气压不变,则此时室内的分子数减少了A 0.5%B 4%C 9%D 21%5、一定量的理想气体,在容积不变的条件下,当温度升高时,分子的平均碰撞次数Z 和平均自由程λ的变化情况是 A Z 增大,λ不变; B Z 不变,λ增大; C Z 和λ都增大; D Z 和λ都不变;6、一定量的理想气体,从a 态出发经过①或②过程到达b 态,acb 为等温线如题5.1.2图所示,则①,②两过程中外界对系统传递的热量12,Q Q 是A 120,0Q Q >> B 120,0Q Q << C 120,0Q Q >< D 120,0Q Q <>7、如题5.1.3图,一定量的理想气体经历acb 过程时吸热200J ;则经历acbda 过程时,吸热为 A 1200J - B 1000J - C 700J - D 1000J8、一定量的理想气体,分别进行如题5.1.4图所示的两个卡诺循环abcda 和a b c d a ''''';若在P V -图上这两个循环曲线所围面积相等,则可以由此得知这两个循环 A 效率相等; B 由高温热源处吸收的热量相等;C 在低温热源处放出的热量相等;D 在每次循环中对外做的净功相等;9、“理想气体和单一热源接触作等温膨胀时,吸收的热量全部用来对外做功;”对此说法,有如下几种评论,哪种是正确的A 不违反热力学第一定律,但违反热力学第二定律;B 不违反热力学第二定律,但违反热力学第一定律;C 不违反热力学第一定律,也不违反热力学第二定律;D 违反热力学第一定律,也违反热力学第二定律;10、一定量的理想气体向真空作绝热自由膨胀,体积由1V 增至2V ,在此过程中气体的A 内能不变,熵增加;B 内能不变,熵减少;C 内能不变,熵不变;D 内能增加,熵增加;二、填空题:1、在推导理想气体压强公式中,体现统计意义的两条假设是1 ;2 ;2、在定压下加热一定量的理想气体;若使其温度升高1K 时,它的体积增加了倍,则气体原来的温度是 ;3、在相同的温度和压强下,各为单位体积的氢气视为刚性双原子分子气体与氦气的内能之比为 ;4、分子物理学是研究 的学科,它应用的基本方法是 方法;①②题5.1.2图 1 41 4 题5.1.3图o 题5.1.4图5、解释名词:自由度 ;准静态过程 ;6、用总分子数N ,气体分子速率v 和速率分布函数()f v 表示下列各量:1速率大于0v 的分子数= ;2速率大于0v 的那些分子的平均速率= ;3多次观察某一分子的速率,发现其速率大于0v 的概率= ;7、常温常压下,一定量的某种理想气体可视为刚性分子、自由度为i ,在等压过程中吸热为Q ,对外做功为A ,内能增加为E ∆,则A Q = ;8、有一卡诺热机,用29kg 空气为工作物质,工作在027C 的高温热源与073C -的低温热源之间,此热机的效率η= ;若在等温膨胀过程中气缸体积增大倍,则此热机每一循环所做的功为 ;空气的摩尔质量为312910kg mol--⨯⋅ 自测题5参考答案一、选择题1、B2、B3、A4、B5、A6、A7、B8、D9、C 10、A二、填空题1、1沿空间各方向运动的分子数目相等; 2222x y z v v v ==;2、200K3、53;1034、物质热现象和热运动规律; 统计;5、确定一个物体在空间的位置所需要的独立坐标的数目;系统所经历的所有中间状态都无限接近于平衡状态的过程;6、0000()()/()()v v v v Nf v dv vf v dv f v dv f v dv ∝∝∝∝⎰⎰⎰⎰ 7、2;22i i i ++ 8、533.3%;8.3110J ⨯;另外添加的题目:一、选择题:1、双原子理想气体,做等压膨胀,若气体膨胀过程从热源吸收热量J 700,则该气体对外做功为 DA J 350B J 300C J 250D J 2002、在V P -图图1中,mol 1理想气体从状态A 沿直线到达B ,B A V V =2,则此过程系统的功能和内能变化的情况为 CA 0,0>∆>E AB 0,0<∆<E AC 0,0=∆>E AD 0,0>∆<E A3、某理想气体分别经历如图2所示的两个卡诺循环:)(abcd I 和)(d c b a ''''I I ,且两条循环曲线所围面积相等;设循环I 的效率为η,每次循环在高温热源处吸收的热量为Q ,循环II 的效率为η',每次循环在高温Q ',则BA Q Q '<'<,ηη;B Q Q '>'<,ηη;C Q Q '<'>,ηη;D Q Q '>'>,ηη4、一热机在两热源12400,300T K T K ==之间工作,一循环过程吸收1800J ,放热800J ,作功1000J ,此循环可能实现吗 BA 可能;B 不可能;C 无法判断;5、有两个相同的容器,容积不变,一个盛有氦气,另一个盛有氢气均可看成刚性分子它们的压强和温度都相等,现将5J 的热量传给氢气,使氢气温度升高,如果使氦气也升高相同的温度,则应向氦气传递的热量是CA 6JB 5JC 3JD 2J6、一定量理想气体,经历某过程后,它的温度升高了,则根据热力学定理可以断定:1该理想气体系统在此过程中作了功;2在此过程中外界对该理想气体系统作了功;3该理想气体系统的内能增加了;4在此过程中理想气体系统既从外界吸了热,又对外作了正功;以上正确的是 CA 1,3B 2,3C 3 D3,4 E47、对于理想气体系统来说,在下列过程中,哪个过程系统所吸收的热量、内能的增量和对外作的功三者均为负值: DA 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8、对于室温下的双原子分子理想气体,在等压膨胀的情况下,系统对外所作的功与从外界吸收的热量之比/A Q 等于: DA 1/3B 1/4C 2/5D 2/79、摩尔数相等的三种理想气体e H 、2N 和2CO ,若从同一初态,经等压加热,且在加热过程中三种气体吸收的热量相等,则体积增量最大的气体是: AA e HB 2NC 2COD 三种气体的体积增量相同10、如图所示,一定量理想气体从体积为1V 膨胀到2V ,AB 为等压过程,AC 为等温过程,AD 为绝热过程,则吸热最多的是:AA AB 过程 B AC 过程 C AD 过程 D 不能确定11、根据热力学第二定律判断下列哪种说法是正确的是:CA 热量能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;B 功可以全部变为热,但热不能全部变为功;C 气体能够自由膨胀,但不能自由压缩;D 有规则运动的能量能够变为无规则运动的能量,但无规则运动的能量不能够变为有规则运动的能量;12、汽缸内盛有一定的理想气体,当温度不变,压强增大一倍时,该分子的平均碰撞频率和平均自由程的变化情况是:C A Z 和λ都增大一倍; B Z 和λ都减为原来的一半; C Z 增大一倍而λ减为原来的一半;D Z 减为原来的一半而λ增大一倍;13、在恒定不变的压强下,气体分子的平均碰撞频率Z 与气体的热力学温度T 的关系为CA Z 与T 无关;B Z 与T 成正比;C Z 与T 成反比;D Z 与T 成正比;14、一瓶氦气和一瓶氮气密度相同,分子平均平动动能相同,而且都处于平衡状态,则它们: CA 温度相同、压强相同;B 温度、压强相同;C 温度相同,但氦气的压强大于氮气的压强;D 温度相同,但氦气的压强小于氮气的压强;15、已知氢气与氧气的温度相同,请判断下列说法哪个正确A 氧分子的质量比氢分子大,所以氧气的压强一定大于氢气的压强;B 氧分子的质量比氢分子大,所以氧气密度一定大于氢气的密度;C 氧分子的质量比氢分子大,所以氢分子的速率一定比氧分子的速率大;D 氧分子的质量比氢分子大,所以氢分子的方均根速率一定比氧分子的方均根速率大;16、按2PV =恒量规律膨胀的理想气体,膨胀后的温度为: CA 升高;B 不变;C 降低;D 无法确定17、下列各式中哪一种式表示气体分子的平均平动动能式中M 为气体的质量,m 为气体分子的质量,N 为气体分子总数目,n 为气体分子密度,0N 为阿伏加德罗常数,mol M 为摩尔质量;A 32m PV M ;B 32mol M PV M ;C 32nPV ;D 032mol M N PV M18、一定量的理想气体可以:DA 保持压强和温度不变同时减小体积;B 保持体积和温度不变同时增大压强;C 保持体积不变同时增大压强降低温度;D 保持温度不变同时增大体积降低压强;19、设某理想气体体积为V ,压强为P ,温度为T ,每个分子的质量为μ,玻尔兹曼常数为k ,则该气体的分子总数可以表示为:C A PV k μ B PT V μ C PV kT D PT kV19、关于温度的意义,有下列几种说法:1气体的温度是分子平均平动动能的量度;2气体的温度是大量气体分子热运动的集体表现,具有统计意义;3温度的高低反映物质内部分子运动剧烈程度的不同;4从微观上看,气体的温度表示每个气体分子的冷热程度;上述说法中正确的是:BA1,2,4 B1,2,3 C2,3,4 D1,3,420、设某种气体的分子速率分布函数为()f v ,则速率在12v v →区间内的分子平均速率为:CA 21()v v vf v dv ⎰B 21()v v v vf v dv ⎰ C 2121()()v v v v vf v dv f v dv ⎰⎰ D 210()()v v vf v dv f v dv∝⎰⎰ 21、两容积不等的容器内分别盛有可视为理想气体的氦气和氮气,如果它们温度和压强相同,则两气体:CA 单位体积内的分子数必相同;B 单位体积内的质量必相同;C 单位体积内分子的平均动能必相同:D 单位体积内气体的内能必相同;22、在标准状态下,体积比为1:2的氧气和氦气均视为理想气体相混合,混合气体中氧气和氦气的内能之比为:CA 1:2B 5:3C 5:6D 10:3填空题:1、要使一热力学系统的内能增加,可以通过传热或作功两种方式,或者两种方式兼用来完成;热力学系统的状态发生变化时,其内能的改变量只决定于初末状态,而与过程无关;2、16g 氧气在400K 温度下等温压缩,气体放出的热量为1152J ,则被压缩后的气体的体积为原体积的12倍,而压强为原来压强的2倍;3、一热机从温度为727o C 的高温热源吸热,向温度为527oC 的低温热量放热,若热机在最大效率下工作,且每一循环吸热2000J ,则此热机每一循环作功为400J ;4、一卡诺热机在每次循环中都要从温度为400K 的高温热源吸热418J ,向低温热源放热334.4J ,低温热源的温度为320K ;5、汽缸内有单原子理想气体,若绝热压缩使体积减半,问气体分子的平均速率变为原来速率的 倍若为双原子理想气体又为 倍6、下面给出理想气体状态方程的几种微分形式,指出它们各表示什么过程; 1()mol PdV M M RdT =表示等压过程; 2()mol VdP M M RdT =表示等容或者等体过程;30PdV VdP +=表示等温过程;7、容积为10升的容器中储有10克的氧气;1600m s -=⋅,则此气体的温度T =462K ;压强P = 51.210⨯ Pa ;8、在室温27o C 下,1mol 氢气和1mol 氧气的内能比为1:1;1g 氢气和1g 氧气的内能比为16:19、理想气体的内能是温度的单值函数; 2i kT 表示分子的平均动能; 2i RT 表示1mol 气体分子的内能 2m i RT M 表示m 千克气体分子的内能 10、氮气在标准状态下的分子平均碰撞次数为311.310s -⨯,分子平均自由程为6610cm -⨯,若温度不变,气压降为0.1atm ,则分子平均碰撞次数变为211.310s -⨯;分子平均自由程变为5610cm -⨯。
热力学习题及答案解析
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热力学习题及答案解析
热力学学习题及答案解析
热力学是物理学的一个重要分支,研究能量转化和热力学系统的性质。
在学习
热力学的过程中,我们经常会遇到各种热力学学习题,通过解题可以加深对热
力学知识的理解。
下面我们就来看看一些常见的热力学学习题及答案解析。
1. 问题:一个理想气体在等温过程中,体积从V1扩大到V2,求气体对外界所
做的功。
答案解析:在等温过程中,理想气体对外界所做的功可以用以下公式表示:
W = nRTln(V2/V1),其中n为气体的摩尔数,R为气体常数,T为温度。
根据这
个公式,我们可以计算出气体对外界所做的功。
2. 问题:一个物体从20摄氏度加热到80摄氏度,求其温度变化时吸收的热量。
答案解析:物体温度变化时吸收的热量可以用以下公式表示:Q = mcΔT,其
中m为物体的质量,c为物体的比热容,ΔT为温度变化。
根据这个公式,我们
可以计算出物体温度变化时吸收的热量。
3. 问题:一个热机从高温热源吸收了500J的热量,向低温热源放出了300J的
热量,求该热机的热效率。
答案解析:热机的热效率可以用以下公式表示:η = 1 - Q2/Q1,其中Q1为
热机从高温热源吸收的热量,Q2为热机向低温热源放出的热量。
根据这个公式,我们可以计算出该热机的热效率。
通过以上几个热力学学习题及答案解析,我们可以看到在解题的过程中,需要
灵活运用热力学知识,并且掌握一定的计算方法。
希望通过不断的练习和思考,我们能够更好地理解和掌握热力学知识,提高解题能力。
(完整word版)热力学基础计算题答案
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《热力学基础》计算题答案全1. 温度为25℃、压强为1 atm 的1 mol 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. (普适气体常量R =8.31 1--⋅⋅K mol J 1,ln 3=1.0986)(1) 计算这个过程中气体对外所作的功.(2) 假若气体经绝热过程体积膨胀为原来的3倍,那么气体对外作的功又是多少? 解:(1) 等温过程气体对外作功为⎰⎰===333ln d d V V V V RT V VRTV p W 2分 =8.31×298×1.0986 J = 2.72×103 J 2分(2) 绝热过程气体对外作功为RT V p 1311131001--=--=--γγγγ 2分=2.20×103 J 2分2.一定量的单原子分子理想气体,从初态A 出发,沿图示直线过程变到另一状态B ,又经过等容、等压两过程回到状态A .(1) 求A →B ,B →C ,C →A 各过程中系统对外所作的功W ,内能的增量?E 以及所吸收的热量Q . (2) 整个循环过程中系统对外所作的总功以及从外界吸收的总热量(过程吸热的代数和). 解:(1) A →B : ))((211A B A B V V p p W -+==200 J .ΔE 1=??C V (T B -T A )=3(p B V B -p A V A ) /2=750 JQ =W 1+ΔE 1=950 J . 3分B →C : W 2 =0ΔE 2 =??C V (T C -T B )=3( p C V C -p B V B ) /2 =-600 J .Q 2 =W 2+ΔE 2=-600 J . 2分C →A : W 3 = p A (V A -V C )=-100 J .150)(23)(3-=-=-=∆C C A A C A V V p V p T T C E ν J . Q 3 =W 3+ΔE 3=-250 J 3分(2) W = W 1 +W 2 +W 3=100 J .Q = Q 1 +Q 2 +Q 3 =100 J 2分3. 0.02 kg 的氦气(视为理想气体),温度由17℃升为27℃.若在升温过程中,(1) 体积保持不变;(2) 压强保持不变;(3) 不与外界交换热量;试分别求出气体内能的改变、吸收的热量、外界对气体所作的功.(普适气体常量R =8.31 11K mol J --⋅)解:氦气为单原子分子理想气体,3=i (1) 等体过程,V =常量,W =0据 Q =?E +W 可知)(12T T C M ME Q V mol-=∆==623 J 3分 (2) 定压过程,p = 常量, )(12T T C M MQ p mol-==1.04×103 J ?E 与(1) 相同. W = Q ???E =417 J 4分(3) Q =0,?E 与(1) 同W = ??E=?623 J (负号表示外界作功) 3分4. 一定量的某单原子分子理想气体装在封闭的汽缸里.此汽缸有可活动的活塞(活塞与气缸壁之间无摩擦且无漏气).已知气体的初压强p 1=1atm ,体积V 1=1L ,现将该气体在等压下加热直到体积为原来的两倍,然后在等体积下加热直到压强为原来的2倍,最后作绝热膨胀,直到温度下降到初温为止, (1) 在p -V 图上将整个过程表示出来. (2) 试求在整个过程中气体内能的改变.(3) 试求在整个过程中气体所吸收的热量.(1 atm =1.013×105 Pa)(4) 试求在整个过程中气体所作的功. 解:(1) p -V 图如右图. 2分 (2) T 4=T 1?E =0 2分?11211V p ==5.6×102 J 4分 (4) W =Q =5.6×102 J 2分5.1 mol 双原子分子理想气体从状态A (p 1,V 1)沿p ?V 图所示直线变化到状态B (p 2,V 2),试求:(1) 气体的内能增量. (2) 气体对外界所作的功. (3) 气体吸收的热量.(4) 此过程的摩尔热容.(摩尔热容C =T Q ∆∆/,其中Q ∆表示1 mol 物质在过程中升高温度T ∆时所吸收的热量.) 解:(1))(25)(112212V p V p T T C E V -=-=∆ 2分 (2) ))((211221V V p p W -+=, W 为梯形面积,根据相似三角形有p 1V 2= p 2V 1,则)(211122V p V p W -=. 3分 (3) Q =ΔE +W =3( p 2V 2-p 1V 1 ). 2分(4) 以上计算对于A →B 过程中任一微小状态变化均成立,故过程中 ΔQ =3Δ(pV ).由状态方程得 Δ(pV ) =R ΔT ,故 ΔQ =3R ΔT ,摩尔热容 C =ΔQ /ΔT =3R . 3分6. 有1 mol 刚性多原子分子的理想气体,原来的压强为1.0 atm ,温度为27℃,若经过一绝热过程,使其压强增加到16 atm .试求:(1) 气体内能的增量; (2) 在该过程中气体所作的功; (3) 终态时,气体的分子数密度.( 1 atm= 1.013×105 Pa , 玻尔兹曼常量k=1.38×10-23 J ·K -1,普适气体常量R =8.31 J ·mol -1·K -1 )解:(1) ∵ 刚性多原子分子 i = 6,3/42=+=ii γ 1分 ∴ 600)/(11212==-γγp p T T K 2分3121048.7)(21)/(⨯=-=∆T T iR M M E mol J 2分(2) ∵绝热W =-ΔE =-7.48×103 J (外界对气体作功) 2分(3) ∵ p 2 = n kT 2∴n = p 2/(kT 2)=1.96×1026个/m 3 3分7. 如果一定量的理想气体,其体积和压强依照p a V /=的规律变化,其中a 为已知常量.试求:(1) 气体从体积V 1膨胀到V 2所作的功;(2) 气体体积为V 1时的温度T 1与体积为V 2时的温度T 2之比. 解:(1) d W = p d V = (a 2 /V 2 )d V)11()/(2122221V V a dV V a dW W V V -===⎰⎰2分 (2) ∵ p 1V 1 /T 1 = p 2V 2 /T 2 ∴ T 1/ T 2 = p 1V 1 / (p 2V 2 ) 由11/p a V =,22/p a V =得 p 1 / p 2= (V 2 /V 1 )2∴ T 1/ T 2 = (V 2 /V 1 )2 (V 1 /V 2) = V 2 /V 1 3分8. 汽缸内有一种刚性双原子分子的理想气体,若经过准静态绝热膨胀后气体的压强减少了一半,则变化前后气体的内能之比 E 1∶E 2=?解:据iRT MM E mol21)/(=, RT M M pV m ol )/(= 2分 得 ipV E 21=变化前 11121V ip E =, 变化后22221V ip E = 2分绝热过程 γγ2211V p V p =即1221/)/(p p V V =γ3分题设 1221p p =, 则 21)/(21=γV V 即 γ/121)21(/=V V∴)21/(21/221121V ip V ip E E =γ/1)21(2⨯=22.1211==-γ 3分9. 2 mol 氢气(视为理想气体)开始时处于标准状态,后经等温过程从外界吸取了 400 J 的热量,达到末态.求末态的压强.(普适气体常量R =8.31J·mol -2·K -1)解:在等温过程中, ΔT = 0 Q = (M /M mol ) RT ln(V 2/V 1) 得0882.0)/(ln 12==RTM M QVVmol即 V 2 /V 1=1.09 3分 末态压强 p 2 = (V 1 /V 2) p 1=0.92 atm 2分10. 为了使刚性双原子分子理想气体在等压膨胀过程中对外作功2 J ,必须传给气体多少热量?解:等压过程 W = p ΔV =(M /M mol )R ΔT 1分 内能增量 iW T iR M M E mal 2121)/(==∆∆ 1分双原子分子 5=i 1分∴ 721=+=+=∆W iW W E Q J 2分11.两端封闭的水平气缸,被一可动活塞平分为左右两室,每室体积均为V 0,其中盛有温度相同、压强均为p 0的同种理想气体.现保持气体温度不变,用外力缓慢移动活塞(忽略磨擦),使左室气体的体积膨胀为右室的2倍,问外力必须作多少功?为了使刚性双原子分子理想气体在等压膨胀过程中对外作功2 J ,必须传给气体多少热量?解:设左、右两室中气体在等温过程中对外作功分别用W 1、W 2表示,外力作功用W ′表示.由题知气缸总体积为2V 0,左右两室气体初态体积均为V 0,末态体积各为4V 0/3和2V 0/3 .1分据等温过程理想气体做功: W =(M /M mol )RT ln(V 2 /V 1) 得 34ln 34ln0000001V p V V V p W == 得 32ln 32ln 0000002V p V V V p W == 2分现活塞缓慢移动,作用于活塞两边的力应相等,则W’+W 1=-W 221W W W --=')32ln 34(ln00+-=V p 89ln 00V p = 2分 12.一定量的理想气体,从A 态出发,经p -V 图中所示的过程到达B 态,试求在这过程中,该气体吸收的热量. .解:由图可得A 态: =A A V p 8×105 JB 态: =B B V p 8×105 J∵ B B A A V p V p =,根据理想气体状态方程可知B A T T =,?E = 0 3分根据热力学第一定律得:)()(D B B A C A V V p V V p W Q -+-==6105.1⨯= J 2分13. 如图,体积为30L 的圆柱形容器内,有一能上下自由滑动的活塞(活塞的质量和厚度可忽略),容器内盛有1摩尔、温度为127℃的单原子分子理想气体.若容器外大气压强为1标准大气压,气温为27℃,求当容器内气体与周围达到平衡时需向外放热多少?(普适气体常量 R = 8.31 J ·mol -1·K -1)解:开始时气体体积与温度分别为 V 1 =30×10-3 m 3,T 1=127+273=400 K ∴气体的压强为 p 1=RT 1/V 1 =1.108×105 Pa 大气压p 0=1.013×105 Pa , p 1>p 0可见,气体的降温过程分为两个阶段:第一个阶段等体降温,直至气体压强p 2 = p 0,此时温度为T 2,放热Q 1;第二个阶段等压降温,直至温度T 3= T 0=27+273 =300 K ,放热Q 2 (1) )(23)(21211T T R T T C Q V -=-=365.7 K∴ Q 1= 428 J 5分(2) )(25)(32322T T R T T C Q p -=-==1365 J 活塞(完整word 版)热力学基础计算题答案∴ 总计放热 Q = Q 1 + Q 2 = 1.79×103 J 5分14.一定量的理想气体,由状态a 经b 到达c .(如图,abc 为一直线)求此过程中(1) 气体对外作的功; (2) 气体内能的增量;(3) 气体吸收的热量.(1 atm =1.013×105 Pa)解:(1) 气体对外作的功等于线段c a 下所围的面积W =(1/2)×(1+3)×1.013×105×2×10?3 J =405.2 J 3分 (2) 由图看出 P a V a =P c V c∴T a =T c2分内能增量 0=∆E . 2分(3) 由热力学第一定律得Q =E ∆ +W =405.2 J . 3分15. 一定量的理想气体在标准状态下体积为 1.0×10?2 m 3,求下列过程中气体吸收的热量:(1) 等温膨胀到体积为 2.0×10?2 m 3; (2) 先等体冷却,再等压膨胀到 (1) 中所到达的终态. 已知1 atm= 1.013×105 Pa ,并设气体的C V = 5R / 2. 解:(1) 如图,在A →B 的等温过程中,0=∆T E , 1分∴ ⎰⎰===2121d d 11V V V V T T V VV p V p W Q )/ln(1211V V V p = 3分 将p 1=1.013×105 Pa ,V 1=1.0×10?2 m 3和V 2=2.0×10?2 m 3 代入上式,得 Q T ≈7.02×102 J 1分(2) A →C 等体和C →B 等压过程中 ∵A 、B 两态温度相同,∴ ΔE ABC = 0∴ Q ACB =W ACB =W CB =P 2(V 2-V 1) 3分又 p 2=(V 1/V 2)p 1=0.5 atm 1分∴ Q ACB =0.5×1.013×105×(2.0-1.0)×10?2 J ≈5.07×102 J 1分16. 将1 mol 理想气体等压加热,使其温度升高72 K ,传给它的热量等于1.60×103 J ,求:(1) 气体所作的功W ; (2) 气体内能的增量E ∆; (3) 比热容比?.(普适气体常量11K mol J 31.8--⋅⋅=R )解:(1) 598===∆∆T R V p W J 2分 (2)31000.1⨯=-=∆W Q EJ 1分(3) 11K mol J 2.22--⋅⋅==∆TQC p 6.1==VpC C γ 2分17. 一定量的某种理想气体,开始时处于压强、体积、温度分别为p 0=1.2×106 Pa ,V 0=8.31×10-3m 3,T 0 =300 K 的初态,后经过一等体过程,温度升高到T 1 =450 K ,再经过一等温过程,压强降到p = p 0的末态.已知该理想气体的等压摩尔热容与等体摩尔热容之比C p / C V =5/3.求: (1) 该理想气体的等压摩尔热容C p 和等体摩尔热容C V .(2) 气体从始态变到末态的全过程中从外界吸收的热量. (普适气体常量R = 8.31 J·mol -1·K -1)解:(1) 由35=V pC C 和 R C C V p =-可解得 R C p 25= 和 R C V 23= 2分(2) 该理想气体的摩尔数 ==000RT Vp ν 4 mol在全过程中气体内能的改变量为 △E =??C V (T 1-T 2)=7.48×103 J 2分全过程中气体对外作的功为 011lnp p RT W ν= 式中 p 1 ∕p 0=T 1 ∕T 0则 30111006.6ln⨯==T T RT W ν J . 2分 全过程中气体从外界吸的热量为 Q = △E +W =1.35×104 J . 2分18.如图所示,AB 、DC 是绝热过程,CEA 是等温过程,BED 是任意过程,组成一个循环。
大学物理习题答案 气体动理论
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第六章 气体动理论1、 水银气压计中混进了一个气泡,因此它的读数比实际气体小些,当精确的气压计的水银柱为0.768m 时,它的水银柱只有0.748m 高,此时管中水银面到管顶距离为0.08m,试问此气压计的水银柱为0.734m 高时,实际的气压是多少?(把空气当作理想气体,并设温度不变)。
解:设第一次测得的空气泡的压强和体积汞汞汞(d 02.0d )748.0768.0hd P 1=−=Δ= s 08.0V 1=(s 为截面积)第二次测得空气泡的压强和体积s 094.0s )08.0734.0748.0(V 2=+−=汞汞d 017.0s094.0s 08.0d 02.0V V P P 2112=×== 实际压强)Pa (10999.01033.1751.0d 017.0d 734.0'P 552×=××=+=汞汞2、可用下面方法测定气体的摩尔质量。
先在容积为V的容器内装入被测量的气体,测出其压强为P 1,温度为T,并称出容器连同气体的质量为m 1。
然后放掉一部分气体,这时压强降到P 2,再称出容器连同气体的质量为m 2,假定温度保持不变,试求该气体的摩尔质量。
解:设容器的质量为m开始时)1(T V P R M m m 11=− 放气后 )2(TV P R M m m 22=− 解得 2121P P m m V RT M −−⋅=3、某容器内分子数密度为1026m -3,每个分子的质量为3×10-27kg,设其中1/6分子数以速率v=200ms -1垂直地向容器的一壁运动,而其余5/6分子或者离开此壁,或者平行此壁方向运动,且分子与容器壁的碰撞为完全弹性。
问:(1)每个分子作用于器壁 的冲量为多少?(2)每秒碰在器壁单位面积上的分子数n 0为多少?(3)作用在器壁上的压强为多少?解:(1) (kg m/s )2427102.12001032v 2P I −−×=×××=μ=Δ= (2) s m 10316110200vn 61n 228260⋅×=××==个 (3) Pa 104102.11031P n P 324280×=×××=Δ⋅=−4、有一容积为10cm 3的电子管,当温度为300k的时候,用真空泵把管内空气抽成压强为5×10-6mmHg的高真空,问此时管内有多少个空气分子?此空气分子的平均平动动能的总和是多少?平均转动动能的总和是多少?平动动能的总和是多少?(1mmHg=133.3Pa 空气分子可认为是刚性双原子分子)解:由理想气体状态方程RT PV ν=知空气的摩尔数RTPV =ν 1)个122366A A 1061.13001038.1101032.133105kT PV N RT PV N N ×=××××××===ν=−−− 2)J 1000.13001038.1231061.1kT 23N 82312k −−×=×××××==ε平总 3)J 1067.63001038.11061.1NkT 92312k −−×=××××==ε转总4)J 1067.18k k k −×=ε+ε=ε转总平总总5、一能量为1012eV的宇宙射线粒子,射入一氖管中,氖管中含有氖气0.1mol。
大学物理热力学基础知识点及试题带答案
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热力学基础一、基本要求1. 理解功、热量及准静态过程的概念。
2. 掌握热力学第一定律,能分析计算理想气体等容、等压、等温过程和绝热过程中的功、热量、内能改变量;理解循环过程概念及卡诺循环的特征,并能计算效率和致冷系数。
3. 了解可逆过程、不可逆过程及卡诺定理。
4. 了解热力学第二定律及其统计意义。
二、主要内容1. 准静态过程:过程进行的每一时刻,系统的状态都无限接近平衡态。
准静态过程可以用状态图上的曲线表示。
2. 热力学第一定律(1) 热力学第一定律的数学表达式Q=E 2 - E 1 +W对微分过程为dQ=dE +d W热力学第一定律的实质是能量守恒与转换定律在热现象中的应用,其内容表示系统吸收的热量一部分转换为系统的内能,一部分对外做功。
(2) 准静态过程系统对外做功:d W=pd V ,W=⎰12V V pd V(3) 热量:系统和外界之间或两个物体之间由于温度不同而交换的热运动量,热量也是过程量。
一定摩尔的某种物质,在某一过程中吸收的热量,)(C m12m c,T T M Q -=(4) 摩尔热容:1mo1物质温度变化1K 所吸收或放出的热量,定义式为 dTQd m,=m c C 其中m 为1mo1 物质吸热。
摩尔定容热容:CV , m =摩尔定压热容:Cp, m =理想气体的摩尔热容:CV, m =,Cp, m =Cp, m =CV, m + 摩尔热容比:=3. 热力学第一定律对理想气体等值过程和绝热过程的应用,详见表1 表1 d =0 =恒量=恒量p =恒量mmmM m T1nMm T1nCV, m =Cp, m =4. 循环过程(1)循环过程的特征是E =0热循环:系统从高温热源吸热,对外做功,向低温热源放热,致效率为== 1—致冷循环:系统从低温热源吸热,接受外界做功,向高温热源放热,致冷系数为==(2)卡诺循环:系统只和两个恒温热源进行热交换的准静态循环过程。
卡诺热机的效率为= 1—卡诺致冷机的致冷系数为三、习题与解答1、 如图所示,一定量的空气,开始在状态A ,其压强为2.0×105Pa ,体积为2.0 ×10-3m 3 ,沿直线AB 变化到状态B 后,压强变为1.0 ×105Pa ,体积变为3.0 ×10-3m 3 ,求此过程中气体所作的功.解 S ABCD =1/2(BC +AD)×CD 故 W =150 J2、 汽缸内储有2.0mol 的空气,温度为27 ℃,若维持压强不变,而使空气的体积膨胀到原体积的3倍,求空气膨胀时所作的功. 解 根据物态方程11RT pV v =, 则作功为()J 1097.92231112⨯===-=RT pv V V p W v3、64g 氧气(可看成刚性双原子分子理想气体)的温度由0℃升至50℃,〔1〕保持体积不变;(2)保持压强不变。
(完整版)大学物理习题集(气体动力论热力学基础)
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气体的动理论 姓名学号一. 选择题1.关于温度的意义,有下列几种说法: [ ](1)气体的温度是分子平均平动动能的量度。
(2)气体的温度是大量气体分子热运动的集体表现,具有统计意义。
(3)温度的高低反映物质内部分子运动剧烈程度的不同。
(4)从微观上看,气体的温度表示每个气体分子的冷热程度。
上述说法中正确的是(A )(1)、(2)、(4); (B )(1)、(2)、(3); (C )(2)、(3)、(4); (D )(1)、(3)、(4);2.若室内生起炉子后温度从15︒C 升高到27︒C ,而室内气压不变,则此时室内的分子数减少了[ ]。
(A )0.5% (B )4% (C )9% (D )21%3.一容器内装有N 1个单原子理想气体分子和N 2个刚性双原子理想气体分子,当该系统处在温度为T 的平衡态时,其内能为 [ ] )2523)(( (A)21kT kT N N ++ )2523)(( 21(B)21kT kT N N ++ kT N kT N 2523 (C)21+ kT N kT N 2325 (D)21+ 4.水蒸气分解成同温度的氢气和氧气,内能增加了百分之几?(不计振动自由度)(A )66.7% (B )50% (C )25% (D )0 [ ]5.在标准状态下,体积比为1:2的的氧气和氦气(均视为刚性分子理想气体)相混合,混合气体中氧气和氦气的内能之比为 [ ]2:1 (A) 3:5 (B) 6:5 (C) 3:10 (D) 6.温度、压强相同的氦气和氧气,它们分子的平均动能ε和平均平动动能w 有如下关系(A )ε和w 都相等。
(B )ε相等,而w 不相等。
[ ](C )w 相等,而ε不相等。
(D )ε和w 都不相等。
7.1mol 刚性双原子分子理想气体,当温度为T 时,其内能为 [ ] RT 23 (A) kT 23 (B) RT 25 (C) kT 25 (D) 8.在一容积不变的封闭容器内,理想气体分子的平均速率若提高为原来的2倍,则[ ](A )温度和压强都提高为原来的2倍。
大学物理答案第七章热力学基础-习题解答
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展望
学习方法建议
多做习题,提高解题能力 和综合分析能力。
加强理论学习,深入理解 热力学的物理意义和数学 表达。
关注学科前沿,了解热力 学在最新科研和技术中的 应用。
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热力学第一定律是能量守恒定律 在热学中的具体表现,它指出系 统能量的增加等于传入系统的热 量与外界对系统所做的功的和。
功的计算:在封闭系统中,外界 对系统所做的功可以通过热力学 第一定律进行计算,这有助于理 解系统能量的转化和利用。
能量平衡:利用热力学第一定律 ,可以分析系统的能量平衡,判 断系统是否处于热平衡状态。
热力学第二定律
热力学第二定律
描述了热力过程中宏观性质的自然方向性,即不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其它变 化。
表达式
不可能通过有限个步骤将热量从低温物体传到高温物体而不引起其它变化。
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热力学基础习题解答
热力学第一定律的应用
热量计算:通过热力学第一定律 ,可以计算系统吸收或放出的热 量,进而分析系统的能量变化。
热力学第二定律的应用
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热力学第二定律指出,自
•·
发过程总是向着熵增加的
方向进行,即不可逆过程
总是向着宏观状态更混乱
、更无序的方向发展。
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熵增加原理:根据热力学 第二定律,孤立系统的熵 永不减少,即自发过程总 是向着熵增加的方向进行 。
热机效率:利用热力学第 二定律,可以分析热机的 效率,探讨如何提高热机 的效率。
100%
制冷机效率的影响因素
制冷机效率受到多种因素的影响 ,如制冷剂的性质、蒸发温度和 冷凝温度、压缩机和冷却剂的流 量等。
《大学物理》气体动理论练习题及答案解析
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《大学物理》气体动理论练习题及答案解析一、简答题1、你能够从理想气体物态方程出发 ,得出玻意耳定律、查理定律和盖吕萨克定律吗? 答: 方程RT Mm pV '=描述了理想气体在某状态下,p ,V ,T 三个参量所满足的关系式。
对给定量气体(Mm '不变),经历一个过程后,其初态和终态之间有222111T V p T V p =的关系。
当温度不变时,有2211V p V p =,这就是玻意耳定律;当体积不变时,有2211T p T p =,这就是查理定律;当压强不变时,有2211T V T V =,这就是盖吕萨克定律。
由上可知三个定律是理想气体在经历三种特定过程时所表现出来的具体形式。
换句话说,遵从玻意耳定律、查理定律和盖吕萨克定律的气体可作为理想气体。
2、为什么说温度具有统计意义? 讲一个分子具有多少温度,行吗?答:对处于平衡态的理想气体来说,温度是表征大量分子热运动激烈程度的宏观物理量,是对大量气体分子热运动状态的一种统计平均,这一点从公式kT v m 23212=中的2v 计算中就可以看出(∑∑=iii Nv N v22),可见T 本质上是一种统计量,故说温度具有统计意义,说一个分子的T 是毫无意义的。
3、解释下列分子运动论与热力学名词:(1) 状态参量;(2) 微观量;(3) 宏观量。
答:(1)状态参量:在一定的条件下,物质系统都处于一定的状态下,每个状态都需用一组物理量来表征,这些物理量称为状态参量。
(2)微观量:描述个别分子运动状态的物理量。
(3)宏观量:表示大量分子集体特征的物理量。
4、一定量的理想气体处于热动平衡状态时,此热力学系统的不随时间变化的三个宏观量和不随时间变化的微观量分别有哪些?建议:本题“不随时间变化的微观量分别有哪些”不知道通过该设问需要学生掌握什么东西。
其实从微观角度来讲,分子的任何量,如分子速度,动能,动量,严格说来甚至质量也是变化的。
可能会有人回答为平均速度、平均速率、平均自有程等,但那又是一种统计行为,该值对应着某些宏观量,这只能称为统计量,与微观量和宏观量相区别。
大学物理气体动理论和热力学篇
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大学物理气体动理论和热力学篇大学物理单元测试测试范围:第6章—气体动理论基础第7章—热力学基础一、选择题(1-24题,每题3分)图11. 如图1,两个大小不同的容器用均匀的细管相连,管中有一水银滴作活塞,大容器装着氧气,小容器装着氢气,当温度相同时,水银滴正好在细管中央,则此时这两种气体中( B )(A)氢气的密度较大(B)氧气的密度较大(C)密度一样大(D)密度大小无法判定。
2. 一容器内装N1单原子和N2个双原子理想气体分子,当混合系统平衡后,温度为T,则系统内能为( C )(A)(B)(C)(D)图23. 一定质量的理想气体,其内能E与体积V的变化关系为一直线,如图2,则此直线表示的物理过程为(A )(A)等压过程(B)等温过程(C)等体过程(D)绝热过程4. 气缸内盛有一定量氢气(可视作理想气体),当温度不变,而压强增大一倍时,氢气分子的平均碰撞频率以及平均自由程的变化情况是( C )(A)和都增大一倍(B)和都减为原来一半(C)增大一倍,而减为原来的一半(D)减为原来的一半,而增大一倍。
5. 图3所示的是分子速率分布曲线,两条曲线可能是同一温度下的氮气和氦气的分子速率分布曲线的是( B )图 36. 速率分布函数的物理意义为( B )(A)具有速率的分子占总分子数的百分比(B)速率分布在附近的单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比(C)具有速率的分子数(D)速率分布在附近的单位速率间隔中的分子数。
7. 两种不同的理想气体,若它们的最概然速率相等,则它们的(A )(A)平均速率相等,方均根速率相等(B)平均速率相等,方均根速率不相等(C)平均速率不相等,方均根速率相等(D)平均速率不相等,方均根速率不相等。
8. 氢气和氧气各一罐,温度相同,下列说法正确的是(D)(A)氧气的分子质量比氢分子大,所以氧气的压强一定比氢气的压强大(B)氧气的分子质量比氢分子大,所以氧气的密度一定比氢气的密度大(C)氧气的分子质量比氢分子大,所以氢气分子的速率一定比氧气的速率大(D)氧气的分子质量比氢分子大,所以氢气分子的方均根速率一定比氧气的方均根速率大。
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第12章 气体动理论一、 填空题:1、一打足气的自行车内胎,若在7℃时轮胎中空气压强为4.0×510pa .则在温度变为37℃,轮胎内空气的压强是 。
(设内胎容积不变)2、在湖面下50.0m 深处(温度为4.0℃),有一个体积为531.010m -⨯的空气泡升到水面上来,若湖面的温度为17.0℃,则气泡到达湖面的体积是 。
(取大气压强为50 1.01310p pa =⨯)3、一容器内储有氧气,其压强为50 1.0110p pa =⨯,温度为27.0℃,则气体分子的数密度为 ;氧气的密度为 ;分子的平均平动动能为 ;分子间的平均距离为 。
(设分子均匀等距排列)4、星际空间温度可达 2.7k ,则氢分子的平均速率为 ,方均根速率为 ,最概然速率为 。
5、在压强为51.0110pa ⨯下,氮气分子的平均自由程为66.010cm -⨯,当温度不变时,压强为 ,则其平均自由程为1.0mm 。
6、若氖气分子的有效直径为82.5910cm -⨯,则在温度为600k ,压强为21.3310pa ⨯时,氖分子1s 内的平均碰撞次数为 。
7、如图12-1所示两条曲线(1)和(2),分别定性的表示一定量的某种理想气体不同温度下的速率分布曲线,对应温度高的曲线 是 .若图中两条曲线定性的表示相同温度下的氢气和氧气的速率分布曲线,则表示氧气速率分布曲线的是 .8、试说明下列各量的物理物理意义: (1)12kT , (2)32kT , (3)2i kT , (4)2i RT , (5)32RT , (6)2M i RT Mmol 。
参考答案:1、54.4310pa ⨯2、536.1110m -⨯3、25332192.4410 1.30 6.2110 3.4510mkg m J m ----⨯⋅⨯⨯ 4、2121121.6910 1.8310 1.5010m s m s m s ---⨯⋅⨯⋅⨯⋅ 图12-15、6.06pa6、613.8110s -⨯ 7、(2) ,(2)8、略二、选择题: 教材习题12-1,12-2,12-3,12-4. (见课本p207~208)参考答案:12-1~12-4 C, C, B, B.第十三章热力学基础一、选择题1、有两个相同的容器,容积不变,一个盛有氦气,另一个盛有氢气(均可看成刚性分子)它们的压强和温度都相等,现将 5 J 的热量传给氢气,使氢气温度升高,如果使氦气也升高同样的温度,则应向氦气传递的热量是 ( )(A ) 6 J (B ) 5 J (C ) 3 J (D ) 2 J2、一定量理想气体,经历某过程后,它的温度升高了,则根据热力学定理可以断定:(1)该理想气体系统在此过程中作了功;(2)在此过程中外界对该理想气体系统作了正功;(3)该理想气体系统的内能增加了;(4)在此过程中理想气体系统既从外界吸了热,又对外作了正功。
以上正确的是: ( )(A ) (1),(3) (B ) (2),(3) (C ) (3)(D ) (3),(4)3、摩尔数相等的三种理想气体H e 、N 2和CO 2,若从同一初态,经等压加热,且在加热过程中三种气体吸收的热量相等,则体积增量最大的气体是: ( )(A )H e (B )N 2(C )CO 2 (D )三种气体的体积增量相同4、如图所示,一定量理想气体从体积为V 1膨胀到V 2,AB 为等压过程,AC 为等温过程AD 为绝热过程。
则吸热最多的是:( )(A ) AB 过程(B )AC 过程(C ) AD 过程 (D )不能确定5、卡诺热机的循环曲线所包围的面积从图中abcda 增大为ab’c’da ,那么循环abcda 与ab’c’da 所作的净功和热机效率的变化情况是: ( ) (A)净功增大,效率提高; (B)净功增大,效率降低;(C)净功和效率都不变; (D)净功增大,效率不变。
6、根据热力学第二定律判断下列哪种说法是正确的是:( ) (A) 热量能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;(B) 功可以全部变为热,但热不能全部变为功;(C) 气体能够自由膨胀,但不能自由压缩;(D) 有规则运动的能量能够变为无规则运动的能量,但无规则运动的能量不能够变为有规则运动的能量。
7、 理想气体向真空作绝热膨胀 ( )(A) 膨胀后,温度不变,压强减小. 0 V 1 V 2 V(B) 膨胀后,温度降低,压强减小.(C) 膨胀后,温度升高,压强减小.(D) 膨胀后,温度不变,压强不变.8、1mol 的单原子分子理想气体从状态A 变为状态B ,如果不知是什么气体,变化过程也不知道,但A 、B两态的压强、体积和温度都知道,则可求出: ( )(A) 气体所作的功. (B) 气体内能的变化.(C) 气体传给外界的热量. (D) 气体的质量.9、 有人设计一台卡诺热机(可逆的).每循环一次可从 400 K 的高温热源吸热1800 J ,向 300 K 的低温热源放热 800 J .同时对外作功1000 J ,这样的设计是 ( )(A) 可以的,符合热力学第一定律.(B) 可以的,符合热力学第二定律.(C) 不行的,卡诺循环所作的功不能大于向低温热源放出的热量.(D) 不行的,这个热机的效率超过理论值.10、 一绝热容器被隔板分成两半,一半是真空,另一半是理想气体.若把隔板抽出,气体将进行自由膨胀,达到平衡后 ( )(A) 温度不变,熵增加. (B) 温度升高,熵增加.(C) 温度降低,熵增加. (D) 温度不变,熵不变. 二、 填充题1、要使一热力学系统的内能变化,可以通过 或 两种方式,或者两种方式兼用来完成。
热力学系统的状态发生变化时,其内能的改变量只决定于 ,而与 无关。
2、将热量Q 传给一定质量的理想气体。
(1)若体积不变,热量转化为 ;(2)若温度不变,热量转化为 。
3、卡诺循环是由两个 过程和两个 过程组成的循环过程。
卡诺循环的效率只与 有关,卡诺循环的效率总是 (大于、小于、等于)1。
4、一定量理想气体沿a →b →c 变化时作功abc W =615J ,气体在b 、c 两状态的内能差J E E c b 500=-。
那么气体循环一周,所作净功=WJ ,向外界放热为=Q J ,等温过程中气体作功=ab WJ 。
5、常温常压下,一定量的某种理想气体(可视为刚性双原子分子),在等压过程中吸热为Q ,对外作功为W ,内能增加为E ∆,则W Q =_ _,E Q∆=_________。
6、p V -图上封闭曲线所包围的面积表示 物理量,若循环过程为逆时针方向,则该物理量为 。
(填正或负)7、一卡诺热机低温热源的温度为27?C,效率为40% ,高温热源的温度T 1 = .8、设一台电冰箱的工作循环为卡诺循环,在夏天工作,环境温度在35?C,冰箱内的温度为0?C,这台电冰箱的理想制冷系数为e = .9、一循环过程如图所示,该气体在循环过程中吸热和放热的情ab coVT况是a →b 过程 ,b →c 过程 ,c →a 过程 。
10、将1kg 温度为010C 的水置于020C 的恒温热源内,最后水的温度与热源的温度相同,则水的熵变为 ,热源的熵变为 。
(水的比热容为34.1810ln1.03530.035J kg K ⨯⋅=,)参考答案:一、1、C 2、C 3、A 4、A 5、D6、C7、A8、B9、D 10、A二、1、作功,传热,始末状态,过程 2、理想气体的内能,对外作功 3、绝热,等温, 4、115J ,500J ,615J 5、27,576、功,负7、 500K8、7.89、吸热,放热,吸热 10、11146.3,142.7J K J K --⋅-⋅自测题5一、选择题1、一定量某理想气体按2pV =恒量的规律膨胀,则膨胀后理想气体的温度 ( )(A )将升高 (B )将降低 (C )不变 (D )不能确定。
2、若理想气体的体积为V ,压强为p ,温度为T ,一个分子的质量为m ,k 为玻尔兹曼常量,R 为摩尔气体常量,则该理想气体的分子数为 ( )(A )pV m (B ))pV kT (C )()pV RT (D )()pV mT3、如题5.1.1图所示,两个大小不同的容器用均匀的细管相连,管中有一水银作活塞,大容器装有氧气,小容器装有氢气,当温度相同时,水银滴静止于细管中央,试问此时这两种气体的密度哪个大? ( )(A )氧气的密度大。
(B )氢气的密度大。
(C )密度一样大。
(D )无法判断。
4、若室内生起炉子后温度从015C 升高到027C ,而室内气压不变,则此时室内的分子数减少了( )(A )0.5% (B )4% (C )9% (D )21%5、一定量的理想气体,在容积不变的条件下,当温度升高时,分子的平均碰撞次数Z 和平均自由程λ的变化情况是 ( )(A )Z 增大,λ不变。
(B )Z 不变,λ增大。
(C )Z 和λ都增大。
(D )Z 和λ都不变。
6、一定量的理想气体,从a 态出发经过①或②过程到达b 态,acb 为等温线(如题5.1.2图所示),则①,②两过程中外界对系统传递的热量12,Q Q 是 ( )(A )120,0Q Q >> (B )120,0Q Q << (C )120,0Q Q >< (D )120,0Q Q <>7、如题5.1.3图,一定量的理想气体经历acb 过程时吸热200J 。
则经历acbda 过程时,吸热为 ( )(A )1200J - (B )1000J - (C )700J - (D )1000J8、一定量的理想气体,分别进行如题5.1.4图所示的两个卡诺循环abcda 和a b c d a '''''。
若在P V -图上这两个循环曲线所围面积相等,则可以由此得知这两个循环 ( ) (A )效率相等。
(B )由高温热源处吸收的热量相等。
(C )在低温热源处放出的热量相等。
(D )在每次循环中对外做的净功相等。
9、“理想气体和单一热源接触作等温膨胀时,吸收的热量全部用来对外做功。
”对此说法,有如下几种评论,哪种是正确的? ( )(A )不违反热力学第一定律,但违反热力学第二定律。
(B )不违反热力学第二定律,但违反热力学第一定律。
(C )不违反热力学第一定律,也不违反热力学第二定律。
(D )违反热力学第一定律,也违反热力学第二定律。
10、一定量的理想气体向真空作绝热自由膨胀,体积由1V 增至2V ,在此过程中气体的( )(A )内能不变,熵增加。
(B )内能不变,熵减少。
(C )内能不变,熵不变。
(D )内能增加,熵增加。
二、填空题:1、在推导理想气体压强公式中,体现统计意义的两条假设是(1) ;(2) 。