大学物理下册习题及问题详解.docx
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大学物理下册习题及问题详解
大学物理
练
习
册
物理教研室遍
热力学
(一)
一、选择题:
1、如图所示,当汽缸中的活塞迅速向外移动从而使汽缸膨胀时,气体所经历的过程
(A)是平衡过程,它能用P—V图上的一条曲线表示。
(B)不是平衡过程,但它能用P—V图上的一条曲线表示。
(C)不是平衡过程,它不能用P—V图上的一条曲线表示。
(D)是平衡过程,但它不能用P—V图上的一条曲线表示。
[]
2、在下列各种说法中,哪些是正确的?
[]
(1)热平衡就是无摩擦的、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)热平衡过程在P—V图上可用一连续曲线表示。
(A)
(1)、
(2)(B)(3)、(4)
(C)
(2)、(3)、(4)(D)
(1)、
(2)、(3)、(4)
3、设有下列过程:
[]
(1)用活塞缓慢的压缩绝热容器中的理想气体。
(设活塞与器壁无摩擦)
(2)用缓慢地旋转的叶片使绝热容器中的水温上升。
(3)冰溶解为水。
(4)一个不受空气阻力及其它摩擦力作用的单摆的摆动。
其中是逆过程的为
(A)
(1)、
(2)、(4)(B)
(1)、
(2)、(3)
(C)
(1)、(3)、(4)(D)
(1)、(4)
4、关于可逆过程和不可逆过程的判断:
[]
(1)可逆热力学过程一定是准静态过程。
(2)准静态过程一定是可逆过程。
(3)不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程。
(4)凡有摩擦的过程,一定是不可逆过程。
以上四种判断,其中正确的是
(A)
(1)、
(2)、(3)(B)
(1)、
(2)、(4)
(C)
(2)、(4)(D)
(1)、(4)
5、在下列说法中,哪些是正确的?
[]
(1)可逆过程一定是平衡过程。
(2)平衡过程一定是可逆的。
(3)不可逆过程一定是非平衡过程。
(4)非平衡过程一定是不可逆的。
(A)
(1)、(4)(B)
(2)、(3)
(C)
(1)、
(2)、(3)、(4)(D)
(1)、(3)
6、置于容器内的气体,如果气体内各处压强相等,或气体内各处温度相同,则这两种情况下气体的状态[]
(A)一定都是平衡态。
(B)不一定都是平衡态。
(C)前者一定是平衡态,后者一定不是平衡态。
(D)后者一定是平衡态,前者一定不是平衡态。
7、气体在状态变化过程中,可以保持体积不变或保持压强不变,这两种过程[]
(A)一定都是平衡过程。
(B)不一定是平衡过程。
(C)前者是平衡态,后者不是平衡态。
(D)后者是平衡态,前者不是平衡态。
8、一定量的理想气体,开始时处于压强,体积,温度分别为P1、V1、T1,的平衡态,后来变到压强、体积、温度分别为P2、V2、T2的终态。
若已知V2>V1,且T2=T1,则以下各种说法正确的是:
[]
(A)不论经历的是什么过程,气体对外净做的功一定为正值。
(B)不论经历的是什么过程,气体从外界净吸的热一定为正值。
(C)若气体从始态变到终态经历的是等温过程,则气体吸收的热量最少。
(D)如果不给定气体所经历的是什么过程,则气体在过程中对外净做功和外界净吸热的正负皆无法判断。
二、填空题:
1、在热力学中,“作功”和“传递热量”有着本质的区别,“作功”是通过__________来完成的;“传递热量”是通过___________来完成的。
2、设在某一过程P中,系统由状态A变为状态B,如果_____________________________
_________________________,则过程P为可逆过程;如果___________________
___________________________________则过程P为不可逆过程。
3、同一种理想气体的定压摩尔热容Cp大于定容摩尔热容Cv,其原因是_____________________________________________________________________。
4、将热量Q传给一定量的理想气体,
(1)若气体的体积不变,则热量转化为________________________________。
(2)若气体的温度不变,则热量转化为________________________________。
(3)若气体的压强不变,则热量转化为________________________________。
5、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,对外作功为A,内能增加为ΔE,则
A/Q=____________.ΔE/Q=_____________。
6、3mol的理想气体开始时处在压强P1=6atm、温度T1=500K的平衡态。
经过一个等温过程,压强变为P2=3atm。
该气体在等温过程中吸收的热量为Q=_____________J。
(摩尔气体常量R=8.31J•mol-1•K-1)
7、2mol单原子分子理想气体,经一等容过程后,温度从200K上升到500K,若该过程为准静态过程,气体吸收的热量为_________;若为不平衡过程,气体吸收的热量为___________。
8、卡诺制冷机,其低温热源温度为T2=300K,高温热源温度为T1=450K,每一循环从低温热源吸收Q2=400J。
已知该制冷机的制冷系数为
(式中A为外界对系统作的功),则每一循环中外界必须作功A=_________.
三、计算题:
1、有1mol刚性多原子分子的理想气体,原来的压强为1.0atm,温度为27˚C,若经过一绝热过程,使其压强增加到16atm。
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。
(1atm=1.013×105Pa,玻耳滋曼常数k=1.38×10-23J•K-1摩尔气体常量R=8.31J•mol-1•K-1)
2、如图所示,abcda为1mol单原子分子理想气体的循环过程,求:
(1)气体循环一次,在吸热过程中从外界共吸收的热量;
(2)气体循环一次对外做的净功;
(3)证明TaTc=TbTd。
3、一气缸内盛有一定量的单原子理想气体。
若绝热压缩使其容积减半,问气体分子的平均速率为原来的几倍?
热力学
(二)
1、理想气体向真空作绝热膨胀。
[]
(A)膨胀后,温度不变,压强减小。
(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。
2、氦、氮、水蒸气(均视为理想气体),它们的摩尔数相同,初始状态相同,若使他们在体积不变情况下吸收相等的热量,则[]
(A)它们的温度升高相同,压强增加相同。
(B)它们的温度升高相同,压强增加不相同。
(C)它们的温度升高不相同,压强增加不相同。
(D)它们的温度升高不相同,压强增加相同。
3、一个绝热容器,用质量可忽略的绝热板分成体积相等的两部分。
两边分别装入质量相等、温度相同的H2和O2。
开始时绝热板P固定。
然后释放之,板P将发生移动(绝热板与容器壁之间不漏气且摩擦可以忽略不计),在达到新的平衡位置后,若比较两边温度的高低,则结果是:
[]
(A)
H2比O2温度高。
(B)O2比H2温度高。
(C)两边温度相等且等于原来的温度。
(D)两边温度相等但比原来的温度降低了。
4、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Po,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[]
(A)Po(B)Po/2(C)2r/Po(D)Po/2r(r=Cp/Cv)
5、1mol理想气体从P-V图上初态a分别经历如图所示的
(1)或
(2)过程到达末态b。
已知Ta (A)Q1>Q2>0(B)Q2>Q1>0(C)Q2 (D)Q1 6、有两个相同的容器,容积固定不变,一个盛有氦气,另一个盛有氢气(看成刚性分子理想气体),它们的温度和压强都相等,现将5J的热量传给氢气,使氢气温度升高,如果使氦气也升高同样的温度,则应向氦气传递的热量是[] (A)6J(B)5J (C)3J(D)2J 7、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)1000J[] 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[] (A)1/3(B)1/4 (C)2/5(D)2/7 9、如果卡诺热机的循环曲线所包围的面积从图中的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。 一、填空题: 1、如图所示,已知图中画不同斜线的两部分分别为S1和S2,那么 (1)如果气体的膨胀过程为a—1—b,则气体对外做功A=; (2)如果气体进行a—2—b—1—a的循环过程,则它对外做功A= 2、已知1mol的某种理想气体(可视为刚性分子),在等压过程中温度上升1K,内能增加了20.78J,则气体对外做功为__________,气体吸收热量为__________. 3、刚性双原子分子的理想气体在等压下膨胀所作的功为A,则传递给气体的热量为_______________。 4、热力学第二定律的克劳修斯叙述是: _________________________________________; 开尔文叙述是____________________________________________. 5、从统计的意义来解释: 不可逆过程实质上是一个________________________________________的转变过程。 一切实际过程都向着____________________________________________的方向进行。 6、由绝热材料包围的容器被隔板隔为两半,左边是理想气体,右边是真空。 如果把隔板撤去,气体将进行自由膨胀过程,达到平衡后气体的温度_________(升高、降低或不变),气体的熵___________(增加、减小或不变)。 二、计算题: 1、一定量的单原子分子理想气体,从A态出发经等压过程膨胀到B态,又经绝热过程膨胀到C态,如图所示。 试求这全过程中气体对外所作的功,内能的增量以及吸收的热量。 2、如果一定量的理想气体,其体积和压强依照V=a/的规律变化,其中a为已知常数。 试求: (1)气体从体积V1膨胀到V2所作的功; (2)体积为V1时的温度T1与体积为V2时的温度T2之比。 3、一卡诺热机(可逆的),当高温热源的温度为127°C、低温热源温度为27°C时,其每次循环对外作净功8000J。 今维持低温热源的温度不变,提高高温热源温度,使其每次循环对外作净功10000J。 若两个卡诺循环都工作在相同的两条绝缘线之间,试求: (1)第二个循环热机的效率; (2)第二个循环的高温热源的温度。 4、一定量的刚性双原子分子的理想气体,处于压强P1=10atm、温度T1=500K的平衡态,后经历一绝热过程达到压强P2=5atm、温度为T2的平衡态。 求T2。 热力学(三) 一、选择题 1、设高温热源的热力学温度是低温热源的热力学温度的n倍,则理想气体在一次卡诺循环中,传给低温热源的热量是从高温热源吸取的热量的 (A)n倍(B)n–1倍 (C)倍(D)倍[] 2、一定量理想气体经历的循环过程用V-T曲线表示如题2图,在此循环过程中,气体从外界吸热的过程是 (A)A→B(B)B→C (C)C→A(D)B→C和C→A[] 3、所列题3图分别表示某人设想的理想气体的四个循环过程,请选出其中一个在物理上可能实现的循环过程的图的标号。 [] VP(A)P(B) 绝热绝热 CB等温等容等容 OVO等温V P等压(C)P(D) A等温 绝热绝热绝热绝热 OTOVOV 题2图题3图 4、理想气体卡诺循环过程的两条绝热线下的面积大小(图中阴影部分),分割为S1和S2,则二者的大小关系是 (A)S1>S2(B)S1=S2 (C)S1 P S2S1 V 5、“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作功”。 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。 [] 6、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。 [] 7、一定量的理想气体向真空作绝热自由膨胀,体积由V1增至V2,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。 [] 8、给定理想气体,从标准状态(P0,V0,T0)开始作绝热膨胀,体积增大到3倍,膨胀后温度T、压强P与标准状态时T0、P0之关系为(γ为比热比)[] (A)T=()rT0;P=()r-1P0。 (B)T=()r-1T0;P=()rP0。 (C)T=()-rT0;P=()r-1P0。 (D)T=()r-1T0;P=()-rP0。 一、填空题: 1、在P-V图上 (1)系统的某一平衡态用来表示; (2)系统的某一平衡过程用来表示; (3)系统的某一平衡循环过程用来表示。 2、P-V图上的一点,代表; P-V图上任意一条曲线,表示; 3、一定量的理想气体,从P-V图上状态A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: (1)气体对外作功最大的是过程; (2)气体吸热最多的是过程; PA OV1V2V 4、压强、体积和温度都相同的氢气和氦气(均视为刚性分子的理想气体),它们的质量比为m1: m2=,它们的内能之比E1: E2=,如果它们分别在等压过程中吸收了相同的热量,则它们对外作功之比为A1: A2=。 (各量下角标1表示氢气,2表示氦气) 5、质量为2.5g的氢气和氦气的混合气体,盛于某密闭的气缸里(氢气和氦气均视为刚性分子的理想气体),若保持气缸的体积不变,测得此混合气体的温度每升高1K,需要吸收的热量等于2.25R(R为摩尔气体常量)。 由此可知,该混合气体中有氢气g,氦气g;若保持气缸内的压强不变,要使该混合气体的温度升高1K,则该气体吸收的热量为。 (氢气的Mmol=2×10-3kg,氦气的Mmol=4×10-3kg) 6、一定量理想气体,从A状态(2P1,V1)经历如图所示的直线过程变到B状态(P1,2V1),则AB过程中系统作功A=;内能改变△E=。 第6题图第7题图 7、如图所示,理想气体从状态A出发经ABCDA循环过程, 回到初态A点,则循环过程中气体净吸的热量Q=。 8、有一卡诺热机,用29kg空气为工作物质,工作在27℃的高温热源与–73℃的低温热源之间,此热机的效率η=。 若在等温膨胀的过程中气缸体积增大2.718倍,则此热机每一循环所作的功为。 (空气的摩尔质量为29×10-3kg·mol-1) 二、计算题: 1、一定量的某种理想气体,开始时处于压强、体积、温度分别为P0=1.2×106P0,V0=8.31×10-3m3,T0=300K的初态,后经过一等容过程,温度升高到T1=450K,再经过一等温过程,压强降到P=P0的末态。 已知该理想气体的等压摩尔热容与等容摩尔热容之比CP/CV=5/3,求: (1)该理想气体的等压摩尔热容CP和等容量摩尔热容CV。 (2)气体从始态变到末态的全过程中从外界吸收的热量。 2、某理想气体在P-V图上等温线与绝热线相交于A点,如图,已知A点的压强P1=2×105P0,体积V1=0.5×10-3m3,而且A点处等温线斜率与绝热线斜率之比为0.714,现使气体从A点绝热膨胀至B点,其体积V2=1×10-3m3,求 (1)B点处的压强; (2)在此过程中气体对外作的功。 3、1mol单原子分子的理想气体,经历如图所示的可逆循环,联结AC两点的曲线III的方程为P=P0V2/V20,A点的温度为T0。 (1)试以T0,R表示I、II、III过程中气体吸收的热量。 (2)求此循环的效率。 (提示: 循环效率的定义式η=1–Q2/Q1,Q1循环中气体吸收的热量,Q2为循环中气体放出的热量)。 气体动理论 (一) 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P1和P2,则两者的大小关系是: (A)P1>P2(B)P1 (C)P1=P2(D)不确定的。 [] 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)。 [] 3、有一截面均匀的封闭圆筒,中间被一光滑的活塞分隔成两边,如果其中的一边装有0.1kg某一温度的氢气,为了使活塞停留在圆筒的正中央,则另一边应装入同一温度的氧气质量为: [] (A)1/16kg(B)0.8kg (C)1.6kg(D)3.2kg 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[] 5、一定量某理想气体按PV2=恒量的规律膨胀,则膨胀后理想气体温度 (A)将升高(B)将降低 (C)不变(D)升高还是降低,不能确定[] 6、如图所示,两个大小不同的容器用均匀的细管相连,管中有一水银滴作活塞,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。 [] H2O2 一、填空题: 1、对一定质量的理想气体进行等温压缩,若初始时每立方米体积内气体分子数为1.96×1024,当压强升高到初值的两倍时,每立方米体积内气体分子数应为。 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)。 3、某理想气体在温度为27℃和压强为1.0×10-2atm情况下,密度为11.3g/m3,则这气体的摩尔质量Mmol=。 (摩尔气体常量R=8.31J·mol-1·K-1) 4、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。 5、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)pdV=(M/Mmol)RdT表示过程。 (2)Vdp=(M/Mmol)RdT表示过程。 (3)pdV+Vdp=0表示过程。 6、氢分子的质量3.3×10–24g,如果每秒有1023个氢分子沿着与容器器壁的法线成45°角的方向以105cm·s-1的速率撞击在2.0cm2面积上(碰撞是完全弹性的),则此氢气的压强为。 7、一气体分子的质量可以根据该气体的定容比热容来计算,氩气的定容比热容Cv=0.314kJ·kg-1·K-1,则氩原子的质量m=。 (1kcal=4.18×103J) 8、分子物理是研究的学科,它应用的基本方法是方法。 9、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: ; 二、计算题: 1、黄绿光的波长是5000Å(1Å=10-10m),理想气体在标准状态下,以黄绿光的波长为边长的立方体内有多少个分子? (玻耳兹曼常量k=1.38×10-23J·K-1) 2、两个相同的容器装有氢气,以一细玻璃管相连通,管中用一滴水银作活塞,如图所示,当左边容器的温度为0℃,而右边容器的温度为20℃时,水银滴刚好在管的中央,试问,当左边容器温度由0℃增到5℃,而右边容器温度由20℃增到30℃时,水银滴是否会移动? 如何移动? 3、假设地球大气层由同种分子构成,且充满整个空间,并设各处温度T相等。 试根据玻璃尔兹曼分布律计算大气层分子的平均重力势能εp。 (已知积分公式Xne-axdx=n! /an+1) 热力学 (一)(答案) 一、1.C2.B3.D4.D5.A6.B7.B8.D 二、1.物体作宏观位移,分子之间的相互作用。 2.能使系统进行逆向变化,回复状态,而且周围一切都回复原状。 系统不能回复到初;态;或者系统回复到初态时,周围并不能回复原状。 3.在等压升温过程中,气体要膨胀而作功,所以要比气体等体升温过程多吸收一部分热量。 4. (1)气体的内能, (2)气体对外所做的功,(3)气体的内能和对外所做的功 5.2/i+2,i/i+26.8.64×1037.7.48×103J,7.48×103J 8.200J 热力学 (二)答案 一、1.A2.C3.B4.B5.A6.C7.B8.D9.D 二、1.S1+S2,-S12.8.31J,29.09J3.7A/2 4、不可能把热量从低温物体自动传到高温物体而不引起外界变化 不
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