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2025年大学物理（熵增原理）试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题，共30分）
（总共6题，每题5分，每题只有一个正确答案，请将正确答案填在括号内）
w1. 关于熵增原理，以下说法正确的是（ ）
A. 系统的熵只能增加不能减少
B. 孤立系统的熵永不减少
C. 非孤立系统的熵一定增加
D. 开放系统的熵不会改变
答案：B

w2. 熵增原理表明（ ）
A. 自然界的一切过程都是可逆的
B. 自然界的一切过程都是不可逆的
C. 只有在孤立系统中，过程才是不可逆的
D. 只有在非孤立系统中，过程才是不可逆的
答案：B

w3. 对于一个孤立系统内发生的过程，以下说法正确的是（ ）
A. 系统的内能一定增加
B. 系统的熵一定增加
C. 系统的温度一定升高
D. 系统的压强一定增大
答案：B

w4. 熵是系统的一个状态函数，表示系统的（ ）
A. 能量多少
B. 无序程度
C. 有序程度
D. 热量传递
答案：B

w5. 以下哪种情况体现了熵增原理（ ）
A. 水在低温下结冰
B. 热量从高温物体传向低温物体
C. 气体在真空中自由膨胀
D. 物体在光滑水平面上匀速运动
答案：C

w6. 一个绝热容器内的气体经历一个不可逆过程后，其熵（ ）
A. 不变
B. 减小
C. 增加
D. 可能增加也可能减小
答案：C

第II卷（非选择题，共70分）

简答题（共20分）
（总共2题，每题10分）
w7. 简述熵增原理的内容，并说明其在实际中的一些应用。
答：熵增原理指出，孤立系统的熵永不减少。在实际中，比如热传递过程，热量自发地从高温物体传向低温物体，这个过程是不可逆的，系统的熵增加。又如，气体的自由膨胀，气体在没有外界阻碍下向真空扩散，这也是一个熵增加的过程。在热力学中，熵增原理可用于判断过程的方向性等。

w8. 从熵增原理的角度解释为什么自然界中自发的宏观过程都是不可逆的。
答：根据熵增原理，孤立系统的熵总是朝着增加的方向发展。自发的宏观过程往往是在一定程度上类似于孤立系统中的过程。比如热传导，热量从高温到低温传递，这个过程中系统的无序程度增加，熵增加。如果要让它逆向进行，就需要外界对系统做功，这就破坏了系统的“孤立”条件，所以自发的宏观过程都是不可逆的，因为其熵是增加的，要逆向就违背了熵增原理。

计算题（共20分）
（总共2题，每题10分）
w9. 一定量的理想气体在等温膨胀过程中，体积从V₁膨胀到V₂，求此过程中气体的熵变。已知该理想气体的物质的量为n，温度为T。
解：对于理想气体等温膨胀过程，熵变公式为ΔS = nRln(V₂/V₁)。因为是等温膨胀，温度T不变，物质的量n已知，R为普适气体常量。将已知条件代入公式，即可得到熵变的值为nRln(V₂/V₁)。

w10. 一孤立系统内有两个物体，质量分别为m₁和m₂，比热容分别为c₁和c₂，初始温度分别为T₁和T₂，求系统达到热平衡后的熵变。
解：首先根据热平衡方程m₁c₁(T - T₁) = m₂c₂(T₂ - T)，求出平衡温度T。然后分别计算两个物体的熵变，对于物体m₁，熵变ΔS₁ = m₁c₁ln(T/T₁)；对于物体m₂，熵变ΔS₂ = m₂c₂ln(T/T₂)。系统的总熵变ΔS = ΔS₁ + ΔS₂ = m₁c₁ln(T/T₁) + m₂c₂ln(T/T₂)。通过热平衡方程求出T后代入此式即可算出具体熵变值。

论述题（共15分）
w11. 结合熵增原理，谈谈对宇宙演化的认识。
答：根据熵增原理，孤立系统的熵不断增加，意味着系统的无序程度越来越高。宇宙可以看作是一个极其庞大的孤立系统。随着时间的推移，宇宙中的各种有序结构逐渐向无序发展。例如，恒星会逐渐消耗能量，最终走向死亡，星系也会在引力等作用下发生变化。从微观角度看，物质的分布会越来越均匀。这表明宇宙在不断地走向更加无序的状态，熵持续增加。这一过程也反映了宇宙演化的一种趋势，即从相对有序走向无序，能量逐渐耗散，最终可能达到一种热寂状态，所有的能量都均匀分布，不再有宏观的有序变化。

材料分析题（共15分）
w12. 材料：一个封闭的容器内有一定量的气体，初始时气体处于平衡态。现在对容器进行缓慢加热，气体吸收热量后体积膨胀。已知气体的摩尔数为n，比热容为C，初始温度为T₁，加热后温度变为T₂，体积从V₁变为V₂。
问题：分析此过程中气体的熵变情况，并说明熵变的原因。
答：首先计算气体的熵变。对于等压过程，熵变公式为ΔS = nC ln(T₂/T₁) + nR ln(V₂/V₁)。气体吸收热量温度升高以及体积膨胀这两个因素导致了熵变。温度升高使得分子热运动加剧，无序程度增加，熵增加；体积膨胀，气体分子占据空间增大，分布更加无序，熵也增加。所以综合这两个因素，气体的熵变由这两部分组成，通过上述公式可以计算出具体的熵变值。