2025年大学第一学年（热能工程）热力学定律应用测试题及答案.doc

2025年大学第一学年（热能工程）热力学定律应用测试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题 共40分）
（总共8题，每题5分，每题只有一个选项符合题意）
1. 关于热力学第一定律，下列说法正确的是（ ）
A. 系统对外做功，内能一定减少
B. 外界对系统做功，系统内能一定增加
C. 系统从外界吸收热量，内能一定增加
D. 一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和
2. 一定质量的理想气体，在等温膨胀过程中（ ）
A. 气体的内能增大
B. 气体的压强增大
C. 气体从外界吸收热量
D. 气体分子的平均动能减小
3. 热力学第二定律表明（ ）
A. 不可能使热量从低温物体传向高温物体
B. 不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化
C. 机械能可以全部转化为内能，而内能不可能全部转化为机械能
D. 凡是不违反能量守恒定律的过程一定都能实现
4. 如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A。其中，A→B和C→D为等温过程，B→C和D→A为绝热过程。该循环过程中，下列说法正确的是（ ）
A. A→B过程中，气体对外界做功
B. B→C过程中，气体分子的平均动能增大
C. C→D过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多
D. D→A过程中，气体内能增大
5. 一定质量的理想气体，经历如图所示的一系列过程，ab、bc、cd和da这四段过程在p - V图上都是直线段，其中ab的延长线通过坐标原点O，bc垂直于ab，而cd平行于ab。由图可以判断（ ）
A. ab过程中气体体积不断减小
B. bc过程中气体体积不断减小
C. cd过程中气体体积不断增大
D. da过程中气体体积不断增大
6. 对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是（ ）
A. 若气体的压强和体积都不变，其内能也一定不变
B. 若气体的温度不断升高，其压强也一定不断增大
C. 若气体温度升高1K，其等容过程所吸收的热量一定大于等压过程所吸收的热量
D. 在完全失重状态下，气体的压强为零
7. 如图所示，一定质量的理想气体从状态a沿直线变化到状态b，在此过程中，其压强（ ）
A. 逐渐增大
B. 逐渐减小
C. 始终不变
D. 先增大后减小
8. 一定质量的理想气体，在温度不变的条件下，使其压强增大，则在这一过程中气体（ ）
A. 分子的平均动能增大
B. 对外界做正功
C. 气体的内能不变
D. 密度减小

第II卷（非选择题 共60分）
9. （10分）
一定质量的理想气体，从状态A经绝热过程到状态B，再经等容过程到状态C，最后经等温过程回到状态A，其p - V图象如图所示。已知气体在状态A时的压强为\(p_0\)，体积为\(V_0\)，在状态B时的体积为\(2V_0\)。求：
（1）气体在状态B时的压强；
（2）气体从状态C到状态A过程中放出的热量。

10. （12分）
如图所示，一导热性能良好的气缸放置在水平面上，活塞质量为\(m\)，横截面积为\(S\)，外界大气压强为\(p_0\)。气缸内封闭了一定质量的理想气体，当活塞处于静止状态时，气体的体积为\(V_1\)。现用一水平恒力\(F\)缓慢拉动活塞，使活塞移动了距离\(L\)，此时气体的体积为\(V_2\)，整个过程中气体温度保持不变。求：
（1）拉力\(F\)的大小；
（2）该过程中气体对外界所做的功。

11. （12分）
如图所示，一固定的竖直气缸由一大一小两个同轴圆筒组成，两圆筒中各有一个活塞。已知大活塞的质量为\(m_1 = 2.0kg\)，横截面积为\(S_1 = 200cm^2\)；小活塞的质量为\(m_2 = 1.0kg\)，横截面积为\(S_2 = 100cm^2\)；两活塞用刚性轻杆连接，间距为\(l = 40cm\)；气缸外大气压强为\(p_0 = 1.0×10^5Pa\)，温度为\(T_0 = 300K\)。初始时大活塞与大圆筒底部相距\(\frac{l}{2}\)，两活塞间封闭气体的温度为\(T_1 = 400K\)。现对两活塞间的气体加热，使大活塞缓慢上升\(l\)的距离，求此时气体的温度。

12. （13分）
材料：一定质量的理想气体从状态A开始，经历三个过程，先后到达状态B、C、D，其p - T图象如图所示。已知该气体在状态A时的体积为\(V_A = 2L\)。
（1）求该气体在状态B时的体积\(V_B\)；
（2）若该气体从状态B到状态C过程中，外界对气体做功\(W = 100J\)，气体吸收热量\(Q = 200J\)，求该气体在状态C时的内能\(E_C\)与在状态B时的内能\(E_B\)之差\(\Delta E\)。

13. （13分）
材料：如图所示，一圆柱形气缸放置在水平地面上，活塞的质量为\(m\)，横截面积为\(S\)，气缸内封闭有一定质量的理想气体。活塞与气缸壁之间无摩擦且不漏气，气缸壁导热良好。初始时，活塞处于静止状态，气体的体积为\(V_0\)，温度为\(T_0\)。现对气缸缓慢加热，使活塞上升\(h\)的距离，已知大气压强为\(p_0\)。
（1）求此时气体的温度\(T\)；
（2）在活塞上升\(h\)的过程中，气体吸收的热量为\(Q\)，求气体内能的增加量\(\Delta U\)。

答案：
1. D
2. C
3. B
4. A
5. B
6. A
7. A
8. C
9. （1）根据绝热过程方程\(p_0V_0^{\gamma}=p_B(2V_0)^{\gamma}\)，可得\(p_B=\frac{p_}{2^{\gamma}}\)。（2）由\(p_CV_C = p_AV_A\)可得\(V_C = 2V_0\)，再根据\(Q = W = \frac{p_AV_A - p_CV_C}{1 - \gamma}\)计算热量。
10. （1）拉力\(F=(p_0S+\frac{mg}{S})(\frac{V_2}{V_1}-1)\)。（2）气体对外做功\(W = FL=(p_0S+\frac{mg}{S})(\frac{V_2}{V_1}-1)L\)。
11. 由理想气体状态方程\(\frac{p_1V_1}{T_1}=\frac{p_2V_2}{T_2}\)计算温度。
12. （1）根据\(\frac{V_A}{T_A}=\frac{V_B}{T_B}\)可得\(V_B = 3L\)。（2）\(\Delta E = Q - W = 100J\)。
13. （1）根据\(\frac{V_0}{T_0}=\frac{V_0 + Sh}{T}\)可得\(T=\frac{(V_0 + Sh)T_0}{V_0}\)。（2）\(\Delta U = Q - p_0Sh\)。