第9章热力学(习题、答案)

大学物理第九章热力学基础试题第9章热力学基础一、选择题1.对于准静态过程和可逆过程,有以下说法．其中正确的是[](A)准静态过程一定是可逆过程(B)可逆过程一定是准静态过程(C)二者都是理想化的过程(D)二者实质上是热力学中的同一个概念2.对于物体的热力学过程,下列说法中正确的是[](A)内能的改变只决定于初、末两个状态,与所经历的过程无关(B)摩尔热容量的大小与所经历的过程无关(C)在物体内,若单位体积内所含热量越多,则其温度越高(D)以上说法都不对3.有关热量,下列说法中正确的是[](A)热是一种物质(B)热能是物质系统的状态参量(C)热量是表征物质系统固有属性的物理量(D)热传递是改变物质系统内能的一种形式4.关于功的下列各说法中,错误的是[](A)功是能量变化的一种量度(B)功是描写系统与外界相互作用的物理量(C)气体从一个状态到另一个状态,经历的过程不同,则对外作的功也不一样(D)系统具有的能量等于系统对外作的功5.理想气体状态方程在不同的过程中有不同的微分表达式,式pdV示[](A)等温过程(B)等压过程(C)等体过程(D)绝热过程MRdT表6.理想气体状态方程在不同的过程中可以有不同的微分表达式,式VdpMRdT表示[](A)等温过程(B)等压过程(C)等体过程(D)绝热过程7.理想气体状态方程在不同的过程中可以有不同的微分表达式,式VdppdV0表示[](A)等温过程(B)等压过程(C)等体过程(D)绝热过程8.理想气体状态方程在不同的过程中可以有不同的微分表达式,则式VdppdVMRdT表示[](A)等温过程(B)等压过程(C)等体过程(D)任意过程9.热力学第一定律表明:[](A)系统对外作的功不可能大于系统从外界吸收的热量(B)系统内能的增量等于系统从外界吸收的热量(C)不可能存在这样的循环过程,在此过程中,外界对系统所作的功不等于系统传给外界的热量(D)热机的效率不可能等于110.对于微小变化的过程,热力学第一定律为dQ=dEdA．在以下过程中,这三者同时为正的过程是[](A)等温膨胀(B)等容膨胀(C)等压膨胀(D)绝热膨胀11.对理想气体的等压压缩过程，下列表述正确的是[](A)dA＞0,dE＞0,dQ＞0(B)dA＜0,dE＜0,dQ＜0(C)dA＜0,dE＞0,dQ＜0(D)dA=0,dE=0,dQ=012.功的计算式AVpdV适用于V)．一次是等温压缩到2[](A)理想气体(B)等压过程(C)准静态过程(D)任何过程13.一定量的理想气体从状态(p,V)出发,到达另一状态(p,VV,外界作功A；另一次为绝热压缩到,外界作功W．比较这两个功值的大小是22[](A)A＞W(B)A=W(C)A＜W(D)条件不够，不能比较14.1mol理想气体从初态(T1、p1、V1)等温压缩到体积V2,外界对气体所作的功为[](A)RT1lnV2V(B)RT1ln1V1V22(C)p1(V2V1)(D)p2V2p1V115.如果W表示气体等温压缩至给定体积所作的功,Q表示在此过程中气体吸收的热量,A表示气体绝热膨胀回到它原有体积所作的功,则整个过程中气体内能的变化为[](A)W＋Q－A(B)Q－W－A(C)A－W－Q(D)Q＋A－W16.理想气体内能增量的表示式ECVT适用于[](A)等体过程(B)等压过程(C)绝热过程(D)任何过程17.刚性双原子分子气体的定压比热与定体比热之比在高温时为[](A)1.0(B)1.2(C)1.3(D)1.418.公式CpCVR在什么条件下成立[](A)气体的质量为1kg(B)气体的压强不太高(C)气体的温度不太低(D)理想气体19.同一种气体的定压摩尔热容大于定体摩尔热容,其原因是[](A)膨胀系数不同(B)温度不同(C)气体膨胀需要作功(D)分子引力不同20.摩尔数相同的两种理想气体,一种是单原子分子气体,另一种是双原子分子气体,从同一状态开始经等体升压到原来压强的两倍．在此过程中,两气体[](A)从外界吸热和内能的增量均相同(B)从外界吸热和内能的增量均不相同(C)从外界吸热相同,内能的增量不相同(D)从外界吸热不同,内能的增量相同21.两气缸装有同样的理想气体,初态相同．经等体过程后,其中一缸气体的压强变为原来的两倍,另一缸气体的温度也变为原来的两倍．在此过程中,两气体从外界吸热[](A)相同(B)不相同,前一种情况吸热多(C)不相同,后一种情况吸热较多(D)吸热多少无法判断22.摩尔数相同的理想气体H2和He,从同一初态开始经等压膨胀到体积增大一倍时[](A)H2对外作的功大于He对外作的功(B)H2对外作的功小于He对外作的功(C)H2的吸热大于He的吸热(D)H2的吸热小于He的吸热23.摩尔数相同的两种理想气体,一种是单原子分子,另一种是双原子分子,从同一状态开始经等压膨胀到原体积的两倍．在此过程中,两气体3[](A)对外作功和从外界吸热均相同(B)对外作功和从外界吸热均不相同(C)对外作功相同,从外界吸热不同(D)对外作功不同,从外界吸热相同24.摩尔数相同但分子自由度不同的两种理想气体从同一初态开始作等温膨胀,若膨胀后体积相同,则两气体在此过程中[](A)对外作功相同,吸热不同(B)对外作功不同,吸热相同(C)对外作功和吸热均相同(D)对外作功和吸热均不相同25.两气缸装有同样的理想气体,初始状态相同．等温膨胀后,其中一气缸的体积膨胀为原来的两倍,另一气缸内气体的压强减小到原来的一半．在其变化过程中,两气体对外作功[](A)相同(B)不相同,前一种情况作功较大(C)不相同,后一种情况作功较大(D)作功大小无法判断26.理想气体由初状态(p1、V1、T1）绝热膨胀到末状态(p2、V2、T2)，对外作的功为[](A)MCV(T2T1)(B)MCp(T2T1)(C)MCV(T2T1)(D)MCp(T2T1)27.在273K和一个1atm下的单原子分子理想气体占有体积22.4升．将此气体绝热压缩至体积为16.8升,需要作多少功[](A)330J(B)680J(C)719J(D)223J28.一定量的理想气体分别经历了等压、等体和绝热过程后其内能均由E1变化到E2．在上述三过程中,气体的[](A)温度变化相同,吸热相同(B)温度变化相同,吸热不同(C)温度变化不同,吸热相同(D)温度变化不同,吸热也不同29.如果使系统从初态变到位于同一绝热线上的另一终态则[](A)系统的总内能不变(B)联结这两态有许多绝热路径(C)联结这两态只可能有一个绝热路径(D)由于没有热量的传递,所以没有作功30.一定量的理想气体,从同一状态出发,经绝热压缩和等温压缩达到相同体积时,绝热压缩比等温压缩的终态压强[](A)较高(B)较低(C)相等(D)无法比较431.一定质量的理想气体从某一状态经过压缩后,体积减小为原来的一半,这个过程可以是绝热、等温或等压过程．如果要使外界所作的机械功为最大,这个过程应是[](A)绝热过程(B)等温过程(C)等压过程(D)绝热过程或等温过程均可32.视为理想气体的0.04kg的氦气(原子量为4),温度由290K升为300K．若在升温过程中对外膨胀作功831J,则此过程是[](A)等体过程(B)等压过程(C)绝热过程(D)等体过程和等压过程均可能33.一定质量的理想气体经历了下列哪一个变化过程后,它的内能是增大的[](A)等温压缩(B)等体降压(C)等压压缩(D)等压膨胀34.一定量的理想气体从初态(V,T)开始,先绝热膨胀到体积为2V,然后经等容过程使温度恢复到T,最后经等温压缩到体积V．在这个循环中,气体必然[](A)内能增加(B)内能减少(C)向外界放热(D)对外界作功pOV2VVT9-1-34图35.提高实际热机的效率,下面几种设想中不可行的是[](A)采用摩尔热容量较大的气体作工作物质(B)提高高温热源的温度(C)使循环尽量接近卡诺循环(D)力求减少热损失、摩擦等不可逆因素36.在下面节约与开拓能源的几个设想中,理论上可行的是[](A)在现有循环热机中进行技术改进,使热机的循环效率达100%(B)利用海面与海面下的海水温差进行热机循环作功(C)从一个热源吸热,不断作等温膨胀,对外作功(D)从一个热源吸热,不断作绝热膨胀,对外作功37.下列说法中唯一正确的是[](A)任何热机的效率均可表示为AQ吸(B)任何可逆热机的效率均可表示为1T低T高(C)一条等温线与一条绝热线可以相交两次(D)两条绝热线与一条等温线可以构成一个循环538.卡诺循环的特点是[](A)卡诺循环由两个等压过程和两个绝热过程组成(B)完成一次卡诺循环必须有高温和低温两个热源(C)卡诺循环的效率只与高温和低温热源的温度有关(D)完成一次卡诺循环系统对外界作的净功一定大于039.在功与热的转变过程中,下面说法中正确的是[](A)可逆卡诺机的效率最高,但恒小于1(B)可逆卡诺机的效率最高,可达到1(C)功可以全部变为热量,而热量不能全部变为功(D)绝热过程对外作功,系统的内能必增加40.两个恒温热源的温度分别为T和t,如果T＞t,则在这两个热源之间进行的卡诺循环热机的效率为[](A)TTtTtTt(B)(C)(D)TttTT41.对于热传递,下列叙述中正确的是[](A)热量不能从低温物体向高温物体传递(B)热量从高温物体向低温物体传递是不可逆的(C)热传递的不可逆性不同于热功转换的不可逆性(D)理想气体等温膨胀时本身内能不变,所以该过程也不会传热42.根据热力学第二定律可知,下列说法中唯一正确的是[](A)功可以全部转换为热,但热不能全部转换为功(B)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(C)不可逆过程就是不能沿相反方向进行的过程(D)一切自发过程都是不可逆过程43.根据热力学第二定律判断,下列哪种说法是正确的[](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变为有规则运动的能量44.热力学第二定律表明:[](A)不可能从单一热源吸收热量使之全部变为有用功(B)在一个可逆过程中,工作物质净吸热等于对外作的功(C)摩擦生热的过程是不可逆的(D)热量不可能从温度低的物体传到温度高的物体45.“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6说法,有以下几种评论,哪一种是正确的[](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46.有人设计了一台卡诺热机(可逆的)．每循环一次可从400K的高温热源吸收1800J的热量,向300K的低温热源放热800J,同时对外作功1000J．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了理论值47.1mol的单原子分子理想气体从状态A变为状态B,如果变化过程不知道,但A、B两态的压强、温度、体积都知道,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48.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abcda，那么循环abcda与abcda所作的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pabdT2cbOT1c49.用两种方法：使高温热源的温度T1升高△T；使低温热源的温度T2降低同样的△T值；分别可使卡诺循环的效率升高1和2，两者相比：[](A)1>2(B)2>1(C)1＝2(D)无法确定哪个大50.下面所列四图分别表示某人设想的理想气体的四个循环过程，请选出其中一个在理论上可能实现的循环过程的图的符号．[]pppp等温等压绝热绝热等绝热绝热容等容绝热绝热等温等温OVOVOVVO(A)(B)(C)(D)7T9-1-48图Vp51.在T9-1-51图中，IcII为理想气体绝热过程，IaII和IbII是任意过程．此两任意过程中气体作功与吸收热量的情况是:IIbc[](A)IaII过程放热，作负功；IbII过程放热，作负功a(B)IaII过程吸热，作负功；IbII过程放热，作负功I(C)IaII过程吸热，作正功；IbII过程吸热，作负功(D)IaII过程放热，作正功；IbII过程吸热，作正功O52.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(为比热比)[](A)T() T9-1-51图V11111T0,p()p0(B)T()T0,p()1p03333111111(C)T()T0,p()p0(D)T()T 0,p()p0333353.甲说：“由热力学第一定律可证明任何热机的效率不可能等于1．”乙说：“热力学第二定律可表述为效率等于100％的热机不可能制造成功．”丙说：“由热力学第一定律可T2”丁说：“由热力学第一定律可证明理想气体卡)．T1T诺热机(可逆的)循环的效率等于(12)．”对以上说法，有如下几种评论，哪种是正确的T1证明任何卡诺循环的效率都等于(1[](A)甲、乙、丙、丁全对(B)甲、乙、丙、丁全错(C)甲、乙、丁对，丙错(D)乙、丁对，甲、丙错paabbII的效率为，每次循环在高温热源处吸的热量为Q，则d[](A),QQ(B),QQcdc(C),QQ(D),QQOV54.某理想气体分别进行了如T9-1-54图所示的两个卡诺循环：I(abcda)和II(a'b'c'd'a')，且两个循环曲线所围面积相等．设循环I的效率为，每次循环在高温热源处吸的热量为Q，循环55.两个完全相同的气缸内盛有同种气体，设其初始状态相同．今使它们分别作绝热压缩至相同的体积，其中气缸1内的压缩过程是非准静态过程，而气缸2内的压缩过程则是准静态过程．比较这两种情况的温度变化：[](A)气缸1和气缸2内气体的温度变化相同(B)气缸1内的气体较气缸2内的气体的温度变化大(C)气缸1内的气体较气缸2内的气体的温度变化小(D)气缸1和气缸2内的气体的温度无变化二、填空题1.不等量的氢气和氦气从相同的初态作等压膨胀,体积变为原来的两倍．在这过程中,氢气和氦气对外作的功之比为．8T9-1-54图2.1mol的单原子分子理想气体,在1atm的恒定压力下从273K加热到373K,气体的内能改变了．3.各为1摩尔的氢气和氦气,从同一状态(p,V)开始作等温膨胀．若氢气膨胀后体积变为2V,氦气膨胀后压强变为p,则氢气和氦气从外界吸收的热量之比为．24.两个相同的容器,一个装氢气,一个装氦气(均视为刚性分子理想气体)，开始时它们的压强和温度都相等．现将6J热量传给氦气,使之温度升高．若使氢气也升高同样的温度,则应向氢气传递的热量为．5.1摩尔的单原子分子理想气体,在1个大气压的恒定压力作用下从273K加热到373K,此过程中气体作的功为．6.273K和一个1atm下的单原子分子理想气体占有体积22.4升．此气体等温压缩至体积为16.8升的过程中需作的功为．7.一定量气体作卡诺循环,在一个循环中,从热源吸热1000J,对外作功300J．若冷凝器的温度为7C,则热源的温度为．8.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)分别为S1和S2，则二者的大小关系是．9.一卡诺机(可逆的)，低温热源的温度为27C，热机效率为OpS1S2VT9-2-8图40%，其高温热源温度为K．今欲将该热机效率提高到50%，若低温热源保持不变，则高温热源的温度应增加K．10.一个作可逆卡诺循环的热机，其效率为，它的逆过程的致冷系数w则与w的关系为．T2，T1T211.1mol理想气体(设CPCV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(T1,V2)为已知．则C点的状态参量为：TABVC，T1TC，TC2OV1V2VpC．T9-2-11图912.一定量的理想气体，从A状态(2p1,V1)经历如T9-2-12图所示的直线过程变到B状态(p1,V1)，则AB过程中系统作功___________,内能改变△E＝_________________．13.质量为M、温度为T0的氦气装在绝热的容积为V的封2p1p1OpABV12V1VT9-2-12图闭容器中，容器一速率v作匀速直线运动．当容器突然停止后，定向运动的动能全部转化为分子热运动的动能，平衡后氦气的温度增大量为．14.有摩尔理想气体，作如T9-2-14图所示的循环过程abca，其中acb为半圆弧，b－a为等压过程，pc2pa，在此循环过程中气体净吸热量为QCp(TbTa)（填入：>,15.一定量的理想气体经历acb过程时吸热550J．则经历acbea过程时，吸热为．16.一定量理想气体，从同一状态开始使其体积由V1膨胀到2V1，分别经历以下三种过程：等压过程；等体内能增加最多；__________过程气体吸收的热量最多．ppcpaaOVap105PacbVbVT9-2-14图4aceb433V10mO11dT9-2-15图温过程；绝热过程．其中：__________过程气体对外作功最多；____________过程气17.一定量的理想气体，从状态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，试在T9-2-17图中示意地画出这三种过程的p－V图曲线．在上述三种过程中：pa(1)气体的内能增加的是__________过程；(2)气体的内能减少的是__________过程．OV1V2VT9-2-17图18.如T9-2-18图所示，已知图中两部分的面积分别为S1和S2．如果气体的膨胀过程为a1b，则气体对外做功W＝________；如果气体进行a1b2a的循环过程，则它对外做功W＝_______________．paOS11S22bVT9-2-18图1019.如T9-2-19图所示，一定量的理想气体经历abc过程，在此过程中气体从外界吸收热量Q，系统内能变化E．则Q和E>0或<0或=0的情况是：Q_________，E__________．20.将热量Q传给一定量的理想气体，pbcOaVT9-2-19图(1)若气体的体积不变，则其热量转化为；(2)若气体的温度不变，则其热量转化为；(3)若气体的压强不变，则其热量转化为．21.一能量为1012eV的宇宙射线粒子，射入一氖管中，氖管内充有0.1mol的氖气，若宇宙射线粒子的能量全部被氖气分子所吸收，则氖气温度升高了_________________K．(1eV＝1.60某1019J，普适气体常量R＝8.31J/(molK)）22.有一卡诺热机，用29kg空气作为工作物质，工作在27℃的高温热源与-73℃的低温热源之间，此热机的效率＝______________．若在等温膨胀的过程中气缸体积增大到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某10-3kgmol-1，普适气体常量R＝8.31JmolK)23.一气体分子的质量可以根据该气体的定体比热来计算．氩气的定体比热cV=0.314kJ·kg1·K1，则氩原子的质量m=__________．三、计算题1.1mol刚性双原子分子的理想气体，开始时处于p11.0110Pa、V110m的状态，然后经图示直线过程I变到p24.0410Pa、后又经过方程为pV2C （常量）V22103m3的状态．5的过程II变到压强p3p11.0110Pa的状态．求：(1)在过程I中气体吸的热量;(2)整个过程气体吸的热量．1115335p(p2,V2)(p1,V1)Op3p1VT9-3-1图2.1mol的理想气体，完成了由两个等容过程和两个等压过程构成的循环过程（如T9-3-2图），已知状态1的温度为T1，状态3的温度为T3，且状态2和4在同一等温线上．试求气体在这一循环过程中作的功．Op21T9-3-2图34V113.一卡诺热机(可逆的)，当高温热源的温度为127C、低温热源温度为27C时，其每次循环对外作净功8000J．今维持低温热源的温度不变，提高高温热源的温度，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热线之间，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.某种单原子分子的理想气体作卡诺循环，已知循环效率20%，试问气体在绝热膨胀时，气体体积增大到原来的几倍5.1mol双原子分子理想气体作如T9-3-5图所示的可逆循环过程，其中1－2为直线，2－3为绝热线，3－1为等温线．已知T22T1,V38V1，试求：(1)各过程的功，内能增量和传递的热量；(用T1和已知常数表示)(2)此循环的效率．(注：循环效率AQ1，A为每一循环过程气体对外所作的功，Q1为每一循环过程气体吸收的热量)pp21p1OV12V2T9-3-5图3V3V6.如T9-3-6图所示，一金属圆筒中盛有1mol刚性双原子分子的理想气体，用可动活塞封住，圆筒浸在冰水混合物中．迅速推动活塞，使气体从标准状态(活塞位置I)压缩到体积为原来一半的状态I(活塞位置II)，然后维持活塞不动，待气体温度下降至0℃，再让活塞缓慢上升到位置I，完成一次循环．II(1)试在p－V图上画出相应的理想循环曲线；(2)若作100次循环放出的总热量全部用来熔解冰，则有多少冰被熔化冰水混合物5－T9-3-6图(已知冰的熔解热3.35某10J·kg1，普适气体常量R=－－8.31J·mol1·K1)p(102Pa)7.比热容比1.40的理想气体，进行如T9-3-7图所示a4的abca循环，状态a的温度为300K．3(1)求状态b、c的温度；21(2)计算各过程中气体所吸收的热量、气体所作的功和c气体内能的增量;O(3)求循环效率．b46V(m3)2T9-3-7图8.一台冰箱工作时，其冷冻室中的温度为-10℃，室温为15℃．若按理想卡诺致冷循环计算，则此致冷机每消耗102J的功，可以从冷冻室中吸出多少热量129.一可逆卡诺热机低温热源的温度为7.0℃，效率为40%；若要将其效率提高50%，则高温热源温度需提高几度10.绝热容器中有一定量的气体，初始压强和体积分别为p0和V0．用一根通有电流的电阻丝对它加热(设电阻不随温度改变)．在加热的电流和时间都相同的条件下，第一次保持体积V0不变，压强变为p1；第二次保持压强p0不变，而体积变为V1．不计电阻丝的热容量，求该气体的比热容比．11.空气中的声速的表达式为u系式p，其中是气体密度，是体弹性模量，满足关V．就下列两种情况计算其声速：V(1)假定声波传播时空气的压缩和膨胀过程是一个等温过程(即等温声速模型，亦称为牛顿模型)；(2)假定声波传播时空气的压缩和膨胀过程是一个绝热过程(即绝热声速模型)；比较这两个结果你得出什么结论（设空气中只有氮气）12.某热机循环从高温热源获得热量QH，并把热量QL排给低温热源．设高、低温热源的温度分别为TH=2000K和TL=300K，试确定在下列条件下热机是可逆、不可逆或不可能存在的．(1)QH=1000J，A=900J；(2)QH=2000J，QL=300J；(3)A=1500J，QL=500J．13.研究动力循环和制冷循环是热力学的重要应用之一．内燃机以气缸内燃烧的气体为工质．对于四冲程火花塞点燃式汽油发动机来说，它的理想循环是定体加热循环，称为奥托循环（Ottocycle）．而对于四冲程压燃式柴油机来说，它的理想循环是定压加热循环，称为狄塞耳循环（Dieelcycle）．如T9-3-13图所示，往复式内燃机的奥托循环经历了以下四个冲程：（1）吸气冲程（0→1）：当活塞由上止点T向下止点B运时，进气阀打开，在大气压力下吸入汽油蒸气和空气的混合气体．（2）压缩冲程：进气阀关闭，活塞向左运行，混合气体被绝热压缩（1→2）；活塞移动T点时，混合气体被电火花点燃迅速燃烧，可以认为是定体加热过程（2→3），吸收热量（3）动力冲程：燃烧气体绝热膨胀，推动活Q1．塞对外作功（3→4）；然后，气体在定体条件下降压（4→1），放出热量Q2．（4）排气冲程：活塞向左运行，残余气体从排气阀排出．假定内燃机中的工质是理想气体并保持定量，试求上述奥托循环1→2→3→4→1的效率．VT9-3-13图1314.绝热壁包围的气缸被一绝热的活塞分成A，B两室，活塞在气缸内可无摩擦自由滑动，每室内部有1摩尔的理想气体，定容热容量cV5R．开始时，气体都处在平衡态2(p0,V0,T0)．现在对A室加热，直到A中压强变为2p0为止．(1)加热结束后，B室中气体的温度和体积(2)求加热之后，A、B室中气体的体积和温度;(3)在这过程中A室中的气体作了多少功(4)加热器传给A室的热量多少15.如T9-3-15图所示，器壁与活塞均绝热的容器中间被一隔板等分为两部分，其中右边贮有1摩尔处于标准状态的氦气(可视为理想气体)，左边为真空．现先把隔板拉开，待气体平衡后，再缓慢向右推动活塞，把气体压缩到原来的体积．求氦气的温度改变量．真空T9-3-15图16.如T9-3-15图所示，一固定绝热隔板将某种理想气体分成A、B两部分，B的外侧是可动活塞．开始时A、B两部分的温度T、体积V、压强p均相同，并与大气压强相平衡．现对A、B两部分气体缓慢地加热，当对A和B给予相等的热量Q以后，A室中气体的温度升高度数与B室中气体的温度升高度数之A比为7:5．(1)求该气体的定体摩尔热容CV和定压摩尔热容Cp；(2)B室中气体吸收的热量有百分之几用于对外作功？T9-3-17图17.有两个全同的物体，其内能为uCT(C为常数)，初始时两物体的温度分别为T1、T2．现以两物体分别为高、低温热源驱动一卡诺热机运行，最后两物体达到一共同温度Tf．求(1)Tf；(2)求卡诺热机所作的功．18.温度为25℃、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．(普适气体常量R＝8.31JmolK，ln3=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19.图T9-3-19为一循环过程的T-V曲线．该循环的工质为mol的理想气体，其中CV和均已知且为常量．已知a点的温度为T1，体积为V1，b点的体积为V2，ca为绝热过程．求：(1)c点的温度；(2)循环的效率．。

第9章 热力学基础一、选择题1. 对于准静态过程和可逆过程, 有以下说法．其中正确的是 [ ] (A) 准静态过程一定是可逆过程 (B) 可逆过程一定是准静态过程(C) 二者实质上是热力学中的同一个概念2. 对于物体的热力学过程, 下列说法中正确的是[ ] (A) 内能的改变只决定于初、末两个状态, 与所经历的过程无关 (B) 摩尔热容量的大小与所经历的过程无关(C) 在物体内, 若单位体积内所含热量越多, 则其温度越高(D) 以上说法都不对3. 有关热量, 下列说法中正确的是 [ ] (A) 热是一种物质(B) 热能是物质系统的状态参量(C) 热量是表征物质系统固有属性的物理量 (D) 热传递是改变物质系统内能的一种形式4. 关于功的下列各说法中, 错误的是 [ ] (A) 功是能量变化的一种量度(B) 功是描写系统与外界相互作用的物理量(C) 气体从一个状态到另一个状态, 经历的过程不同, 则对外作的功也不一样 (D) 系统具有的能量等于系统对外作的功5. 理想气体状态方程在不同的过程中有不同的微分表达式, 式p V MR T d d =μ表示[ ] (A) 等温过程 (B) 等压过程(C) 等体过程 (D) 绝热过程6. 理想气体状态方程在不同的过程中可以有不同的微分表达式, 式V p MR T d d =μ表示[ ] (A) 等温过程 (B) 等压过程 (C) 等体过程 (D) 绝热过程7. 理想气体状态方程在不同的过程中可以有不同的微分表达式, 式0d d =+V p p V 表示[ ] (A) 等温过程 (B) 等压过程 (C) 等体过程 (D) 绝热过程8. 理想气体状态方程在不同的过程中可以有不同的微分表达式, 则式V p p V MR T d d d +=μ表示[ ] (A) 等温过程 (B) 等压过程 (C) 等体过程 (D) 任意准静态过程9. 热力学第一定律表明:[ ] (A) 系统对外作的功不可能大于系统从外界吸收的热量 (B) 系统内能的增量等于系统从外界吸收的热量(C) 不可能存在这样的循环过程, 在此过程中, 外界对系统所作的功 不等于系统传给外界的热量 (D) 热机的效率不可能等于110. 对于微小变化的过程, 热力学第一定律为d Q = d E d A ．在以下过程中, 这三者同时为正的过程是[ ] (A) 等温膨胀 (B) 等容膨胀 (C) 等压膨胀 (D) 绝热膨胀11. 对理想气体的等压压缩过程，下列表述正确的是[ ] (A) d A ＞0, d E ＞0, d Q ＞0 (B) d A ＜0, d E ＜0, d Q ＜0 (C) d A ＜0, d E ＞0, d Q ＜0 (D) d A = 0, d E = 0, d Q = 012. 功的计算式A p V V =⎰d 适用于[ ] (A) 理想气体 (B) 等压过程 (C) 准静态过程 (D) 任何过程13. 一定量的理想气体从状态),(V p 出发, 到达另一状态)2,(Vp ． 一次是等温压缩到2V , 外界作功A ；另一次为绝热压缩到2V, 外界作功W ．比较这两个功值的大小是 [ ] (A) A ＞W (B) A = W (C) A ＜W (D) 条件不够，不能比较14. 1mol 理想气体从初态(T 1、p 1、V 1 )等温压缩到体积V 2, 外界对气体所作的功为[ ] (A) 121lnV V RT (B) 211ln V V RT (C) )(121V V p - (D) 1122V p V p -15. 如果W 表示气体等温压缩至给定体积所作的功, Q 表示在此过程中气体吸收的热量, A 表示气体绝热膨胀回到它原有体积所作的功, 则整个过程中气体内能的变化为 [ ] (A) W ＋Q －A (B) Q －W －A (C) A －W －Q (D) Q ＋A －W16. 理想气体内能增量的表示式T C E V ∆=∆ν适用于[ ] (A) 等体过程 (B) 等压过程 (C) 绝热过程 (D) 任何过程17. 刚性双原子分子气体的定压比热与定体比热之比在高温时为 [ ] (A) (B) (C) (D)18. 公式R C C V p +=在什么条件下成立[ ] (A) 气体的质量为1 kg (B) 气体的压强不太高 (C) 气体的温度不太低 (D) 理想气体19. 同一种气体的定压摩尔热容大于定体摩尔热容, 其原因是 [ ] (A) 膨胀系数不同 (B) 温度不同(C) 气体膨胀需要作功 (D) 分子引力不同20. 摩尔数相同的两种理想气体, 一种是单原子分子气体, 另一种是双原子分子气体, 从同一状态开始经等体升压到原来压强的两倍．在此过程中, 两气体 [ ] (A) 从外界吸热和内能的增量均相同 (B) 从外界吸热和内能的增量均不相同 (C) 从外界吸热相同, 内能的增量不相同 (D) 从外界吸热不同, 内能的增量相同21. 两气缸装有同样的理想气体, 初态相同．经等体过程后, 其中一缸气体的压强变为原来的两倍, 另一缸气体的温度也变为原来的两倍．在此过程中, 两气体从外界吸热 [ ] (A) 相同 (B) 不相同, 前一种情况吸热多 (C) 不相同, 后一种情况吸热较多 (D) 吸热多少无法判断22. 摩尔数相同的理想气体H 2和He, 从同一初态开始经等压膨胀到体积增大一倍时 [ ] (A) H 2对外作的功大于He 对外作的功 (B) H 2对外作的功小于He 对外作的功 (C) H 2的吸热大于He 的吸热 (D) H 2的吸热小于He 的吸热23. 摩尔数相同的两种理想气体, 一种是单原子分子, 另一种是双原子分子, 从同一状态开始经等压膨胀到原体积的两倍．在此过程中, 两气体 [ ] (A) 对外作功和从外界吸热均相同 (B) 对外作功和从外界吸热均不相同 (C) 对外作功相同, 从外界吸热不同 (D) 对外作功不同, 从外界吸热相同24. 摩尔数相同但分子自由度不同的两种理想气体从同一初态开始作等温膨胀, 若膨胀后体积相同, 则两气体在此过程中 [ ] (A) 对外作功相同, 吸热不同 (B) 对外作功不同, 吸热相同 (C) 对外作功和吸热均相同 (D) 对外作功和吸热均不相同25. 两气缸装有同样的理想气体, 初始状态相同．等温膨胀后, 其中一气缸的体积膨胀为原来的两倍, 另一气缸内气体的压强减小到原来的一半．在其变化过程中, 两气体对外作功[ ] (A) 相同 (B) 不相同, 前一种情况作功较大 (C) 不相同, 后一种情况作功较大 (D) 作功大小无法判断26. 理想气体由初状态( p 1、V 1、T 1）绝热膨胀到末状态( p 2、V 2、T 2)，对外作的功为 [ ] (A))(12T T C MV -μ(B) )(12T T C Mp -μ(C) )(12T T C MV --μ(D) )(12T T C Mp --μ27. 在273K 和一个1atm 下的单原子分子理想气体占有体积22.4升．将此气体绝热压缩至体积为16.8升, 需要作多少功[ ] (A) 330 J (B) 680 J (C) 719 J (D) 223 J28. 一定量的理想气体分别经历了等压、等体和绝热过程后其内能均由E 1变化到E 2 ．在上述三过程中, 气体的[ ] (A) 温度变化相同, 吸热相同 (B) 温度变化相同, 吸热不同 (C) 温度变化不同, 吸热相同 (D) 温度变化不同, 吸热也不同29. 如果使系统从初态变到位于同一绝热线上的另一终态则 [ ] (A) 系统的总内能不变(B) 联结这两态有许多绝热路径 (C) 联结这两态只可能有一个绝热路径 (D) 由于没有热量的传递, 所以没有作功30. 一定量的理想气体, 从同一状态出发, 经绝热压缩和等温压缩达到相同体积时,绝热压缩比等温压缩的终态压强[ ] (A) 较高 (B) 较低 (C) 相等 (D) 无法比较31. 一定质量的理想气体从某一状态经过压缩后, 体积减小为原来的一半, 这个过程可以是绝热、等温或等压过程．如果要使外界所作的机械功为最大, 这个过程应是 [ ] (A) 绝热过程 (B) 等温过程(C) 等压过程 (D) 绝热过程或等温过程均可32. 视为理想气体的0.04 kg 的氦气(原子量为4), 温度由290K 升为300K ．若在升温过程中对外膨胀作功831 J, 则此过程是[ ] (A) 等体过程 (B) 等压过程(C) 绝热过程 (D) 等体过程和等压过程均可能33. 一定质量的理想气体经历了下列哪一个变化过程后, 它的内能是增大的 [ ] (A) 等温压缩 (B) 等体降压 (C) 等压压缩 (D) 等压膨胀34. 一定量的理想气体从初态),(T V 开始, 先绝热膨胀到体积为2V , 然后经等容过程使温度恢复到T , 最后经等温压缩到体积V ．在这个循环中, 气体必然[ ] (A) 内能增加 (B) 内能减少 (C) 向外界放热 (D) 对外界作功35. 提高实际热机的效率, 下面几种设想中不可行的是 [ ] (A) 采用摩尔热容量较大的气体作工作物质 (B) 提高高温热源的温度 (C) 使循环尽量接近卡诺循环(D) 力求减少热损失、摩擦等不可逆因素36. 在下面节约与开拓能源的几个设想中, 理论上可行的是 [ ] (A) 在现有循环热机中进行技术改进, 使热机的循环效率达100% (B) 利用海面与海面下的海水温差进行热机循环作功 (C) 从一个热源吸热, 不断作等温膨胀, 对外作功 (D) 从一个热源吸热, 不断作绝热膨胀, 对外作功37. 关于热运动规律，下列说法中唯一正确的是 [ ] (A) 任何热机的效率均可表示为吸Q A =ηT 9-1-34图(B) 任何可逆热机的效率均可表示为高低T T -=1η (C) 一条等温线与一条绝热线可以相交两次(D) 两条绝热线与一条等温线可以构成一个循环38. 卡诺循环的特点是[ ] (A) 卡诺循环由两个等压过程和两个绝热过程组成 (B) 完成一次卡诺循环必须有高温和低温两个热源 (C) 卡诺循环的效率只与高温和低温热源的温度有关(D) 完成一次卡诺循环系统对外界作的净功一定大于039. 在功与热的转变过程中, 下面说法中正确的是 [ ] (A) 可逆卡诺机的效率最高, 但恒小于1(B) 可逆卡诺机的效率最高, 可达到1(C) 功可以全部变为热量, 而热量不能全部变为功 (D) 绝热过程对外作功, 系统的内能必增加40. 两个恒温热源的温度分别为T 和t , 如果T ＞t , 则在这两个热源之间进行的卡诺循环热机的效率为 [ ] (A)t T T - (B) t t T - (C) T t T - (D) TtT +41. 对于热传递, 下列叙述中正确的是 [ ] (A) 热量不能从低温物体向高温物体传递 (B) 热量从高温物体向低温物体传递是不可逆的 (C) 热传递的不可逆性不同于热功转换的不可逆性(D) 理想气体等温膨胀时本身内能不变, 所以该过程也不会传热42. 根据热力学第二定律可知, 下列说法中唯一正确的是 [ ] (A) 功可以全部转换为热, 但热不能全部转换为功(B) 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 (C) 不可逆过程就是不能沿相反方向进行的过程 (D) 一切自发过程都是不可逆过程43. 根据热力学第二定律判断, 下列哪种说法是正确的[ ] (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变为有规则运动的能量44. 热力学第二定律表明:[ ] (A) 不可能从单一热源吸收热量使之全部变为有用功 (B) 在一个可逆过程中, 工作物质净吸热等于对外作的功 (C) 摩擦生热的过程是不可逆的(D) 热量不可能从温度低的物体传到温度高的物体45. “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, 有以下几种评论, 哪一种是正确的[ ] (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46. 有人设计了一台卡诺热机(可逆的)．每循环一次可从400K 的高温热源吸收1800J 的热量, 向300K 的低温热源放热800J, 同时对外作功1000J ．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了理论值47. 1mol 的单原子分子理想气体从状态A 变为状态B, 如果变化过程不知道, 但A 、B 两态的压强、温度、体积都知道, 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48. 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da c b a ''，那么循环abcda 与da c b a ''所作的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49. 用两种方法： 使高温热源的温度T 1升高△T ；使低温热源的温度T 2降低同样的△T 值；分别可使卡诺循环的效率升高1η∆和 2η∆，两者相比：[ ] (A) 1η∆>2η∆ (B) 2η∆>1η∆(C) 1η∆＝2η∆ (D) 无法确定哪个大T9-1-48图50. 下面所列四图分别表示某人设想的理想气体的四个循环过程，请选出其中一个在理论上可能实现的循环过程的图的符号． [ ]51. 在T9-1-51图中，I c II 为理想气体绝热过程，I a II 和I b II 是任意过程．此两任意过程中气体作功与吸收热量的情况是:[ ] (A) I a II 过程放热，作负功；I b II 过程放热，作负功(B) I a II 过程吸热，作负功；I b II 过程放热，作负功 (C) I a II 过程吸热，作正功；I b II 过程吸热，作负功(D) I a II 过程放热，作正功；I b II 过程吸热，作正功52. 给定理想气体，从标准状态(p 0,V 0,T 0)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T 0、p 0之关系为(为比热比) [ ] (A) 01)31(T T -=γ, 0)31(p p γ= (B) 0)31(T T γ=,01)31(p p -=γ (C) 0)31(T T γ-=,01)31(p p -=γ (D) 01)31(T T -=γ,0)31(p p γ-=53. 甲说：“由热力学第一定律可证明任何热机的效率不可能等于1．”乙说：“热力学第二定律可表述为效率等于 100％的热机不可能制造成功．”丙说：“由热力学第一定律可证明任何卡诺循环的效率都等于)1(12T T -．”丁说：“由热力学第一定律可证明理想气体卡诺热机(可逆的)循环的效率等于)1(12T T-．”对以上说法，有如下几种评论，哪种是正确的[ ] (A) 甲、乙、丙、丁全对 (B) 甲、乙、丙、丁全错(C) 甲、乙、丁对，丙错 (D) 乙、丁对，甲、丙错54. 某理想气体分别进行了如T9-1-54图所示的两个卡诺循环：I(abcda )和II(a'b'c'd'a')，且两个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的热量为Q ，循环II 的效率为η'，每次循环在高温热源处吸的热量为Q '，则 [ ] (A) Q Q '<'<,ηη (B) Q Q '>'<,ηη(C) Q Q '<'>,ηη (D) Q Q '>'>,ηη(D)(C)(A)(B)T9-1-51图T9-1-54图55. 两个完全相同的气缸内盛有同种气体，设其初始状态相同．今使它们分别作绝热压缩至相同的体积，其中气缸1内的压缩过程是非准静态过程，而气缸2内的压缩过程则是准静态过程．比较这两种情况的温度变化：[ ] (A) 气缸1和气缸2内气体的温度变化相同 (B) 气缸1内的气体较气缸2内的气体的温度变化大(C) 气缸1内的气体较气缸2内的气体的温度变化小 (D) 气缸1和气缸2内的气体的温度无变化二、填空题1. 不等量的氢气和氦气从相同的初态作等压膨胀, 体积变为原来的两倍．在这过程中, 氢气和氦气对外作的功之比为 ．2. 1mol 的单原子分子理想气体, 在1atm 的恒定压力下从273K 加热到373K, 气体的内能改变了 ．3. 各为1摩尔的氢气和氦气, 从同一状态(p ,V )开始作等温膨胀．若氢气膨胀后体积变为2V , 氦气膨胀后压强变为2p, 则氢气和氦气从外界吸收的热量之比为 ． 4. 两个相同的容器, 一个装氢气, 一个装氦气(均视为刚性分子理想气体)，开始时它们的压强和温度都相等．现将6J 热量传给氦气, 使之温度升高．若使氢气也升高同样的温度, 则应向氢气传递的热量为 ．5. 1摩尔的单原子分子理想气体, 在1个大气压的恒定压力作用下从273K 加热到373K, 此过程中气体作的功为 ．6. 273K 和一个1atm 下的单原子分子理想气体占有体积22.4升．此气体等温压缩至体积为16.8升的过程中需作的功为 ．7. 一定量气体作卡诺循环, 在一个循环中, 从热源吸热1000 J, 对外作功300 J ． 若冷凝器的温度为7?C, 则热源的温度为 ．8. 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)分别为1S 和2S ，则二者的大小关系是 ．9. 一卡诺机(可逆的)，低温热源的温度为C 27，热机效率为40%，其高温热源温度为 K ．今欲将该热机效率提高到50%，若低温热源保持不变，则高温热源的温度应增加 K ．T9-2-8图10. 一个作可逆卡诺循环的热机，其效率为η，它的逆过程的致冷系数212T T T w -=，则η与w 的关系为 ．11. 1mol 理想气体(设V P C =γ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(11,V T )，和B 点的状态参量(21,V T )为已知．则C 点的状态参量为：=C V ， =C T ， =C p ．12. 一定量的理想气体，从A 状态),2(11V p 经历如T9-2-12图所示的直线过程变到B 状态),(11V p ，则AB 过程中系统作功___________, 内能改变△E ＝_________________．13. 质量为M 、温度为0T 的氦气装在绝热的容积为V 的封闭容器中，容器一速率v 作匀速直线运动．当容器突然停止后，定向运动的动能全部转化为分子热运动的动能，平衡后氦气的温度增大量为 ．14. 有ν摩尔理想气体，作如T9-2-14图所示的循环过程abca ，其中acb 为半圆弧，b －a 为等压过程，a c p p 2=，在此循环过程中气体净吸热量为Q νC p )(a b T T -（填入：> , <或＝）．15. 一定量的理想气体经历acb 过程时吸热550 J ．则经历acbea 过程时，吸热为 ．16. 一定量理想气体，从同一状态开始使其体积由V 1膨胀到2V 1，分别经历以下三种过程： 等压过程； 等温过程； 绝热过程．其中：__________过程气体对外作功最多；____________过程气体内能增加最多；__________过程气体吸收的热量最多．T 12TT9-2-11图2p 11T9-2-12图p p T9-2-14图533m 10-T9-2-15图17. 一定量的理想气体，从状态a 出发，分别经历等压、等温、绝热三种过程由体积V 1膨胀到体积V 2，试在T9-2-17图中示意地画出这三种过程的p －V 图曲线．在上述三种过程中：(1) 气体的内能增加的是__________过程；(2) 气体的内能减少的是__________过程．18. 如T9-2-18图所示，已知图中两部分的面积分别为S 1和S 2．如果气体的膨胀过程为a 1b ，则气体对外做功W ＝________； 如果气体进行a 1b 2?a 的循环过程，则它对外做功W ＝_______________．19. 如T9-2-19图所示，一定量的理想气体经历c b a →→过程，在此过程中气体从外界吸收热量Q ，系统内能变化E ∆．则Q 和E ∆ >0或<0或= 0的情况是：Q _________， E __________．20. 将热量Q 传给一定量的理想气体，(1) 若气体的体积不变，则其热量转化为 ； (2) 若气体的温度不变，则其热量转化为 ；(3) 若气体的压强不变，则其热量转化为 ． 21. 一能量为1012 eV 的宇宙射线粒子，射入一氖管中，氖管内充有 mol 的氖气，若宇宙射线粒子的能量全部被氖气分子所吸收，则氖气温度升高了_________________K ．(1 eV ＝×1019J ，普适气体常量R ＝ J/(molK)）22. 有一卡诺热机，用29kg 空气作为工作物质，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到倍，则此热机每一循环所作的功为_________________．(空气的摩尔质量为29×10-3 kgmol -1，普适气体常量R ＝11K mol J --⋅⋅23. 一气体分子的质量可以根据该气体的定体比热来计算．氩气的定体比热c V = k J ·kg 1·K 1，则氩原子的质量m =_____ _____．T9-2-18图1T9-2-17图2T9-2-19图三、计算题1. 1 mol 刚性双原子分子的理想气体，开始时处于Pa 1001.151⨯=p 、331m 10-=V 的状态，然后经图示直线过程I 变到Pa 1004.452⨯=p 、332m 102-⨯=V 的状态．后又经过方程为C pV=21（常量）的过程II 变到压强Pa 1001.1513⨯==p p 的状态．求：(1) 在过程I 中气体吸的热量; (2) 整个过程气体吸的热量．2. 一卡诺热机(可逆的)，当高温热源的温度为C 127ο、低温热源温度为C 27ο时，其每次循环对外作净功8000J ．今维持低温热源的温度不变，提高高温热源的温度，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热线之间，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．3. 如T9-3-15图所示，器壁与活塞均绝热的容器中间被一隔板等分为两部分，其中右边贮有1摩尔处于标准状态的氦气(可视为理想气体)，左边为真空．现先把隔板拉开，待气体平衡后，再缓慢向右推动活塞，把气体压缩到原来的体积．求氦气的温度改变量．4 如T9-3-15图所示，一固定绝热隔板将某种理想气体分成A 、B 两部分，B 的外侧是可动活塞．开始时A 、B 两部分的温度T 、体积V 、压强p 均相同，并与大气压强相平衡．现对A 、B 两部分气体缓慢地加热，当对A 和B 给予相等的热量Q 以后，A 室中气体的温度升高度数与B 室中气体的温度升高度数之比为7:5．(1) 求该气体的定体摩尔热容C V 和定压摩尔热容C p ； (2) B 室中气体吸收的热量有百分之几用于对外作功5 温度为25℃、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．(普适气体常量R ＝ 1--⋅⋅K mol J 1，ln 3=(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1p VT9-3-17图T9-3-15图。

第九章 热力学基础一、选择题1. 如图1所示，一定量的理想气体，由平衡状态A 变到平衡状态B （p A =p B ），则无论经过的是什么过程，系统必然（A ）对外做正功（B ）内能增加 （C ）从外界吸热（D ）向外界放热答案：B分析：功和热量为过程量，其大小、正负与过程有关，故A 、C 、D 选项错误；内能（温度）为状态量，与过程无关。

由图可知，B 点内能高于A 点（由内能公式E =ipV 2⁄可得，式中i 为气体分子自由度，见《气体动理论》选择题1）。

2. 对于室温下的单原子分子理想气体，在等压膨胀的情况下，系统对外所做的功与从外界吸收的热量之比W Q ⁄等于（A ）23⁄（B ）12⁄ （C ）25⁄ （D ）27⁄ 答案：C分析：由等压过程公式∆Q:∆E:∆W =(i +2):i:2可得W Q ⁄=2(3+2)=25⁄⁄。

3. 压强、体积、温度都相等的常温下的氧气和氦气，分别在等压过程中吸收了相等的热量，它们对外做的功之比为（A ）1：1（B ）5：9 （C ）5：7 （D ）9：5 答案：C分析：（参考选择题2）可得∆W =2i +2∆Q → ∆W O 2∆W He =2∆Q (i O 2+2)⁄2∆Q (i He +2)⁄=3+25+2=57 关于自由度i 可参考《气体动理论》选择题1。

4. 在下列理想气体过程中，哪些过程可能发生？（A ）等体积加热时，内能减少，同时压强升高（B ）等温压缩时，压强升高，同时吸热（C ）等压压缩时，内能增加，同时吸热（D ）绝热压缩时，压强升高，同时内能增加答案：D分析：热力学第一定律∆Q =∆E +∆W （其中∆Q 为系统吸收的热量，∆E 为系统内能的增量，∆W 为系统对外所做的功）。

等体过程，∆W =0，吸收热量∆Q >0，则∆E >0，系统内能增加，故A 错误；等温压缩，∆W <0，温度不变即∆E =0，故∆Q <0，系统放热，故B 错误；等压压缩，∆W <0，由等压过程公式（见选择题2）可知∆E <0，∆Q <0，系统内能减小，且系统放热，故C 错误；绝热压缩时，∆Q =0，∆W <0，故∆E >0，系统内能增加，由绝热过程曲线可知压强升高，故D 正确。

9-1压力为0.1MPa ，温度为20℃的空气，分别以100、300、500及1000m/s 的速度流动，当被可逆绝热滞止后，问滞止温度及滞止压力各多少？解：h 1=1T c p =1.01×293=296kJ/kgh 0=h 1+22c 当c=100m/s 时：h 0=301 kJ/kg ，T 0＝p c h 0＝298K ，11010)(-=k k T T p p ＝0.106 MPa 当c=300m/s 时：h 0=341 kJ/kg ，T 0＝337.6K ，p 0= 0.158MPa当c=500m/s 时：h 0=421 kJ/kg ，T 0＝416.8K ，p 0= 0.33MPa当c=1000m/s 时：h 0=796 kJ/kg ，T 0＝788.1K ，p 0= 0.308MPa9-2质量流量1=mkg/s 的空气在喷管内作定熵流动，在截面1-1处测得参数值p 1= 0.3MPa ，t1＝200℃，c1=20m/s 。

在截面2-2处测得参数值p 2＝0.2MPa 。

求2-2截面处的喷管截面积。

解：=⨯==3.0528.01p p c β0.1584>0.2 MPa采用渐缩喷管。

c1=20m/s 较小忽略。

因此2-2截面处是临界点==-k k p p T T 12)12(1421K ==222P RT v 0.6m 3/kg =--=-])12(1[11221k k p p k kRT c 323m/s =⨯=222c m v f 0.00185m 39-3渐缩喷管进口空气的压力p 1= 2.53MPa ，t1＝80℃，c1=50m/s 。

喷管背压p b = 1.5MPa 。

求喷管出口的气流速度c2，状态参数v2、t2。

如喷管出口截面积f2=1cm 2，求质量流量。

解: ⨯==528.01p p c β 2.53=1.33<1.5 MPa没有到临界。

滞止温度：pc c T T 21021+=＝354.24K滞止压力：1)10(10-=k k T T p p ＝2.56 MPa =--=-])02(1[10221k k p p k kRT c 317.5 m/s k k p p T T 1)12(12-=＝304K ==222P RT v 0.058 m 3/kg ==222v c f m 0.55 m 3/s9-4如上题喷管背压p b = 0.1MPa 。

热学部分--第九⼗章习题热学部分习题第九章热⼒学⼀、选择题3. 有关热量, 下列说法中正确的是[ ] (A) 热是⼀种物质(B) 热能是物质系统的状态参量(C) 热量是表征物质系统固有属性的物理量(D) 热传递是改变物质系统内能的⼀种形式4. 关于功的下列各说法中, 错误的是[ ] (A) 功是能量变化的⼀种量度(B) 功是描写系统与外界相互作⽤的物理量(C) ⽓体从⼀个状态到另⼀个状态, 经历的过程不同, 则对外作的功也不⼀样(D) 系统具有的能量等于系统对外作的功8. 理想⽓体状态⽅程在不同的过程中可以有不同的微分表达式, 则式V p p V MR T d d d +=µ表⽰[ ] (A) 等温过程 (B) 等压过程(C) 等体过程 (D) 任意过程16. 理想⽓体内能增量的表⽰式T C E V ?=?ν适⽤于[ ] (A) 等体过程 (B) 等压过程 (C) 绝热过程 (D) 任何过程18. 公式R C C V p +=在什么条件下成⽴?[ ] (A) ⽓体的质量为1 kg (B) ⽓体的压强不太⾼(C) ⽓体的温度不太低 (D) 理想⽓体19. 同⼀种⽓体的定压摩尔热容⼤于定体摩尔热容, 其原因是[ ] (A) 膨胀系数不同 (B) 温度不同(C) ⽓体膨胀需要作功 (D) 分⼦引⼒不同28. ⼀定量的理想⽓体分别经历了等压、等体和绝热过程后其内能均由E 1变化到E 2 ．在上述三过程中, ⽓体的[ ] (A) 温度变化相同, 吸热相同 (B) 温度变化相同, 吸热不同(C) 温度变化不同, 吸热相同 (D) 温度变化不同, 吸热也不同29. 如果使系统从初态变到位于同⼀绝热线上的另⼀终态则[ ] (A) 系统的总内能不变(B) 联结这两态有许多绝热路径(C) 联结这两态只可能有⼀个绝热路径(D) 由于没有热量的传递, 所以没有作功33. ⼀定质量的理想⽓体经历了下列哪⼀个变化过程后, 它的内能是增⼤的?[ ] (A) 等温压缩 (B) 等体降压(C) 等压压缩 (D) 等压膨胀34. ⼀定量的理想⽓体从初态),(T V 开始, 先绝热膨胀到体积为2V , 然后经等容过程使温度恢复到T, 最后经等温压缩到体积V ．在这个循环中, ⽓体必然 [ ] (A) 内能增加 (B) 内能减少 (C) 向外界放热 (D) 对外界作功35. 提⾼实际热机的效率, 下⾯⼏种设想中不可⾏的是[ ] (A) 采⽤摩尔热容量较⼤的⽓体作⼯作物质(B) 提⾼⾼温热源的温度(C) 使循环尽量接近卡诺循环(D) ⼒求减少热损失、摩擦等不可逆因素38. 卡诺循环的特点是[ ] (A) 卡诺循环由两个等压过程和两个绝热过程组成(B) 完成⼀次卡诺循环必须有⾼温和低温两个热源(C) 卡诺循环的效率只与⾼温和低温热源的温度有关(D) 完成⼀次卡诺循环系统对外界作的净功⼀定⼤于042. 根据热⼒学第⼆定律可知, 下列说法中唯⼀正确的是[ ] (A) 功可以全部转换为热, 但热不能全部转换为功(B) 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(C) 不可逆过程就是不能沿相反⽅向进⾏的过程(D) ⼀切⾃发过程都是不可逆过程44. 热⼒学第⼆定律表明:[ ] (A) 不可能从单⼀热源吸收热量使之全部变为有⽤功(B) 在⼀个可逆过程中, ⼯作物质净吸热等于对外作的功(C) 摩擦⽣热的过程是不可逆的T 9-1-34图(D) 热量不可能从温度低的物体传到温度⾼的物体45. “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, 有以下⼏种评论, 哪⼀种是正确的? [ ] (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46. 有⼈设计了⼀台卡诺热机(可逆的)．每循环⼀次可从400K 的⾼温热源吸收1800J 的热量, 向300K 的低温热源放热800J, 同时对外作功1000J ．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了理论值50. 下⾯所列四图分别表⽰某⼈设想的理想⽓体的四个循环过程，请选出其中⼀个在理论上可能实现的循环过程的图的符号．[ ]⼆、填空题16. ⼀定量理想⽓体，从同⼀状态开始使其体积由V 1膨胀到2V 1，分别经历以下三种过程：等压过程；等温过程；●绝热过程．其中：__________过程⽓体对外作功最多；____________过程⽓体内能增加最多；__________过程⽓体吸收的热量最多．17. ⼀定量的理想⽓体，从状态a 出发，分别经历等压、等温、绝热三种过程由体积V 1膨胀到体积V 2，试在T9-2-17图中⽰意地画出这三种过程的p －V 图曲线．在上述三种过程中：(1) ⽓体的内能增加的是__________过程；(2) ⽓体的内能减少的是__________过程．20. 将热量Q 传给⼀定量的理想⽓体，(1) 若⽓体的体积不变，则其热量转化为；(D)(C)(A)(B)1 T9-2-17图2(2) 若⽓体的温度不变，则其热量转化为；(3) 若⽓体的压强不变，则其热量转化为．第10章⽓体动理论⼀、选择题1. ⼀理想⽓体样品, 总质量为M, 体积为V , 压强为p, 绝对温度为T, 密度为ρ, 总分⼦数为N, k 为玻尔兹曼常数, R 为⽓体普适常数, 则其摩尔质量可表⽰为[ ] (A)MRT pV (B) pV MkT (C) p kT ρ (D) p RT ρ4. ⼀容器中装有⼀定质量的某种⽓体, 下列所述中是平衡态的为[ ] (A) ⽓体各部分压强相等 (B) ⽓体各部分温度相等(C) ⽓体各部分密度相等 (D) ⽓体各部分温度和密度都相等5. ⼀容器中装有⼀定质量的某种⽓体, 下⾯叙述中正确的是[ ] (A) 容器中各处压强相等, 则各处温度也⼀定相等(B) 容器中各处压强相等, 则各处密度也⼀定相等(C) 容器中各处压强相等, 且各处密度相等, 则各处温度也⼀定相等(D) 容器中各处压强相等, 则各处的分⼦平均平动动能⼀定相等7. 理想⽓体的压强公式k 32εn p =可理解为 [ ] (A) 是⼀个⼒学规律 (B) 是⼀个统计规律(C) 仅是计算压强的公式 (D) 仅由实验得出8. 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)不确定的12. 对于⼀定质量的理想⽓体, 以下说法中正确的是[ ] (A) 如果体积减⼩, ⽓体分⼦在单位时间内作⽤于器壁单位⾯积的总冲量⼀定增⼤(B) 如果压强增⼤, ⽓体分⼦在单位时间内作⽤于器壁单位⾯积上的总冲量⼀定增⼤(C) 如果温度不变, ⽓体分⼦在单位时间内作⽤于器壁单位⾯积上的总冲量⼀定不变(D) 如果压强增⼤, ⽓体分⼦在单位时间内作⽤于器壁单位⾯积上的总冲量⼀定减⼩13. 对于kT 23k =ε中的平均平动动能k ε和温度T 可作如下理解 [ ] (A) k ε是某⼀分⼦的平均平动动能(B) k ε是某⼀分⼦的能量长时间的平均值(C) k ε是温度为T 的⼏个分⼦的平均平动动能(D) ⽓体的温度越⾼, 分⼦的平均平动动能越⼤15. 在刚性密闭容器中的⽓体, 当温度升⾼时, 将不会改变容器中[ ](A) 分⼦的动能 (B) ⽓体的密度 (C) 分⼦的平均速率 (D) ⽓体的压强17. 两种不同的⽓体, ⼀瓶是氦⽓, 另⼀瓶是氮⽓, 它们的压强相同, 温度相同, 但容积不同, 则[ ] (A) 单位体积内的分⼦数相等 (B) 单位体积内⽓体的质量相等(C) 单位体积内⽓体的内能相等 (D) 单位体积内⽓体分⼦的动能相等26. 某容积不变的容器中有理想⽓体, 若绝对温度提⾼为原来的两倍, ⽤p 和k ε分别表⽰⽓体的压强和⽓体分⼦的平均动能, 则[ ] (A) p 、k ε均提⾼⼀倍 (B) p 提⾼三倍, k ε提⾼⼀倍(C) p 、k ε均提⾼三倍 (D) p 、k ε均不变29. 在⼀定速率v 附近麦克斯韦速率分布函数f (v)的物理意义是: ⼀定量的理想⽓体在给定温度下处于平衡态时的[ ] (A) 速率为v 时的分⼦数 (B) 分⼦数随速率v 的变化(C) 速率为v 的分⼦数占总分⼦数的百分⽐(D) 速率在v 附近单位速率区间内的分⼦数占总分⼦数的百分⽐32. 关于麦⽒速率分布曲线, 有下列说法, 其中正确的是 [ ] (A) 分布曲线与v 轴围成的⾯积表⽰分⼦总数 (B) 以某⼀速率v 为界,两边的⾯积相等时, 两边的分⼦数也相等 (C) 麦⽒速率分布曲线下的⾯积⼤⼩受⽓体的温度与分⼦质量的影响(D) 以上说法都不对33. 在平衡态下, 理想⽓体分⼦速率区间v 1 ~ v 2内的分⼦数为 [ ] (A)f v v v v ()d 12? (B) Nf v v v v ()d 12? (C)vf v v v v ()d 12? (D) f v v v v ()d 12?35. 在平衡态下, 理想⽓体分⼦速率在区间v 1 ~ v 2内的概率是[ ] (A)f v v v v ()d 12? (B) Nf v v v v ()d 12? (C)vf v v v v ()d 12? (D) f v v v v ()d 12?T 10-1-32图 OT 10-1-33图 O12 T 10-1-35图 O1238. f (v)是理想⽓体分⼦在平衡状态下的速率分布函数, 物理式Nf v v v v ()d 12?的物理意义是[ ] (A) 速率在v 1 ~ v 2区间内的分⼦数(B) 速率在v 1 ~ v 2区间内的分⼦数占总分⼦数的百分⽐(C) 速率在v 1 ~ v 2之间的分⼦的平均速率(D) 速率在v 1 ~ v 2区间内的分⼦的⽅均根速率41. 设T10-1-41图⽰的两条曲线分别表⽰在相同温度下氧⽓和氢⽓分⼦的速率分布曲线；令()2O p v 和()2H p v 分别表⽰氧⽓和氢⽓的最概然速率，则 [ ] (A) 图中a 表⽰氧⽓分⼦的速率分布曲线,()2O p v /()2H p v =4 (B) 图中a 表⽰氧⽓分⼦的速率分布曲线, ()2O p v /()2H p v ＝1/4． (C) 图中b 表⽰氧⽓分⼦的速率分布曲线, ()2O p v /()2H p v ＝1/4 (D) 图中b 表⽰氧⽓分⼦的速率分布曲线；()2O p v /()2H p v ＝ 444. 在⼀封闭容器中装有1mol 氮⽓(视为理想⽓体), 当温度⼀定时，分⼦⽆规则运动的平均⾃由程仅决定于[ ](A) 压强p (B) 体积V (C) 温度T (D) 平均碰撞频率46. 体积恒定时, ⼀定质量理想⽓体的温度升⾼, 其分⼦的[ ] (A) 平均碰撞次数将增⼤ (B) 平均⾃由程将增⼤(C) 平均碰撞次数将减⼩ (D) 平均⾃由程将减⼩47. ⼀定质量的理想⽓体等压膨胀时, ⽓体分⼦的[ ] (A) 平均⾃由程不变 (B) 平均碰撞频率不变(C) 平均⾃由程变⼩ (D) 平均⾃由程变⼤61. 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)⼆、填空题T 10-1-41图 O1. 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m ，玻尔兹曼恒量为k, 则该⽓体的分⼦总数可表⽰为．17. f (v)是理想⽓体分⼦在平衡状态下的速率分布函数, 则式?21d )(v v v v f 的物理意义是：19. 图⽰氢⽓分⼦和氧⽓分⼦在相同温度下的麦克斯韦速率分布曲线．则氢⽓分⼦的最概然速率为______________，氧分⼦的最概然速率为____________． 23. T10-2-23图⽰曲线为处于同⼀温度T 时氦（原⼦量4）、氖（原⼦量20）和氩（原⼦量40）三种⽓体分⼦的速率分布曲线．其中曲线(a)是⽓分⼦的速率分布曲线；曲线(c )是⽓分⼦的速率分布曲线．T 10-2-19图O )s1-?T10-2-23图 O。

大学物理2-1第九章(热力学基础)习题答案习 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AQ E -=∆在a <b 过程中，E E E a b∆=-JA Q 19412632011=-=-= 在adb 过程中 JA E Q 236421942=+=+∆=在ba 过程中 JA 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kvE =又E 随温度的关系变化式为Tk T C M M E 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。

试分别求出两过程中氧气对外作的功、吸收的热量及内能的变化。

第9章 热力学基础习题解答9-1 1mol 单原子分子理想气体，在4 atm 、27℃时体积1V =6L ，终态体积2V =12L 。

若过程是：（1）等温；（2）等压；求两种情况下的功、热量及内能的变化。

解：（1）等温过程：0=∆E12/ln 2121V V RT dV V RT pdV A Q V V V V T T νν====⎰⎰17282ln 30031.8=⨯=（J ）（2）等压过程：36472/)(32/12=-=∆=∆V V p T iR E ν（J ）2431)(12=-=V V p A （J ）6078=+∆=A E Q P （J ）9-2 1mol 单原子分子理想气体从300 K 加热到350 K 。

（1）体积保持不变；（2）压强保持不变；在这两过程中系统各吸收了多少热量？增加了多少内能？气体对外做了多少功？解：（1）等体过程：0=V A3.6232/5031.832/=⨯⨯=∆=∆=T iR E Q V ν（J ）（2）等压过程：5.4155031.8)(12=⨯=∆=-=T R V V p A （J ） 10395.4153.623=+=+∆=A E Q P （J ）9-3 将400 J 的热量传给标准状态下的2mol 氢气。

（1）若温度不变，氢气的压强、体积各变为多少？（2）若压强不变，氢气的温度、体积各变为多少？（3）若体积不变，氢气的温度、压强各变为多少？哪一过程中它做功最多？为什么？哪一过程中内能增加最多？为什么？解：（1）8.4410013.127331.825000=⨯⨯⨯==p RT V ν(L) 等温过程：01/ln V V RT Q T ν=9.4827331.82400exp 8.44exp 01=⨯⨯==RT Q V V ν(L) 916.09.48/8.44/1001===V V p p （atm ）＝9.27×104（Pa ）（2）等压过程：)(02T T C Q P P -=ν9.2792732/31.87240002=+⨯⨯=+=T C Q T P ν（K ） 9.45273/8.449.279/0022=⨯==T V T V (L)（3）等体过程：)(03T T C Q V V -=ν6.2822732/31.85240003=+⨯⨯=+=T C Q T V ν（K ） 55003310049.1273/10013.16.282/⨯=⨯⨯==T p T p （Pa ）等温过程做功最多，因为热量全部转化为功。

第九章 气体动力循环习 题9-1 某活塞式内燃机定容加热理想循环，压缩10ε=，气体在压缩中程的起点状态是、1100kPa p =135C t =°，加热过程中气体吸热65。

假定比热容为定值且0kJ/kg 1.005kJ/(kg K)p c =⋅、 1.4κ=，求（1）循环中各点的温度和压力；（2）循环热效率，并与同温度限的卡诺循环热效率作比较；（3）平均有效压力。

提示和答案：注意压缩比定义。

、、 题9-1附图 2 2.512MPa p =2774.05K T =31679.52K T =、、、；3 5.450MPa p =40.217MPa p =4668.60K T =t 0.602η=、t,c 0.817η=；。

MEP 491.6kPa =9-2 利用空气标准的奥托循环模拟实际火花点火活塞式汽油机的循环。

循环的压缩比为7，循环加热量为1，压缩起始时空气压力为90，温度10，假定空气的比热容可取定值，求循环的最高温度、最高压力、循环热效率和平均有效压力。

000kJ/kg kPa C o 提示和答案：同题9-1。

、、、。

3max 2009.43K T T ==3max 4470.6kPa p p ==t 54.1%η=MEP 699.1kPa=9-3 某狄塞尔循环的压缩比是19:，输入每千克空气的热量。

若压缩起始时状态是、，计算：（1）循环中各点的压力、温度和比体积；（2）预胀比；（3）循环热效率，并与同温限的卡诺循环热效率作比较；（4）平均有效压力。

假定气体的比热容为定值，且、。

11800kJ/kg q =125C t =°1100kPa p =1005J/(kg K)p c =⋅718J/(kg K)V c =⋅提示和答案：同题9-1，加热过程为定压。

、 题9-3附图310.8557m /kg v =320.0450m /kg v =、、、、26169.6kPa p =2967.35K T =31763.37K T =32p p =、、、、；330.0820m /kg v =41v v =4231.5kPa p =4690.25K T = 1.82ρ=；t 0.648η=、t,c 0.848η=；。

第9章 热力学基础习题解答9-1 1mol 单原子分子理想气体，在4 atm 、27℃时体积1V =6L ，终态体积2V =12L 。

若过程是：（1）等温；（2）等压；求两种情况下的功、热量及内能的变化。

解：（1）等温过程：0=∆E12/ln 2121V V RT dV VRTpdV A Q V V V V T T νν====⎰⎰17282ln 30031.8=⨯=（J ）（2）等压过程：36472/)(32/12=-=∆=∆V V p T iR E ν（J ） 2431)(12=-=V V p A （J ） 6078=+∆=A E Q P （J ）9-2 1mol 单原子分子理想气体从300 K 加热到350 K 。

（1）体积保持不变；（2）压强保持不变；在这两过程中系统各吸收了多少热量？增加了多少内能？气体对外做了多少功？解：（1）等体过程：0=V A3.6232/5031.832/=⨯⨯=∆=∆=T iR E Q V ν（J ）（2）等压过程：5.4155031.8)(12=⨯=∆=-=T R V V p A （J ） 10395.4153.623=+=+∆=A E Q P （J ） 9-3 将400 J 的热量传给标准状态下的2mol 氢气。

（1）若温度不变，氢气的压强、体积各变为多少？（2）若压强不变，氢气的温度、体积各变为多少？（3）若体积不变，氢气的温度、压强各变为多少？哪一过程中它做功最多？为什么？哪一过程中内能增加最多？为什么？解：（1）8.4410013.127331.82500=⨯⨯⨯==p RT V ν(L)等温过程：01/ln V V RT Q T ν= 9.4827331.82400exp8.44exp01=⨯⨯==RTQV V ν(L)916.09.48/8.44/1001===V V p p （atm ）＝9.27×104（Pa ） （2）等压过程：)(02T T C Q P P -=ν 9.2792732/31.87240002=+⨯⨯=+=T C QT Pν（K ）9.45273/8.449.279/0022=⨯==T V T V (L) （3）等体过程：)(03T T C Q V V -=ν 6.2822732/31.85240003=+⨯⨯=+=T C QT Vν（K ）55003310049.1273/10013.16.282/⨯=⨯⨯==T p T p （Pa ）等温过程做功最多，因为热量全部转化为功。

第9章 热力学基础一. 基本要求1. 理解平衡态、准静态过程的概念。

2. 掌握内能、功和热量的概念。

3. 掌握热力学第一定律，能熟练地分析、计算理想气体在各等值过程中及绝热过程中的功、热量和内能的改变量。

4. 掌握循环及卡诺循环的概念，能熟练地计算循环及卡诺循环的效率。

5. 了解可逆过程与不可逆过程的概念。

6. 解热力学第二定律的两种表述，了解两种表述的等价性。

7. 1. 内能 E 仅为温度T 功 在p —V 热量 2. 3. （1）(2) 系统吸收的热量 12M P m o lP式中R C C V P +=为等压摩尔热容。

（3）等温过程 温度不变的过程，其特点是温度T =常量；其过程方程为pV =常量在等温过程中，系统内能无变化，即（4）绝热过程 不与外界交换热量的过程，其特点是dQ=0，其过程方程pV γ=常量在绝热过程中，系统对外做的功等于系统内能的减少，即7. 循环过程 系统从某一状态出发，经过一系列状态变化后又回到了初始状态的整个变化过程。

其特点是内能变化为零，即在循环过程中，系统吸收的净热量（吸收热量1Q 与放出热量2Q 之差。

注意这里及以后的2Q 均指绝对值）与系统对外做的净功（系统对外作的功1A 与外界对系统作的功2A 之差）相等，即若循环沿过程曲线的顺时针方向进行(称为热循环)，则其效率8. 卡诺循环 由两个等温过程和两个绝热过程组成的循环，其效率习 题9-1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（看成刚性分子的理想气体），它们的温度和压强都相等，现将5J 的热量都传给氢气，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1）绝程在V—T a 和由初态a ′cb b ，如P （Ａ）Q 1＜0，Q 1＞Q 2 （B ）Q 1 ＞0，Q 1＞Q 2（C ）Q 1＜0，Q 1＜Q 2 （D ）Q 1＞0，Q 1＜Q 2 ［ ］9-8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 ）n1倍 （D ）n n 1+倍 ［ ］9-10如图所示的两个卡诺循环，第一个沿A 、B 、C 、D 、A 进行，第二个沿A 、B 、C /、D ?、A 进行，这两个循环的效率?1和?2的关系及这两个循环所作的净功A 1和A 2的关系是（A ）?1=?2，A 1=A 2 （B ）?1＞?2，A 1=A 2 （C ）?1=?2，A １＞A 2（D ）?1=?2，A １＜A 2 ［ ］ 9-14 一定量的理想气体，分别经历如图（1）所示的abc 过程，（图中虚线ac 为等温线），和图（2）所示的def 过程（图中虚线df 为绝热线）。

9-13The three processes of an air-standard cycle are described. The cycle is to be shown on the P-v and T-s diagrams, and the back work ratio and the thermal efficiency are to be determined.Assumptions 1 The air-standard assumptions are applicable. 2 Kinetic and potential energy changes are negligible. 3 Air is an ideal gas with constant specific heats. Properties The properties of air are given as R = 0.287 kJ/kg.K, c p = 1.005 kJ/kg.K, c v = 0.718 kJ/kg·K, and k = 1.4.Analysis (a) The P -v and T -s diagrams of the cycle are shown in the figures. (b) The temperature at state 2 is K 2100kP a100kP a 700K) 300(1212===P P T TK 210023==T TDuring process 1-3, we havekJ/kg516.600)K 21K)(300kJ/kg 287.0()()(3131113,13=-⋅-=--=--=-=⎰-T T R P Pd w in V V vDuring process 2-3, we havekJ/kg8.1172n7K)(2100)Kl kJ/kg 287.0(7ln 7ln ln22233232,32=⋅======⎰⎰-RT RT RT d RTPd w out V VV V v Vv The back work ratio is then0.440===--kJ/kg8.1172kJ/kg6.516,32,13outin bw w w rHeat input is determined from an energybalance on the cycle during process 1-3,kJ/kg2465kJ/kg 1172.8300)K)(2100kJ/kg 718.0()(,3213,3231,3131,32,31=+-⋅=+-=+∆=-∆=--------outv outin out in w T T c w u q u w qThe net work output issvkJ/kg 2.6566.5168.1172,13,32=-=-=--in out net w w w(c) The thermal efficiency is then26.6%====266.0kJ2465kJ656.2in net th q w η9-21An air-standard cycle executed in a piston-cylinder system is composed of threespecified processes. The cycle is to be sketcehed on the P -v and T -s diagrams; the heat and work interactions and the thermal efficiency of the cycle are to bedetermined; and an expression for thermal efficiency as functions of compression ratio and specific heat ratio is to be obtained.Assumptions 1 The air-standard assumptions are applicable. 2 Kinetic and potential energy changes are negligible. 3 Air is an ideal gas with constant specific heats. Properties The properties of air are given as R = 0.3 kJ/kg·K and c v = 0.3 kJ/kg·K. Analysis (a) The P -v and T -s diagrams of the cycle are shown in the figures. (b) Noting that1.4297.00.1KkJ/kg 0.13.07.0===⋅=+=+=vv c c k R c c p pProcess 1-2: Isentropic compressionK 4.584)5)(K 293(429.01112112===⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=--k k r T T T vvkJ/kg 204.0=-⋅=-=-K )2934.584)(K kJ/kg 7.0()(12in 2,1T T c w v0=-21qFrom ideal gas relation,2922)5)(4.584(3212323==−→−===T r T T v v v v Process 2-3: Constant pressure heat additionkJ/kg701.3=-⋅=-=-==⎰-K )4.5842922)(K kJ/kg 3.0()()(2323232out 3,2T T R P Pd w v v vskJ/kg2338=-⋅=-=∆=∆+=----K )4.5842922)(K kJ/kg 1()(233232,32in 3,2T T c h u w q p outProcess 3-1: Constant volume heat rejectionkJ/kg 1840.3=⋅=-=∆=--K 293)-K)(2922kJ/kg 7.0()(1331out 1,3T T c u q v0=-13w(c) Net work isK kJ/kg 3.4970.2043.701in 2,1out 3,2net ⋅=-=-=--w w wThe thermal efficiency is then21.3%====213.0kJ2338kJ497.3in net th q w η9-32The two isentropic processes in an Otto cycle are replaced with polytropic processes.The heat added to and rejected from this cycle, and the cycle’s thermal efficiency are to be determined.Assumptions 1 The air-standard assumptions are applicable. 2 Kinetic and potential energy changes are negligible. 3 Air is an ideal gas with constant specific heats. Properties The properties of air at room temperature are R = 0.287 kPa·m 3/kg·K, c p = 1.005 kJ/kg·K, c v = 0.718 kJ/kg·K, and k = 1.4 (Table A-2a). Analysis The temperature at the end of the compression isK 4.537K)(8) 288(13.11112112===⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=---n n r T T T vvAnd the temperature at the end of the expansion isK 4.78981K) 1473(113.11314334=⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=---n n r T T T vvThe integral of the work expression for the polytropic compression giveskJ/kg 6.238)18(13.1K) K)(288kJ/kg 287.0(1113.1121121=--⋅=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=---n n RT w vvSimilarly, the work produced during the expansion iskJ/kg 0.65418113.1K) K)(1473kJ/kg 287.0(1113.1143343=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-⎪⎭⎫⎝⎛-⋅-=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=---n n RT w vv Application of the first law to each of the four processes giveskJ/kg 53.59K )2884.537)(K kJ/kg 718.0(kJ/kg 6.238)(122121=-⋅-=--=--T T c w q v kJ/kg 8.671K )4.5371473)(K kJ/kg 718.0()(2332=-⋅=-=-T T c q vkJ/kg 2.163K )4.7891473)(K kJ/kg 718.0(kJ/kg 0.654)(434343=-⋅-=--=--T T c w q vkJ/kg 0.360K )2884.789)(K kJ/kg 718.0()(1414=-⋅=-=-T T c q vThe head added and rejected from the cycle arekJ/kg419.5kJ/kg 835.0=+=+==+=+=----0.36053.592.1638.6711421out 4332in q q q q q qThe thermal efficiency of this cycle is then0.498=-=-=0.8355.41911in out th q q η9-37An ideal Otto cycle with air as the working fluid has a compression ratio of 8. Theamount of heat transferred to the air during the heat addition process, the thermal efficiency, and the thermal efficiency of a Carnot cycle operating between the same temperature limits are to be determined. Assumptions 1 The air-standard assumptions are applicable. 2 Kinetic and potential energy changes are negligible. 3 Air is an ideal gas with variable specific heats.Properties The properties of air are given in Table A-17E. Analysis (a) Process 1-2: isentropic compression.32.144Btu/lbm92.04R 540111==−→−=r u T v()Btu/lbm 11.28204.1832.144811212222=−→−====u r r r r v v v v v Process 2-3: v = constant heat addition.Btu/lbm241.42=-=-===−→−=28.21170.452419.2Btu/lbm452.70R 240023333u u q u T in r vvP(b) Process 3-4: isentropic expansion.()()Btu/lbm 205.5435.19419.28434334=−→−====u r r r r v v v v v Process 4-1: v = constant heat rejection.Btu/lbm 50.11304.9254.20514out =-=-=u u q53.0%=-=-=Btu/lbm241.42Btu/lbm113.5011in out th q q η (c) The thermal efficiency of a Carnot cycle operating between the same temperature limits is 77.5%=-=-=R2400R54011C th,H L T T η9-40The expressions for the maximum gas temperature and pressure of an ideal Otto cycleare to be determined when the compression ratio is doubled.Assumptions 1 The air-standard assumptions are applicable. 2 Kinetic and potential energy changes are negligible. 3 Air is an ideal gas with constant specific heats. Analysis The temperature at the end of the compression varies with the compression ratio as1112112--=⎪⎪⎭⎫⎝⎛=k k r T T T v vsince T 1 is fixed. The temperature rise during thecombustion remains constant since the amount of heat addition is fixed. Then, the maximum cycle temperature is given by11in 2in 3//-+=+=k r T c q T c q T v vThe smallest gas specific volume during the cycle isr13v v =When this is combined with the maximum temperature, the maximum pressure is given by ()11in 1333/-+==k r T c qRrRT P v v v9-47An ideal diesel cycle has a compression ratio of 20 and a cutoff ratio of 1.3. The maximum temperature of the air and the rate of heat addition are to be determined. Assumptions 1 The air-standard assumptions are applicable. 2 Kinetic and potential energy changes are negligible. 3 Air is an ideal gas with constant specific heats. Properties The properties of air at room temperature are c p = 1.005 kJ/kg·K, c v = 0.718 kJ/kg·K, R = 0.287 kJ/kg·K, and k = 1.4 (Table A-2a). Analysis()K 6.95420K) 288(14.11112112===⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=---k k r T T T vvK 1241===⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=K)(1.3) 6.954(22323c r T T T vv Combining the first law as applied to the various processes with the process equations gives6812.0)13.1(4.113.12011)1(1114.111.41th =---=---=--c k c k r k r r ηAccording to the definition of the thermal efficiency,kW 367===0.6812kW 250th net inηW Q9-59An ideal dual cycle has a compression ratio of 15 and cutoff ratio of 1.4. The net work,heat addition, and the thermal efficiency are to be determined.Assumptions 1 The air-standard assumptions are applicable. 2 Kinetic and potential energy changes are negligible. 3 Air is an ideal gas with constant specific heats. Properties The properties of air at room temperature are R = 0.3704 psia·ft 3/lbm.R (Table A-1E), c p = 0.240 Btu/lbm·R, c v = 0.171 Btu/lbm·R, and k = 1.4 (Table A-2Ea).Analysis Working around the cycle, the germane properties at the various states are()R 158015R) 535(14.11112112===⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=---k k r T T T vvout()psia 2.62915psia) 2.14(4.112112===⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=k kr P P P vvpsia 1.692psia) 2.629)(1.1(23====P r P P p xR 1738psia 629.2psia 692.1R) 1580(22=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=PP T T xxR 2433R)(1.4) 1738(33===⎪⎪⎭⎫⎝⎛=c x xx r T T T vvR 2.942151.4R) 2433(14.11314334=⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=---k c k rr T T T vvApplying the first law to each of the processes givesBtu/lbm 7.178R )5351580)(R Btu/lbm 171.0()(1221=-⋅=-=-T T c w v Btu/lbm 02.27R )15801738)(R Btu/lbm 171.0()(22=-⋅=-=-T T c q x x vBtu/lbm 8.166R )17382433)(R Btu/lbm 240.0()(33=-⋅=-=-x p x T T c qB t u /l b 96.47R )17382433)(R Btu/lbm 171.0(Btu/lbm 8.166)(333=-⋅-=--=--x x x T T c q w vBtu/lbm 9.254R )2.9422433)(R Btu/lbm 171.0()(4343=-⋅=-=-T T c w vThe net work of the cycle isBtu/lbm 124.2=-+=-+=---7.17896.479.25421343net w w w w x and the net heat addition isBtu/lbm 193.8=+=+=--8.16602.2732in x x q q q Hence, the thermal efficiency is0.641===Btu/lbm193.8Btu/lbm124.2in net th q w η9-61An expression for cutoff ratio of an ideal diesel cycle is to be developed.Assumptions 1 The air-standard assumptions are applicable. 2 Kinetic and potentialenergy changes are negligible. 3 Air is an ideal gas with constant specific heats. Analysis Employing the isentropic process equations,112-=k rT Toutwhile the ideal gas law gives1123T r r r T T k c c -==When the first law and the closed system work integral is applied to the constant pressure heat addition, the result is)()(111123in T r T r r c T T c q k k c p p ---=-=When this is solved for cutoff ratio, the result is11in1T r c q r k p c -+=9-81A simple ideal Brayton cycle with air as the working fluid has a pressure ratio of 10. The air temperature at the compressor exit, the back work ratio, and the thermal efficiency are to be determined.Assumptions 1 Steady operating conditions exist. 2 The air-standard assumptions are applicable. 3 Kinetic and potential energy changes are negligible. 4 Air is an ideal gas with variable specific heats.Properties The properties of air are given in Table A-17E. Analysis (a ) Noting that process 1-2 is isentropic,T h P r 11112147=−→−==520R124.27Btu /lbm .()()Btu/lbm 240.11 147.122147.110221212==−→−===h T P P P P r r R 996.5(b ) Process 3-4 is isentropic, and thus()Btu/lbm38.88283.26571.504Btu/lbm115.8427.12411.240Btu/lbm 265.834.170.1741010.174Btu/lbm 504.71R 200043out T,12inC,43433343=-=-==-=-==−→−=⎪⎭⎫⎝⎛====−→−=h h w h h w h P P P P P h T r r rThen the back-work ratio becomess200052048.5%===Btu/lbm238.88Btu/lbm115.84outT,in C,bw w w r(c ) 46.5%====-=-==-=-=Btu/lbm264.60Btu/lbm123.04Btu/lbm123.0484.11588.238Btu/lbm264.6011.24071.504inout net,th in C,out T,out net,23in q w w w w h h q η9-87A simple ideal Brayton cycle with air as the working fluid has a pressure ratio of 10.The air temperature at the compressor exit, the back work ratio, and the thermal efficiency are to be determined.Assumptions 1 Steady operating conditions exist. 2 The air-standard assumptions are applicable. 3 Kinetic and potential energy changes are negligible. 4 Air is an ideal gas with variable specific heats.Properties The properties of air are given in Table A-17E. Analysis (a ) Noting that process 1-2 is isentropic,T h P r 11112147=−→−==520R124.27Btu /lbm .()()Btu/lbm 240.11 147.122147.110221212==−→−===h T P P P P r r R 996.5(b ) Process 3-4 is isentropic, and thus()Btu/lbm38.88283.26571.504Btu/lbm115.8427.12411.240Btu/lbm 265.834.170.1741010.174Btu/lbm 504.71R 200043out T,12inC,43433343=-=-==-=-==−→−=⎪⎭⎫⎝⎛====−→−=h h w h h w h P P P P P h T r r rThen the back-work ratio becomes48.5%===Btu/lbm238.88Btu/lbm115.84outT,in C,bw w w rs2000520(c ) 46.5%====-=-==-=-=Btu/lbm264.60Btu/lbm123.04Btu/lbm123.0484.11588.238Btu/lbm264.6011.24071.504inout net,th in C,out T,out net,23in q w w w w h h q η(d) The expression for the cycle thermal efficiency is obtained as follows:⎪⎭⎫ ⎝⎛---⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎭⎫⎝⎛---=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=---=----=-==-----------1111111111111111111231223in in 2,1out 3,2in net th 11)1(11111)1(11)1(1)1(1)()()()()(k k p k p k p k k v p k k p k v p p v r r k k r r k c R r T T r k c R r r T c r T T r T c c R r T r rT c T r T c c RT T c T T c T T R q w w q w η since 111kc c c c c c R p v p v p p -=-=-=。