第八章的热力学作业(答案详解)

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一、选择题

[ A ]1.(基础训练4)一定量理想气体从体积V 1,膨胀到体积V

2分别经历的过程是:A →B

等压过程,A

→C 等温过程;A →D 绝热过程,其中吸热量最多的过程

(A)是A →B. (B)是A →C. (C)是A →D.

(D)既是A →B 也是A →C , 两过程吸热一样多。 【提示】功即过程曲线下的面积,由图可知AD AC AB A A A >>; 根据热力学第一定律:E A Q ∆+= AD 绝热过程:0=Q ; AC 等温过程:AC A Q =;

AB 等压过程:AB AB E A Q ∆+=,且0>∆A B E

[ B ]2.(基础训练6)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p 0,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) p 0. (B) p 0 / 2. (C) 2γp 0. (D) p 0 / 2γ

【提示】该过程是绝热自由膨胀:Q=0,A=0;根据热力学第一定律Q A E =+∆得 0E ∆=,∴0T T =;根据状态方程pV RT ν=得00p V pV =;已知02V V =,∴0/2p p =.

[ D ]3.(基础训练10)一定量的气体作绝热自由膨胀,设其热力学能增量为E ∆,熵增量为S ∆,则应有

(A) 0......

0=∆<∆S E (B) 0......0>∆<∆S E . (C) 0......

0=∆=∆S E . (D) 0......0>∆=∆S E 【提示】由上题分析知:0=∆E ;而绝热自由膨胀过程是孤立系统中的不可逆过程,故熵增加。

[ D ]4.(自测提高1)质量一定的理想气体,从相同状态出发,分别经历等温过程、等压过程和绝热过程,使其体积增加1倍.那么气体温度的改变(绝对值)在 (A) 绝热过程中最大,等压过程中最小. (B) 绝热过程中最大,等温过程中最小. (C) 等压过程中最大,绝热过程中最小.

(D) 等压过程中最大,等温过程中最小. 【提示】如图。等温AC 过程:温度不变,0C A T T -=; 等压过程:A B p p =,根据状态方程pV RT ν=,得:

B A

B A

T T V V =,2B A T T ∴=,B A A T T T -=

绝热过程:11

A A D D

T V T V γγ--=,1

1

12A D A A D V T T T V γγ--⎛⎫⎛⎫== ⎪ ⎪

⎝⎭

⎝⎭

得:1112D A A A T T T T γ-⎡⎤

⎛⎫-=-<⎢⎥ ⎪⎝⎭⎢⎥⎣⎦

,所以,选择(D )

【或者】等压过程:()()p A B A B A A p V V R T T ν=-=-,p

B A A T T R

ν-=;

绝热过程:()2

D A i

A E R T T ν=-∆=--,2

D A A T T i R ν-=

∵2

i

R R νν<,由图可知p A A >, 所以 B A D A T T T T ->-

[ A ]5.(自测提高3)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).判断这两种过程是吸热还是放热.

(A) abc 过程吸热,def 过程放热. (B) abc 过程放热,def 过程吸热. (C) abc 过程和def 过程都吸热.(D) abc 过程和def 过程都放热. 【提示】(a ) , 0a c c a T T E E =∴-=,()0abc abc c a abc Q A E E A =+-=>,吸热。

(b )df 是绝热过程,0

df Q =,∴f d df E E A -=-,

()def def f d def df Q A E E A A =+-=-,

“功”即为曲线下的面积,由图中可见,def df A A <,故0def Q <,放热。

[ B ]6.(自测提高6)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S 1和S 2,则二者的大小关系是:

(A) S 1 > S 2. (B) S 1 = S 2.

(C) S 1 < S 2. (D) 无法确定.

【提示】两条绝热线下的面积大小即为“功的大小”。绝热过程的功

的大小为12()2

i A E R T T ν=-∆=-,仅与高温和低温热源的温差有关,而两个绝热过程对应的温差相同,所以作功A 的数值相同,即过程曲线下的面积相同。

二、填空题

1.(基础训练13)一定量的某种理想气体在等压过程中对外作功为 200 J .若此种气体为单原子分子气体,则该过程中需吸热 500 J ;若为双原子分子气体,则需吸热 700

V

J.

【提示】据题意200()mol

M

A pdV p V R T J M =

=⋅∆=

⋅∆=⎰ 22mol i M i E R T A M ⎛⎫∆=

⋅∆=

⎝⎭

,22i Q A E A +=+∆= 对于单原子分子:3i =,所以5

500()2Q A J =

=; 对于双原子分子:5i =,所以7

700()2

Q A J ==

2.(基础训练14)给定的理想气体(比热容比为已知),从标准状态(p 0、V 0、T 0)开始,作绝热膨胀,体积增大到三倍,膨胀后的温度T =01 3T γ-,压强p =0

3

p γ 【提示】求温度的变化,可用绝热过程方程:1

1

00

T V TV

γγ--=,1

00

013

V T T T V γγ--⎛⎫

==

⎝⎭

求压强的变化,可用绝热过程方程:00p V pV γ

γ

=,得:0003V p p p V γ

γ⎛⎫

== ⎪⎝⎭

3.(自测提高11)有ν摩尔理想气体,作如图所示的循

环过程acba ,其中acb 为半圆弧,b a 为等压线,p c =2p a .令气体进行a b 的等压过程时吸热Q ab ,则在此循环过程中气体净吸热量Q < Q ab . (填入:>,<或=) 【提示】a-b 过程:2

ab i Q A E S R T ν=+∆=+∆矩形 而acba 循环过程的净吸热量Q A S '==半圆,∵p c =2p a ,由图可知:S S >矩形半圆,且0T ∆>,0E ∆>,所以 ab Q Q >

4.(自测提高12)如图所示,绝热过程AB 、CD ,等温过程DEA , 和任意过程BEC ,组成一循环过程.若图中ECD 所包围的面积为70 J ,EAB 所包围的面积为30 J ,DEA 过程中系统放热100 J ,则:(1) 整个循环过程(ABCDEA )系统对外作功为

40J .(2) BEC 过程中系统从外界吸热为 140J .

【提示】(1) 整个循环过程(ABCDEA )系统对外作功为

()307040J EABE ECDE A A A =+=-+=逆循(正循)()环环; (2)ABCDEA AB BEC CD DEA Q Q Q Q Q =+++00(100)BEC Q =+++-,

V

p a

b

p