2025年大学《物理学》专业题库—— 物质的能量转化与守恒定律.docxVIP

2025年大学《物理学》专业题库——物质的能量转化与守恒定律

考试时间：______分钟总分：______分姓名：______

一、选择题（本题共5小题，每小题3分，共15分。在每小题列出的四个选项中，只有一项是最符合题目要求的。）

1.下列哪个过程是可逆的？

A.热量从低温物体传到高温物体

B.气体向真空自由膨胀

C.理想气体经过准静态等温膨胀

D.摩擦生热过程

2.一定量的理想气体，从状态A变化到状态B，经历了一个准静态过程。如果气体对外界做了正功，并且内能减少了，那么这个过程可能是：

A.恒定体积的冷却过程

B.恒定压强的冷却过程

C.绝热压缩过程

D.绝热膨胀过程

3.关于热机效率，下列说法正确的是：

A.热机效率总可以大于1

B.热机效率总可以等于1

C.热机效率不可能大于可逆热机的效率

D.热机效率取决于高温热源和低温热源的温度差，与循环具体过程无关

4.对于一个孤立系统，下列说法正确的是：

A.系统的内能不可能增加

B.系统的熵不可能减少

C.系统的内能和熵都不可能增加

D.系统的熵总是增加的

5.假设气体从状态(1)经过准静态过程到达状态(2)，然后经过准静态等温过程回到状态(1)。已知气体在状态(1)和状态(2)的内能分别为U1和U2，温度分别为T1和T2(T2T1)。在过程1→2中，气体吸收了热量Q，对外做了功W。则在过程2→1中，气体吸收的热量Q和对外做的功W分别为：

A.Q=-Q,W=-W

B.Q=Q,W=W

C.Q=-Q,W=W

D.Q=Q,W=-W

二、填空题（本题共5小题，每小题3分，共15分。）

6.热力学第一定律的数学表达式ΔU=Q+W中，ΔU表示气体的内能变化量，Q表示气体吸收的热量，W表示气体对外界做的功。当气体从状态A变化到状态B，若气体吸收了500J热量，对外界做了300J功，则气体内能的变化量ΔU为________J。

7.一摩尔理想气体，在准静态等温膨胀过程中，吸收了600J热量。若气体的温度T为300K，则该过程气体对外界做的功W为________J。（理想气体常数R=8.31J/(mol·K)）

8.卡诺热机的效率η=1-T2/T1，其中T1和T2分别代表高温热源和低温热源的热力学温度。若T1=500K，T2=300K，则该卡诺热机的效率η为________。

9.熵是一个状态函数。对于理想气体经过一个准静态绝热自由膨胀过程，系统的熵变ΔS为________。

10.根据热力学第二定律的开尔文表述，不可能从单一热源吸热并完全转化为功，而不引起其他变化。这表明能量转化过程中存在________。

三、计算题（本题共3小题，共60分。）

11.（20分）一定量的理想气体，从状态A(p1,V1,T1)经过一个准静态的等压过程膨胀到状态B(p1,V2,T2)，再经过一个准静态的等温过程膨胀到状态C(p2,V3,T2)。已知p1=1.0×10^5Pa，V1=10L，V2=20L，T1=300K，T2=600K，p2=0.5×10^5Pa。求：

(1)气体在等压过程AB中吸收的热量Q_AB；

(2)气体在等温过程BC中对外做的功W_BC；

(3)整个循环过程AB→C气体的总热量变化Q_总（即Q_AB+Q_BC）。

12.（20分）一卡诺热机工作在高温热源T_H=500K和低温热源T_C=300K之间。已知在一个循环中，热机从高温热源吸收热量Q_H=2000J。求：

(1)该卡诺热机的效率η；

(2)热机在一个循环中向低温热源放出的热量Q_C；

(3)若要使该热机的效率提高一倍，应将高温热源温度T_H提高到多少？

13.（20分）一摩尔理想气体，其定容摩尔热容量Cv,m=12.5J/(mol·K)。该气体从状态D(pD,VD,TD)经历了一个准静态的等温过程膨胀到状态E(pE,VE,TE=TD)，体积变为原来的两倍。然后经过一个准静态的等压过程回到状态D。求：

(1)在等温过程D→E中，气体对外做的功W_DE；

(2)在等压过程E→D中，气体吸收的热量Q_ED；

(3)整个循环过程D→E→D气体的总熵变ΔS_总。提示：对于理想