08第八章 熱力學(xué)作業(yè)答案

姓名 _ 學(xué)號 _ 大學(xué)物理答題紙 第八章第八章 熱力學(xué)基礎(chǔ)一、選擇題 B 1.（基礎(chǔ)訓(xùn)練6）如圖所示，一絕熱密閉的容器，用隔板分成相等的兩部分，左邊盛有一定量的理想氣體，壓強為p0，右邊為真空。今將隔板抽去，氣體自由膨脹，當氣體達到平衡時，氣體的壓強是 (A) p0 (B) p0 / 2 (C) 2p0 (D) p0 / 2【提示】該過程是絕熱自由膨脹：Q=0，A=0；根據(jù)熱力學(xué)第一定律得 ，；根據(jù)狀態(tài)方程得；已知，. D 2.（基礎(chǔ)訓(xùn)練10）一定量的氣體作絕熱自由膨脹，設(shè)其熱力學(xué)能增量為，熵增量為，則應(yīng)有(A) (B) (C) (D) 【提示】由上題分析知：；而絕熱自由膨脹過程是孤立系統(tǒng)中的不可逆過程，故熵增加。 D 3.（自測提高1）質(zhì)量一定的理想氣體，從相同狀態(tài)出發(fā)，分別經(jīng)歷等溫過程、等壓過程和絕熱過程，使其體積增加1倍那么氣體溫度的改變(絕對值)在 (A) 絕熱過程中最大，等壓過程中最小 (B) 絕熱過程中最大，等溫過程中最小 (C) 等壓過程中最大，絕熱過程中最小 (D) 等壓過程中最大，等溫過程中最小 【提示】如圖。等溫AC過程：溫度不變，；等壓AB過程：，；絕熱AD過程：，； 由圖可知，又， 所以 ，等壓過程溫度變化最大。 A 4.（自測提高3）一定量的理想氣體，分別經(jīng)歷如圖（1） 所示的abc過程，(圖中虛線ac為等溫線)，和圖（2）所示的def過程(圖中虛線df為絕熱線)判斷這兩種過程是吸熱還是放熱 (A) abc過程吸熱，def過程放熱 (B) abc過程放熱，def過程吸熱 (C) abc過程和def過程都吸熱 (D) abc過程和def過程都放熱 【提示】（a），吸熱。（b）df是絕熱過程，“功的大小”即為曲線下的面積，由圖中可見，故，放熱。 B 5.（自測提高4）用下列兩種方法， (1) 使高溫熱源的溫度T1升高T； (2) 使低溫熱源的溫度T2降低同樣的值T，分別可使卡諾循環(huán)的效率升高1和2，兩者相比,(A) 1 > 2 (B) 1 < 2 (C) 1 = 2 (D) 無法確定哪個大【提示】， B 6.（自測提高6）理想氣體卡諾循環(huán)過程的兩條絕熱線下的面積大?。▓D中陰影部分）分別為S1和S2，則二者的大小關(guān)系是： (A) S1 > S2 (B) S1 = S2 (C) S1 < S2 (D) 無法確定 【提示】兩條絕熱線下的面積大小即為“功的大小”。絕熱過程的功的大小為，僅與高溫和低溫熱源的溫差有關(guān)，而兩個絕熱過程對應(yīng)的溫差相同，所以作功的數(shù)值相同，即過程曲線下的面積相同。二、填空題1.（基礎(chǔ)訓(xùn)練13）一定量的某種理想氣體在等壓過程中對外作功為 200 J若此種氣體為單原子分子氣體，則該過程中需吸熱 500 J；若為雙原子分子氣體，則需吸熱 700 J. 【提示】據(jù)題意，對于單原子分子：，所以；對于雙原子分子：，所以2.（基礎(chǔ)訓(xùn)練14）給定的理想氣體(比熱容比 g 為已知)，從標準狀態(tài)(p0、V0、T0)開始，作絕熱膨脹，體積增大到三倍，膨脹后的溫度T，壓強p【提示】（1）用絕熱過程方程：，得：（2）用絕熱過程方程：，得：3.（自測提高11）有摩爾理想氣體，作如圖所示的循環(huán)過程acba，其中acb為半圓弧，b-a為等壓線，pc=2pa令氣體進行a-b的等壓過程時吸熱Qab，則在此循環(huán)過程中氣體凈吸熱量Q Qab (填入：，或)【提示】a-b過程：而acba循環(huán)過程的凈吸熱量，pc=2pa ，由圖可知：，且，所以 4.（自測提高12）如圖所示，絕熱過程AB、CD，等溫過程DEA， 和任意過程BEC，組成一循環(huán)過程若圖中ECD所包圍的面積為70 J，EAB所包圍的面積為30 J，DEA過程中系統(tǒng)放熱100 J，則：(1) 整個循環(huán)過程(ABCDEA)系統(tǒng)對外作功為 40J (2) BEC過程中系統(tǒng)從外界吸熱為 140J .【提示】(1) 整個循環(huán)過程(ABCDEA)系統(tǒng)對外作功為；（2），其中， 5.（自測提高13）如圖示，溫度為T0，2 T0，3 T0三條等溫線與兩條絕熱線圍成三個卡諾循環(huán)：(1) abcda，(2) dcefd，(3) abefa，其效率分別為1：33.3% ，2： 50% ，3： 66.7%【提示】由 （對應(yīng)高溫熱源的溫度，對應(yīng)低溫熱源的溫度），得：，6.（自測提高14）如圖，已知圖中畫不同斜線的兩部分的面積分別為S1和S2，那么 圖8-17(1) 如果氣體的膨脹過程為a1b，則氣體對外做功W；(2) 如果氣體進行a2b1a的循環(huán)過程，則它對外做功W【提示】（1）過程a1b：氣體作正功，功=曲線下的面積=（2）a2b1a的循環(huán)過程：逆循環(huán)，氣體作負功，功=循環(huán)曲線所包圍的面積=三計算題1.（基礎(chǔ)訓(xùn)練18）溫度為25、壓強為1 atm的1 mol剛性雙原子分子理想氣體，經(jīng)等溫過程體積膨脹至原來的3倍(1) 計算這個過程中氣體對外所作的功 (2) 假若氣體經(jīng)絕熱過程體積膨脹為原來的3倍，那么氣體對外作的功又是多少？ 解：（1）等溫膨脹：，（2）絕熱過程：，其中，可由絕熱過程方程求得：，2、（基礎(chǔ)訓(xùn)練20）汽缸內(nèi)有一種剛性雙原子分子的理想氣體，若經(jīng)過準靜態(tài)絕熱膨脹后氣體的壓強減少了一半，則變化前后氣體的內(nèi)能之比 E1E2？解： , ，得 變化前 ， 變化后 絕熱過程 ， 題設(shè) ， 則 ， 圖8-20 3.（自測提高18）氣缸內(nèi)貯有36 g水蒸汽(視為剛性分子理想氣體)，經(jīng)abcda循環(huán)過程如圖8-20所示其中ab、cd為等體過程，bc為等溫過程，da為等壓過程試求：(1) da 過程中水蒸氣作的功Wda；(2) ab 過程中水蒸氣內(nèi)能的增量DEab；(3) 循環(huán)過程水蒸汽作的凈功W；(4) 循環(huán)效率h 解：水蒸汽的質(zhì)量M 36×10-3 kg ， 水蒸汽的摩爾質(zhì)量Mmol 18×10-3 kg， i = 6 ，(1) Wda = pa(VaVd ) = - 5.065×103 J， (2) Eab = (i/2) (M/Mmol ) R (TbTa ) = (i/2) Va ( pb pa ) =3.039×104 J (3) K Wbc = (M /Mmol ) R Tb ln(Vc /Vb ) = 1.05×104 J， 所以，凈功為 W = Wbc + Wda = 5.47×103 J . (4) Q1 = Qab + Qbc = Eab + Wbc = 4.09×10 4 J.所以，效率為 = W/ Q1 = 13 .4.（自測提高19）如果一定量的理想氣體，其體積和壓強依照的規(guī)律變化，其中a為已知常量試求：(1) 氣體從體積V1膨脹到V2所作的功；(2) 氣體體積為V1時的溫度T1與體積為V2時的溫度T2之比解：由 得 （1）（2）根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程 ，得 5.（自測提高23）某理想氣體作卡諾循環(huán)，其循環(huán)效率為，試在pV圖上畫出循環(huán)曲線，并求在絕熱膨脹過程中，膨脹后的氣體壓強與膨脹前的氣體壓強之比。解：循環(huán)曲線如圖所示?？ㄖZ循環(huán)：，得：絕熱膨脹過程bc： 得：四附加題（自測提高21）兩端封閉的水平氣缸，被一可動活塞平分為左右兩室，每室體積均為V0，其中盛有溫度相同、壓強均為p0的同種理想氣體現(xiàn)保持氣體溫度不變，用外力緩慢移動活塞(忽略磨擦)，使左室氣體的體積膨脹為右室的2倍，問外力必須作多少功？ 解：設(shè)左、右兩室中氣體在等溫過程中對外作功分別用W1、W2表示，外力作功用W表示。由題知氣缸總體積為2V0，左右兩室氣體初態(tài)體積均為V0，末態(tài)體積各為4V0/3和2V0/3 ； 等溫過程理想氣體做功：，得 所以 6