当前位置:文档之家› 最新热学部分测试题答案

最新热学部分测试题答案

基础物理(II )第12、13章测验试题专业 姓名 学号(波尔兹曼参数:k=1.38×10-23J ·K -1; 摩尔气体常数:R=8.31J ·mol -1)一、单选题(共30分,每小题3分)1. 处于平衡状态的一瓶氦气和一瓶氮气的分 子数密度相同,分子的平均平动动能也相同,则它们( C )(A)温度、压强均不相同. (B)温度相同,但氦气压强大于氮气压强. (C)温度、压强都相同. (D)温度相同,但氦气压强小于氮气压强.分析过程:由于分子平均平动动能相同,则温度T 相同,又因分子数密度相同得出n 相同,由p=nkt ,所以p 相同2.三个容器A 、B 、C 中装有同种理想气体,其分子数密度n 相同,而方均根速率之比为()()()1/21/21/2222::1:2:4ABCv v v =,则其压强之比::A B C p p p 为( C )(A)1:2:4 (B)1:4:8 (C)1:4:16 (D) 4:2:1 分析过程:由p=nkt 和mkTv rms 3=可知,n 相同,同种气体m 相同 3.在一个体积不变的容器中,储有一定量的某种理想气体,温度为T 0时,气体分子的平均速率为0v ,分子平均碰撞次数为0Z ,平均自由程为0λ,当气体温度升高为4 T 0时,气体分子的平均速率v ,分子平均碰撞次数Z ,平均自由程λ分别为( B )(A) 0004,4,4v v Z Z λλ=== (B) 0002,2,v v Z Z λλ=== (C) 0002,2,4v v Z Z λλ=== (D) 0004,2,v v Z Z λλ=== 分析过程:由m kTv π8=知,02v v =,由n v d Z 22π=知,02Z Z =,由pd kT 22πλ=和PV=nkT 又因为体积不变,公式可变形为nd VVnkTd kT 2222ππλ==知0λλ= 4.已知n 为单位体积的分子数,()f v 为麦克斯韦速率分布函数,则()nf v dv 表示( B )(A) 速率v 附近,dv 区间内的分子数(B) 单位体积内速率在v ~v+dv 区间内的分子数 (C) 速率v 附近dv 区间内分子数占总分子数比率(D) 单位时间内碰到单位器壁上速率在v ~v+dv 区间内的分子数5.如图所示,bca 为理想气体绝热过程,b1a 和b2a 是任意过程,则上述两过程中气体做功与吸收热量的情况是( B )(A) b1a 过程放热,作负功;b2a 过程放热,做负功;(B) b1a 过程吸热,作负功;b2a 过程放热,做负功;(C) b1a 过程吸热,作正功;b2a 过程吸热,做负功; (D) b1a 过程放热,作正功;b2a 过程吸热,做正功; 分析过程:由⎰=pdv W 知系统是做负功,由于bcas 是绝热过程,由热力学第一定律可知,bca W E -=∆,另外由图可知a b bca a b W W W 12 ,则a b b c a a b W W W 12 ,对于b1a 过程:01=+∆+∆=bca a b W E W E Q ,故可知是吸热过程,同理b2a 是放热过程。

6.两个相同的刚性容器,一个盛有氢气,一个盛有氦气(均视为刚性分子理想气体)。

开始时它们的压强和温度都相同,现将3J 热量传给氦气,使之升高到一定的温度。

若使氢气也升高同样的温度,则应向氢气传递热量为( C ) (A) 6J (B)3J (C) 5J (D)10J 分析过程:体积不变,说明系统不做功热力学第一定律变为E ∆=Q ,而理想气体的内能公式为T R iM m E ∆=∆2,欲使两气体的温度升高相同,须传递的热量)i :)i :22222H ee H e H H H H H H M m M m Q Q ((=。

再由RT MmPV =,初始时它们都具有同样的温度、压强和体积,因而物质的量相同,所以35i :i :e H e 22:==H H H Q Q 7.如图,一定量的理想气体由平衡态A 变到平衡态B ,且它们的压强相等,则在状态A 和状态B 之间,气体无论经过的是什么过程,气体必然( B ) (A)对外作正功 (B)内能增加 (C)从外界吸热 (D)向外界放热分析过程:因为内能的是状态参量,至于系统的始末状态有关,由图可知B A V V ,则A B T T8.下列四个假想的循环过程,在理论上可实现的为( B )分析过程:绝热线不可能相交,故排除C 、D ,又因绝热线比等温线陡排除AV绝热等温A pV等温绝热B oppV 绝热绝热等温D o绝热绝热C VoppOVba c1 2 pVA BO9. 一台工作于温度分别为327o C 和27o C 的高温热源和低温源之间的卡诺热机,每经历一个循环吸热2 000 J ,则对外作功( B )(A) 2000 J (B) 1000 J (C) 4000 J (D) 500 J 分析过程:由热机效率可知21112=-=T T η 10. 根据热力学第二定律( A ) (A) 自然界中一切自发过程都是不可逆的; (B) 不可逆过程就是不能向反方向进行的过程; (C) 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的过程 (D) 任何过程总是沿着熵增加的方向进行。

二、填空题(共30分,每空3分)1.室内生起炉子后,温度从15o C 上升到27o C ,设升温过程中,室内的气压保持不变,则升温后室内分子数减少的百分比为 4% 。

分析:因为在温度升高的过程中,压强和气体的体积都不发生变化,只有分子数密度发生变化利用理想气体物态方程RT PV ν=分别求出两种温度下的气体分子数密度即可求解。

解:温度为15o C 时2881111R pVRT pV RT pV ==⇒=νν 温度为27 o C 时3002222R pVRT pV RT pV ==⇒=νν 2.在容积为332.010m -⨯的容器中,有内能为26.7510J ⨯的刚性双原子分子理想气体,则气体的压强为Pa 51035.1⨯;若容器中分子总数为225.410⨯个,则分子的平均平动动能J 211049.7-⨯,温度为K 21062.3⨯。

分析:(1)一定量理想气体的内能RT iM m E 2=,对刚性双原子分子而言,i=5.由上述内能公式和理想气体物态方程RT MmPV =可解得气体的压强。

(2)求得压强后,再依据题给数据可求得分子数密度,则由公式p=nkT 可求气体温度,气体的平均平动动能可由23KT k =ε求出。

解:(1)由RT i M m E 2=和RT MmPV =可得气体的压强Pa iV E p 51035.12⨯== (2) 气体分子的平均平动动能为J KT k 211049.723-⨯==ε(3)分子数密度V N n =,则该气体的温度()()K Nk PV nk P T 21062.3⨯===3. 如图示两条()~f v v 曲线分别表示氢气和氧气在同一温度下的麦克斯韦速率分布曲线,从图上数据可求出氧气的最概然速率为22/100.5s m ⨯.分析:由最概然速率M RT v p 2=知在相同的温度下,由于不同气体的摩尔质量不同,他们的最概然速率也不一样,因为氢气的摩尔质量比氧气的小,所以可以判断图中给出的是氢气的最概然速率。

利用M RT v p 2=即可求解 解:由分析知氢气分子的最概然速率为利用1622=H O M M 可得氧气分子的最概然速率为4. 汽缸内储有2.0mol 的空气,温度为27o C ,若维持压强不变,而使空气的体积膨胀到原体积的3倍,则空气膨胀时所作的功为J 31097.9⨯.分析:本题是等压膨胀过程,气体做功)(1221V V P PdV W V V -==⎰ 其中压强P 可以通过物态方程求得。

解:根据物态方程11RT pV ν= ,气缸内气体的压强11V RT p ν=,则做功为()J RT V V V RT V V p W 311121121097.92)(\⨯==-=-=νν5.如图所示,使1mol 氧气由A 等温地变到B ,则氧气所作的功为 J 102.773⨯ ;若由A 等体地变到C ,再由C 等压地变到B ,则在该过程中氧气吸收的热量为 J 102.03⨯ 。

分析过程:1mol 氧气,由J 102.77V Vln T p V V ln W 3AB A A BAA B ⨯=====⎰⎰RT dV V RT pdV ACB 过程吸收的热量为:()()C B p A C V AC ACB T T C M T T C M Q Q -+-=+=m ,m ,CB mm Q 6.1mol 氢气在温度300K ,体积为0.025 m 3的状态下经过绝热膨胀体积变为原来的两倍,此过程中气体对外作功为(氢气的摩尔定压热容与摩尔定体热容比值=1.41) J 101.513⨯ 。

分析过程:由于是绝热过程,21211r 1T V T V r --=,122V V =, 求出2T ,再根据()12m ,T T C W V --=ν求出对外做的功()f v 1/m s -⋅v 2 000 o7.一卡诺热机的低温热源温度为7o C ,效率为40%,若要将其效率提高到50%,高温热源的温度需要提高 93.3 o C 。

分析过程:由4.028011112='-=-=TT T η,5.028011112="-=-=T T T η,'-"=∆11T T T三、计算题(共40分,每小题8分)1. 一容器内储有氧气,其压强为51.0110Pa ⨯,温度为o 27.0C ,求:(1) 气体分子的数密度;(2) 氧气的密度;(3) 分子的平均平动动能;(4) 分子间的平均距离.(设分子间均匀等距排列)分析:在题中压强和温度的条件下,想起可视为理想气体,因此,可由理想气体的物态方程、密度的定义以及分子的平均平动动能与温度之间的关系等求解,。

有因可将分子看成是均匀等距排列的,故每个分子占有的体积为30d V =,由数密度的含义可知nV 10=,d 即可求出。

解:(1)单位体积分子数 3251044.2-⨯==m kT p n(2)氧气的密度 33.1-⋅===m kg RT pM V m ρ (3)氧气分子的平均平动动能 J KT k 211021.623-⨯==ε (4)氧气分子的平均距离 m n d 931045.31-⨯==通过本题的求解,我们可以对通常状态下的理想气体的分子数密度、平均平动动能、分子间平均距离等物理量的数量级有所了解。

2.有N 个质量均为m 的同种气体分子,它们的速率分布如图所示.(1)说明曲线与横坐标所包围面积的含义;(2)由N 和0v 求a 值;(3)求在速率v 0/2到3v 0/2间隔内的分子数; (4)求分子的平均平动动能.分析:处理与气体分子速率分布曲线有关的问题时,关键要理解分布函数()v f 的物理意义。

相关主题