工程熱力學(xué)學(xué)習(xí)要點(diǎn)梳理試卷

綜合試卷第=PAGE1*2-11頁(yè)（共=NUMPAGES1*22頁(yè)） 綜合試卷第=PAGE1*22頁(yè)（共=NUMPAGES1*22頁(yè)）PAGE①姓名所在地區(qū)姓名所在地區(qū)身份證號(hào)密封線1.請(qǐng)首先在試卷的標(biāo)封處填寫您的姓名，身份證號(hào)和所在地區(qū)名稱。2.請(qǐng)仔細(xì)閱讀各種題目的回答要求，在規(guī)定的位置填寫您的答案。3.不要在試卷上亂涂亂畫，不要在標(biāo)封區(qū)內(nèi)填寫無(wú)關(guān)內(nèi)容。一、選擇題1.熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

A.ΔU=QW

B.ΔU=QW

C.ΔU=QWW

D.ΔU=QWW

2.熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述是：

A.熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體

B.熱量可以自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體

C.熱量不能自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體

D.熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體

3.理想氣體狀態(tài)方程為：

A.PV=nRT

B.PV=mRT

C.PV=nRTW

D.PV=mRTW

4.熱機(jī)效率是指：

A.熱機(jī)輸出功與輸入熱量的比值

B.熱機(jī)輸出功與輸出熱量的比值

C.輸入熱量與輸出熱量的比值

D.輸出熱量與輸入熱量的比值

5.熱力學(xué)第三定律的表述是：

A.系統(tǒng)的熵在絕對(duì)零度時(shí)為零

B.系統(tǒng)的熵在絕對(duì)零度時(shí)為無(wú)窮大

C.系統(tǒng)的熵在絕對(duì)零度時(shí)為最大值

D.系統(tǒng)的熵在絕對(duì)零度時(shí)為最小值

答案及解題思路：

1.答案：A.ΔU=QW

解題思路：熱力學(xué)第一定律表明，系統(tǒng)內(nèi)能的變化等于系統(tǒng)吸收的熱量減去系統(tǒng)對(duì)外做的功。因此，正確答案是A。

2.答案：A.熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體

解題思路：克勞修斯表述了熱力學(xué)第二定律，即熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，因此正確答案是A。

3.答案：A.PV=nRT

解題思路：理想氣體狀態(tài)方程由玻意耳馬略特定律、查理定律和蓋呂薩克定律綜合得出，其表達(dá)式為PV=nRT，正確答案是A。

4.答案：A.熱機(jī)輸出功與輸入熱量的比值

解題思路：熱機(jī)效率定義為熱機(jī)輸出功與輸入熱量的比值，表示熱機(jī)將熱量轉(zhuǎn)化為功的能力，因此正確答案是A。

5.答案：A.系統(tǒng)的熵在絕對(duì)零度時(shí)為零

解題思路：熱力學(xué)第三定律指出，在絕對(duì)零度時(shí)，一個(gè)完美晶體的熵為零，因此正確答案是A。二、填空題1.熱力學(xué)第一定律表明：能量守恒，能量不能自行消失。

2.熱力學(xué)第二定律表明：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。

3.理想氣體狀態(tài)方程為：pV=nRT。

4.熱機(jī)效率是指：熱機(jī)有效利用的能量與投入熱量的比值。

5.熱力學(xué)第三定律的表述是：當(dāng)溫度趨近絕對(duì)零度時(shí)，所有純凈晶體的熵趨于零。

答案及解題思路：

1.答案：自行消失

解題思路：熱力學(xué)第一定律即能量守恒定律，它指出在一個(gè)孤立系統(tǒng)中，能量不能被創(chuàng)造也不能被銷毀，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。因此，能量不能自行消失。

2.答案：低溫高溫

解題思路：熱力學(xué)第二定律指出，自然過(guò)程中熱量總是從高溫物體傳遞到低溫物體，而不是相反。這是因?yàn)樵谧匀贿^(guò)程中，熵（系統(tǒng)的無(wú)序度）總是趨向增加，熱量自發(fā)傳遞的方向是熵增加的方向。

3.答案：pV=nRT

解題思路：理想氣體狀態(tài)方程由壓強(qiáng)（p）、體積（V）、物質(zhì)的量（n）、氣體常數(shù)（R）和溫度（T）組成，該方程描述了理想氣體在不同條件下的狀態(tài)。

4.答案：熱機(jī)有效利用的能量與投入熱量的比值

解題思路：熱機(jī)效率是衡量熱機(jī)功能的一個(gè)指標(biāo)，它表示熱機(jī)輸出的功與投入的熱量之比，即有效利用的能量與總投入熱量的比值。

5.答案：當(dāng)溫度趨近絕對(duì)零度時(shí)，所有純凈晶體的熵趨于零

解題思路：熱力學(xué)第三定律指出，在絕對(duì)零度時(shí)，所有純凈物質(zhì)的熱動(dòng)能為零，因此其熵也趨于零，這表明在絕對(duì)零度時(shí)系統(tǒng)處于最有序狀態(tài)。三、判斷題1.熱力學(xué)第一定律和第二定律是相互獨(dú)立的。

解答：錯(cuò)誤。熱力學(xué)第一定律和第二定律是相互依存的，它們共同構(gòu)成了熱力學(xué)的理論基礎(chǔ)。

2.熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述和開(kāi)爾文普朗克表述是等價(jià)的。

解答：正確?？藙谛匏贡硎龊烷_(kāi)爾文普朗克表述都反映了熱力學(xué)第二定律，即熱量的自發(fā)傳遞具有方向性，從高溫物體傳遞到低溫物體。

3.理想氣體狀態(tài)方程適用于所有氣體。

解答：錯(cuò)誤。理想氣體狀態(tài)方程適用于近似滿足理想氣體條件的氣體，對(duì)于真實(shí)氣體在高壓或低溫下，此方程可能不再適用。

4.熱機(jī)效率越高，其輸出功就越大。

解答：錯(cuò)誤。熱機(jī)效率高并不一定意味著輸出功就大，因?yàn)檩敵龉€取決于熱機(jī)所吸收的熱量以及工作物質(zhì)的性質(zhì)。

5.熱力學(xué)第三定律表明，絕對(duì)零度是無(wú)法達(dá)到的。

解答：正確。熱力學(xué)第三定律指出，當(dāng)溫度接近絕對(duì)零度時(shí)，系統(tǒng)的熵趨近于一個(gè)常數(shù)，因此絕對(duì)零度是無(wú)法達(dá)到的。

答案及解題思路：

答案：

1.錯(cuò)誤

2.正確

3.錯(cuò)誤

4.錯(cuò)誤

5.正確

解題思路：

1.熱力學(xué)第一定律和第二定律在物理學(xué)中是緊密相連的，兩者共同解釋了能量的轉(zhuǎn)換和守恒，以及熱量的不可逆性。

2.克勞修斯表述和開(kāi)爾文普朗克表述都是對(duì)熱力學(xué)第二定律的不同描述，但都指向了熱量傳遞的方向性。

3.理想氣體狀態(tài)方程是基于理想氣體的假設(shè)推導(dǎo)出來(lái)的，不適用于所有氣體，尤其是對(duì)于真實(shí)氣體，當(dāng)壓力或溫度較高時(shí)，理想氣體狀態(tài)方程就不再準(zhǔn)確。

4.熱機(jī)效率高意味著能量轉(zhuǎn)換的效率高，但這并不直接等同于輸出功的大小，輸出功還受到輸入能量的影響。

5.根據(jù)熱力學(xué)第三定律，溫度接近絕對(duì)零度，系統(tǒng)的熵將趨于最小值，因此絕對(duì)零度是無(wú)法達(dá)到的。四、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述熱力學(xué)第一定律和第二定律的基本內(nèi)容。

熱力學(xué)第一定律，也稱為能量守恒定律，其基本內(nèi)容是：在一個(gè)封閉系統(tǒng)中，能量既不能被創(chuàng)造也不能被消滅，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，系統(tǒng)的總能量保持不變。

熱力學(xué)第二定律主要描述了能量轉(zhuǎn)換的方向性和不可逆性，其基本內(nèi)容有幾種不同的表述方式：

克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體。

開(kāi)爾文普朗克表述：不可能從單一熱源取熱使之完全轉(zhuǎn)換為有用的功而不產(chǎn)生其他影響。

2.簡(jiǎn)述理想氣體狀態(tài)方程的適用范圍。

理想氣體狀態(tài)方程\(PV=nRT\)適用于理想氣體，即在低壓和高溫條件下，氣體分子間的相互作用力可以忽略不計(jì)，分子自身的體積也可以忽略不計(jì)。在接近常溫和較高壓力的情況下，實(shí)際氣體與理想氣體的偏差較大，因此理想氣體狀態(tài)方程的適用范圍主要是在低壓和高溫條件下。

3.簡(jiǎn)述熱機(jī)效率的概念及其影響因素。

熱機(jī)效率是指熱機(jī)將吸收的熱量轉(zhuǎn)化為做功的比率。其公式為\(\eta=\frac{W}{Q_H}\)，其中\(zhòng)(W\)是熱機(jī)輸出的功，\(Q_H\)是熱機(jī)從高溫?zé)嵩次盏臒崃俊Ｓ绊憻釞C(jī)效率的因素包括：

熱源和冷源的溫度差：溫差越大，熱機(jī)效率越高。

熱機(jī)的工作物質(zhì)：不同物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)不同，會(huì)影響熱機(jī)的效率。

熱機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作條件：如熱機(jī)的類型、熱交換效率等。

4.簡(jiǎn)述熱力學(xué)第三定律的物理意義。

熱力學(xué)第三定律指出，當(dāng)溫度接近絕對(duì)零度時(shí)，任何純凈物質(zhì)的熵趨于一個(gè)常數(shù)，即絕對(duì)零度時(shí)，所有純凈物質(zhì)的完美晶體具有零熵。這表明在絕對(duì)零度時(shí)，系統(tǒng)的無(wú)序程度達(dá)到最低，熱力學(xué)第二定律中的熵增原理達(dá)到極限。

5.簡(jiǎn)述熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述和開(kāi)爾文普朗克表述的區(qū)別。

克勞修斯表述強(qiáng)調(diào)的是熱量傳遞的方向性，即熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體。而開(kāi)爾文普朗克表述則更廣泛，它指出不可能從單一熱源取熱使之完全轉(zhuǎn)換為有用的功而不產(chǎn)生其他影響，這一定律不僅適用于熱量傳遞，也適用于任何形式的能量轉(zhuǎn)換。

答案及解題思路：

答案：

1.熱力學(xué)第一定律：能量守恒；熱力學(xué)第二定律：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體，或不可能從單一熱源取熱使之完全轉(zhuǎn)換為有用的功而不產(chǎn)生其他影響。

2.理想氣體狀態(tài)方程適用于低壓和高溫條件下的理想氣體。

3.熱機(jī)效率是指熱機(jī)將吸收的熱量轉(zhuǎn)化為做功的比率，影響因素包括熱源和冷源的溫度差、工作物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)和熱機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作條件。

4.熱力學(xué)第三定律表明在絕對(duì)零度時(shí)，所有純凈物質(zhì)的完美晶體具有零熵。

5.克勞修斯表述強(qiáng)調(diào)熱量傳遞的方向性；開(kāi)爾文普朗克表述強(qiáng)調(diào)能量轉(zhuǎn)換的方向性和不可逆性。

解題思路：

1.理解熱力學(xué)第一定律和第二定律的基本概念，并能區(qū)分它們的表述。

2.回顧理想氣體狀態(tài)方程的適用條件，理解其局限性。

3.掌握熱機(jī)效率的定義及其影響因素，能夠運(yùn)用公式進(jìn)行計(jì)算。

4.理解熱力學(xué)第三定律的物理意義，并了解其在實(shí)際中的應(yīng)用。

5.區(qū)分克勞修斯表述和開(kāi)爾文普朗克表述，理解它們?cè)跓崃W(xué)第二定律中的不同側(cè)重點(diǎn)。五、計(jì)算題1.等壓過(guò)程理想氣體體積變化

已知初態(tài)：溫度\(T_1=300K\)，壓強(qiáng)\(P=1.0\times10^5\,Pa\)，體積\(V_1=0.5\,m^3\)

終態(tài)：溫度\(T_2=600K\)

求：終態(tài)體積\(V_2\)

2.熱機(jī)效率與吸熱量的計(jì)算

已知：高溫?zé)嵩礈囟萛(T_H=800K\)，低溫?zé)嵩礈囟萛(T_C=300K\)，效率\(\eta=30\%\)

求：從高溫?zé)嵩次盏臒崃縗(Q_H\)

3.絕熱過(guò)程中系統(tǒng)的內(nèi)能和熵

已知初態(tài)：內(nèi)能\(U_1=200J\)，熵\(S_1=100J/K\)

終態(tài)：溫度\(T_2=500K\)

求：終態(tài)內(nèi)能\(U_2\)和熵\(S_2\)

4.等溫過(guò)程理想氣體壓強(qiáng)變化

已知初態(tài)：溫度\(T=300K\)，壓強(qiáng)\(P_1=1.0\times10^5\,Pa\)，體積\(V_1=0.5\,m^3\)

終態(tài)：體積\(V_2=0.25\,m^3\)

求：終態(tài)壓強(qiáng)\(P_2\)

5.效率為40%的熱機(jī)吸熱量

已知：高溫?zé)嵩礈囟萛(T_H=800K\)，低溫?zé)嵩礈囟萛(T_C=300K\)，效率\(\eta=40\%\)

求：從高溫?zé)嵩次盏臒崃縗(Q_H\)

答案及解題思路：

1.解題思路：

根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程\(PV=nRT\)在等壓過(guò)程中，\(P\)不變，則\(V\proptoT\)。所以\(V_2=\frac{T_2}{T_1}\timesV_1\)。

答案：\(V_2=\frac{600K}{300K}\times0.5\,m^3=1\,m^3\)

2.解題思路：

熱機(jī)效率公式\(\eta=1\frac{T_C}{T_H}\)，則\(Q_H=\frac{W}{\eta}=\frac{T_HT_C}{T_H}\timesQ_H_{in}\)，其中\(zhòng)(Q_H_{in}\)是吸收的總熱量。

答案：\(Q_H=\frac{800K300K}{800K}\timesQ_H_{in}=\frac{500}{800}\timesQ_H_{in}\)

3.解題思路：

在絕熱過(guò)程中，內(nèi)能\(U\)增加\(\DeltaU=nC_V\DeltaT\)，熵\(S\)保持不變。

答案：\(U_2=U_1nC_V(T_2T_1)\)，\(S_2=S_1\)

4.解題思路：

根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程\(PV=nRT\)在等溫過(guò)程中，\(T\)不變，則\(P\propto\frac{1}{V}\)。所以\(P_2=\frac{V_1}{V_2}\timesP_1\)。

答案：\(P_2=\frac{0.5\,m^3}{0.25\,m^3}\tim