工程熱力學(xué)知識(shí)重難點(diǎn)解析

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)式是：

a)ΔE=QW

b)ΔE=QW

c)ΔE=WQ

d)ΔE=WQ

答案：a)ΔE=QW

解題思路：熱力學(xué)第一定律表述為能量守恒定律，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為內(nèi)能的變化等于熱量和功的代數(shù)和。在這里，ΔE表示內(nèi)能的變化，Q表示傳入系統(tǒng)的熱量，W表示系統(tǒng)對(duì)外做的功。

2.下列哪種過(guò)程為絕熱過(guò)程：

a)等溫過(guò)程

b)等壓過(guò)程

c)等容過(guò)程

d)無(wú)摩擦過(guò)程

答案：d)無(wú)摩擦過(guò)程

解題思路：絕熱過(guò)程是指系統(tǒng)與外界沒(méi)有熱量交換的過(guò)程。無(wú)摩擦過(guò)程意味著沒(méi)有能量以熱的形式傳遞給系統(tǒng)或從系統(tǒng)中傳出，因此是無(wú)摩擦的絕熱過(guò)程。

3.某熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能僅依賴于：

a)溫度

b)壓力

c)體積

d)狀態(tài)

答案：d)狀態(tài)

解題思路：對(duì)于理想氣體，內(nèi)能僅依賴于溫度，不依賴于壓力和體積。但對(duì)于非理想氣體，內(nèi)能可以依賴于多個(gè)變量，但通常在熱力學(xué)分析中，我們使用狀態(tài)變量（如溫度和體積）來(lái)描述系統(tǒng)的內(nèi)能。

4.下列哪種過(guò)程熵增最大：

a)等溫過(guò)程

b)等壓過(guò)程

c)等容過(guò)程

d)絕熱過(guò)程

答案：a)等溫過(guò)程

解題思路：根據(jù)熱力學(xué)第二定律，等溫過(guò)程中熵增最大。在等溫過(guò)程中，系統(tǒng)的溫度保持不變，但通過(guò)熱量交換，系統(tǒng)的熵可以增加。

5.摩爾熱容比熱容的物理意義為：

a)單位體積物質(zhì)的熱容

b)單位質(zhì)量物質(zhì)的熱容

c)單位摩爾物質(zhì)的熱容

d)單位溫度變化物質(zhì)的熱容

答案：c)單位摩爾物質(zhì)的熱容

解題思路：摩爾熱容是指單位摩爾物質(zhì)在溫度變化下吸收或釋放的熱量，因此它描述的是單位摩爾物質(zhì)的熱容。

6.下列哪種過(guò)程熵減最大：

a)等溫過(guò)程

b)等壓過(guò)程

c)等容過(guò)程

d)絕熱過(guò)程

答案：d)絕熱過(guò)程

解題思路：絕熱過(guò)程中，沒(méi)有熱量交換，因此系統(tǒng)的熵不會(huì)增加。如果系統(tǒng)從高溫狀態(tài)向低溫狀態(tài)變化，由于沒(méi)有熱量交換，系統(tǒng)的熵會(huì)減少。

7.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)熱量不能自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體

c)熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，也不能自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體

d)熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，但不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體

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：克勞修斯表述強(qiáng)調(diào)熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體，這是熱力學(xué)第二定律的一個(gè)基本表述。

8.熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文普朗克表述是：

a)熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體

b)熱量不能自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體

c)熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，也不能自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體

d)熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，但不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體

答案：b)熱量不能自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體

解題思路：開(kāi)爾文普朗克表述強(qiáng)調(diào)不可能設(shè)計(jì)一個(gè)循環(huán)過(guò)程，使得熱量從單一熱源完全轉(zhuǎn)化為功而不產(chǎn)生其他影響，這意味著熱量不能自發(fā)地從高溫物體傳遞到低溫物體。二、填空題1.熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：ΔE=QW。

2.絕熱過(guò)程的熵變?yōu)椋害=0。

3.等溫過(guò)程的內(nèi)能為：ΔE=0。

4.等壓過(guò)程的焓變?yōu)椋害=Qp。

5.摩爾熱容比熱容的物理意義為：?jiǎn)挝荒栁镔|(zhì)的熱容。

6.熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述是：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。

7.熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文普朗克表述是：不可能從單一熱源吸收熱量使之完全轉(zhuǎn)換為有用的功而不產(chǎn)生其他變化。

8.卡諾熱機(jī)的效率取決于：熱源的溫度和冷源的絕對(duì)溫度。

答案及解題思路：

答案：

1.ΔE=QW

解題思路：熱力學(xué)第一定律表述了能量守恒原理，ΔE代表系統(tǒng)內(nèi)能的變化，Q代表系統(tǒng)吸收的熱量，W代表系統(tǒng)對(duì)外做的功。

2.ΔS=0

解題思路：在絕熱過(guò)程中，沒(méi)有熱量交換（Q=0），因此根據(jù)熵的定義，熵變?yōu)?。

3.ΔE=0

解題思路：等溫過(guò)程中，溫度不變，根據(jù)理想氣體的內(nèi)能僅依賴于溫度，內(nèi)能變化量為0。

4.ΔH=Qp

解題思路：焓H的定義為H=UpV，等壓過(guò)程中壓強(qiáng)不變，因此焓的變化等于吸收的熱量Qp。

5.單位摩爾物質(zhì)的熱容

解題思路：摩爾熱容是指單位摩爾物質(zhì)在恒壓或恒容下溫度升高一度所需要的熱量。

6.熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體

解題思路：這是熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述，說(shuō)明了熱傳導(dǎo)的不可逆性。

7.不可能從單一熱源吸收熱量使之完全轉(zhuǎn)換為有用的功而不產(chǎn)生其他變化

解題思路：這是熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文普朗克表述，強(qiáng)調(diào)了能量轉(zhuǎn)換的不可完全效率。

8.熱源的溫度和冷源的絕對(duì)溫度

解題思路：卡諾熱機(jī)的效率由熱源溫度T1和冷源溫度T2決定，效率公式為η=1(T2/T1)。三、判斷題1.熱力學(xué)第一定律表明能量守恒定律在熱力學(xué)過(guò)程中成立。（√）

解題思路：熱力學(xué)第一定律，也稱為能量守恒定律，其基本內(nèi)容是能量不能被創(chuàng)造或消滅，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。在熱力學(xué)過(guò)程中，系統(tǒng)的內(nèi)能變化等于吸收的熱量與做功的代數(shù)和，即ΔU=QW，這與能量守恒定律相符。

2.絕熱過(guò)程中，系統(tǒng)與外界沒(méi)有熱量交換。（√）

解題思路：絕熱過(guò)程指的是系統(tǒng)與外界沒(méi)有熱量交換的過(guò)程。根據(jù)熱力學(xué)定義，絕熱系統(tǒng)的熱量交換Q=0。

3.等溫過(guò)程中，系統(tǒng)的內(nèi)能保持不變。（√）

解題思路：等溫過(guò)程是指系統(tǒng)溫度保持不變的過(guò)程。在等溫過(guò)程中，如果系統(tǒng)沒(méi)有相變，其內(nèi)能不變，因?yàn)閮?nèi)能僅與溫度有關(guān)。

4.等壓過(guò)程中，系統(tǒng)的焓保持不變。（√）

解題思路：焓是一個(gè)狀態(tài)函數(shù)，對(duì)于等壓過(guò)程，焓的變化ΔH僅取決于溫度的變化，即ΔH=Q_p=nCp,ΔT，其中Q_p為等壓過(guò)程的熱量交換，n為物質(zhì)的量，Cp為摩爾熱容。因此，如果系統(tǒng)在等壓過(guò)程中溫度保持不變，則焓保持不變。

5.摩爾熱容比熱容與物質(zhì)的種類和狀態(tài)有關(guān)。（√）

解題思路：摩爾熱容是物質(zhì)升高單位溫度所需的熱量。由于不同物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)和鍵能不同，其摩爾熱容也不同。物質(zhì)的狀態(tài)（如固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)）也會(huì)影響其摩爾熱容。

6.熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述表明熱量不能自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體。（√）

解題思路：克勞修斯表述是熱力學(xué)第二定律的一種表述，表明熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體，這與熱量的傳遞方向有關(guān)。

7.熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文普朗克表述表明熱量不能自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體。（√）

解題思路：開(kāi)爾文普朗克表述與克勞修斯表述相同，都是熱力學(xué)第二定律的表述之一，強(qiáng)調(diào)了熱量傳遞的方向性。

8.卡諾熱機(jī)的效率取決于高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩吹臏囟炔?。（√?/p>

解題思路：卡諾熱機(jī)的效率公式為η=1(T_c/T_h)，其中T_c是低溫?zé)嵩吹慕^對(duì)溫度，T_h是高溫?zé)嵩吹慕^對(duì)溫度。因此，卡諾熱機(jī)的效率確實(shí)取決于高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩吹臏囟炔睢Ｋ?、?jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述熱力學(xué)第一定律的內(nèi)容和數(shù)學(xué)表達(dá)式。

內(nèi)容：熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在熱力學(xué)中的具體體現(xiàn)，表明在一個(gè)孤立系統(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。

數(shù)學(xué)表達(dá)式：ΔU=QW，其中ΔU表示系統(tǒng)內(nèi)能的變化，Q表示系統(tǒng)與外界之間的熱量交換，W表示系統(tǒng)對(duì)外做的功。

2.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。

克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。

開(kāi)爾文普朗克表述：不可能從單一熱源吸熱使之完全變?yōu)楣Χ灰鹌渌兓?/p>

3.簡(jiǎn)述等溫過(guò)程、等壓過(guò)程、等容過(guò)程的性質(zhì)。

等溫過(guò)程：溫度保持不變的準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。

等壓過(guò)程：壓力保持不變的準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。

等容過(guò)程：體積保持不變的準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。

4.簡(jiǎn)述卡諾熱機(jī)的效率及其影響因素。

卡諾熱機(jī)效率：η=1(T2/T1)，其中T1為熱源溫度，T2為冷源溫度。

影響因素：熱源溫度和冷源溫度的差異，以及工作物質(zhì)的性質(zhì)。

5.簡(jiǎn)述熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能、焓、熵的概念。

內(nèi)能：系統(tǒng)內(nèi)所有分子動(dòng)能和勢(shì)能的總和。

焓：系統(tǒng)的內(nèi)能加上系統(tǒng)與外界之間的壓力和體積的乘積。

熵：系統(tǒng)無(wú)序程度的度量。

6.簡(jiǎn)述熱力學(xué)中的狀態(tài)方程和理想氣體狀態(tài)方程。

狀態(tài)方程：描述系統(tǒng)狀態(tài)之間關(guān)系的方程。

理想氣體狀態(tài)方程：PV=nRT，其中P為壓強(qiáng)，V為體積，n為物質(zhì)的量，R為氣體常數(shù)，T為溫度。

7.簡(jiǎn)述熱力學(xué)中的循環(huán)過(guò)程及其效率。

循環(huán)過(guò)程：系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一系列狀態(tài)變化后回到初始狀態(tài)的過(guò)程。

效率：循環(huán)過(guò)程中所做的凈功與所吸收的熱量之比。

8.簡(jiǎn)述熱力學(xué)中的熱力學(xué)勢(shì)及其應(yīng)用。

熱力學(xué)勢(shì)：描述系統(tǒng)在某一狀態(tài)下的熱力學(xué)性質(zhì)。

應(yīng)用：用于計(jì)算系統(tǒng)在某一狀態(tài)下的自由能、化學(xué)勢(shì)等。

答案及解題思路：

1.熱力學(xué)第一定律的內(nèi)容和數(shù)學(xué)表達(dá)式：ΔU=QW，解題思路為理解能量守恒定律在熱力學(xué)中的具體應(yīng)用。

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：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體；不可能從單一熱源吸熱使之完全變?yōu)楣Χ灰鹌渌兓?。解題思路為掌握熱力學(xué)第二定律的基本概念。

3.等溫過(guò)程、等壓過(guò)程、等容過(guò)程的性質(zhì)：溫度保持不變的準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程；壓力保持不變的準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程；體積保持不變的準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。解題思路為理解不同準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的性質(zhì)。

4.卡諾熱機(jī)的效率及其影響因素：η=1(T2/T1)，解題思路為掌握卡諾熱機(jī)效率的計(jì)算公式及影響因素。

5.熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能、焓、熵的概念：內(nèi)能、焓、熵的定義。解題思路為理解熱力學(xué)系統(tǒng)的基本概念。

6.熱力學(xué)中的狀態(tài)方程和理想氣體狀態(tài)方程：狀態(tài)方程、理想氣體狀態(tài)方程的定義。解題思路為掌握狀態(tài)方程和理想氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用。

7.熱力學(xué)中的循環(huán)過(guò)程及其效率：循環(huán)過(guò)程、效率的定義。解題思路為理解循環(huán)過(guò)程及其效率的計(jì)算。

8.熱力學(xué)中的熱力學(xué)勢(shì)及其應(yīng)用：熱力學(xué)勢(shì)的定義、應(yīng)用。解題思路為掌握熱力學(xué)勢(shì)的概念及其應(yīng)用。五、計(jì)算題1.已知理想氣體在等壓過(guò)程中，初始溫度為T1，初始體積為V1，最終溫度為T2，最終體積為V2。求該理想氣體的熱容比熱容。

解題思路：

利用理想氣體狀態(tài)方程\(PV=nRT\)。

在等壓過(guò)程中，\(P\)不變，所以\(V\proptoT\)。

熱容比\(\gamma\)定義為\(\gamma=\frac{C_p}{C_v}\)。

利用理想氣體的等壓和等體積摩爾熱容的關(guān)系\(C_pC_v=R\)。

答案：

\[

\gamma=\frac{C_p}{C_v}=\frac{RC_v}{C_v}=\frac{R\frac{R}{\gamma1}}{\frac{R}{\gamma1}}=\gamma1

\]

2.已知一個(gè)卡諾熱機(jī)的高溫?zé)嵩礈囟葹門1，低溫?zé)嵩礈囟葹門2。求該卡諾熱機(jī)的效率。

解題思路：

卡諾熱機(jī)的效率\(\eta\)定義為\(\eta=1\frac{T2}{T1}\)。

答案：

\[

\eta=1\frac{T2}{T1}

\]

3.已知一個(gè)理想氣體的初始狀態(tài)為P1、V1、T1，經(jīng)過(guò)等溫過(guò)程變?yōu)镻2、V2，再經(jīng)過(guò)等壓過(guò)程變?yōu)镻3、V3。求該理想氣體的終態(tài)溫度T3。

解題思路：

利用理想氣體狀態(tài)方程\(PV=nRT\)。

在等溫過(guò)程中，\(T\)不變，所以\(P_1V_1=P_2V_2\)。

在等壓過(guò)程中，\(P\)不變，所以\(P_2V_2=P_3V_3\)。

利用以上關(guān)系求\(T_3\)。

答案：

\[

T_3=T_1\left(\frac{P_3V_3}{P_1V_1}\right)

\]

4.已知一個(gè)理想氣體在等容過(guò)程中，初始內(nèi)能為E1，初始溫度為T1，最終溫度為T2。求該理想氣體的焓變?chǔ)。

解題思路：

對(duì)于理想氣體，等容過(guò)程中的焓變\(\DeltaH\)等于內(nèi)能的變化\(\DeltaE\)。

內(nèi)能的變化\(\DeltaE=nC_v(T2T1)\)。

答案：

\[

\DeltaH=nC_v(T2T1)

\]

5.已知一個(gè)理想氣體在等壓過(guò)程中，初始內(nèi)能為E1，初始溫度為T1，最終溫度為T2。求該理想氣體的焓變?chǔ)。

解題思路：

對(duì)于理想氣體，等壓過(guò)程中的焓變\(\DeltaH\)等于\(C_p(T2T1)\)。

利用\(C_p=C_vR\)。

答案：

\[

\DeltaH=nC_p(T2T1)=n(C_vR)(T2T1)

\]

6.已知一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的初始熵為S1，經(jīng)過(guò)某一過(guò)程變?yōu)榻K態(tài)熵S2。求該過(guò)程熵變?chǔ)。

解題思路：

熵變\(\DeltaS\)定義為\(\DeltaS=S2S1\)。

答案：

\[

\DeltaS=S2S1

\]

7.已知一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的初始內(nèi)能為E1