熱力學(xué)與統(tǒng)計物理試題及答案

一、單項選擇題（每題2分，共10題）1.理想氣體內(nèi)能的決定因素是（）A.壓強B.體積C.溫度D.摩爾數(shù)2.熱力學(xué)第零定律是關(guān)于（）的定律A.能量守恒B.熱平衡C.熵增加D.不可逆性3.準(zhǔn)靜態(tài)過程的特點是（）A.過程進(jìn)行得無限快B.過程中系統(tǒng)始終無限接近平衡態(tài)C.過程中無能量交換D.過程是不可逆的4.一個孤立系統(tǒng)的熵（）A.總是增加B.總是減少C.不變D.可能增加、減少或不變5.理想氣體絕熱自由膨脹過程中，下列物理量不變的是（）A.溫度B.壓強C.體積D.熵6.卡諾循環(huán)的效率只與（）有關(guān)A.高溫?zé)嵩礈囟菳.低溫?zé)嵩礈囟菴.高溫和低溫?zé)嵩礈囟菵.循環(huán)過程的做功7.系統(tǒng)從一個狀態(tài)變化到另一個狀態(tài)，下列物理量與路徑無關(guān)的是（）A.功B.熱量C.內(nèi)能D.熵變8.下列哪種過程是不可逆過程（）A.無摩擦的準(zhǔn)靜態(tài)過程B.等溫可逆膨脹C.熱傳導(dǎo)D.絕熱可逆壓縮9.玻爾茲曼熵公式為（）A.\(S=k\ln\Omega\)B.\(S=Q/T\)C.\(S=U/T\)D.\(S=W/T\)10.描述氣體分子運動狀態(tài)的物理量是（）A.壓強B.溫度C.位置和速度D.體積二、多項選擇題（每題2分，共10題）1.以下屬于狀態(tài)函數(shù)的有（）A.內(nèi)能B.功C.熵D.熱量2.理想氣體的狀態(tài)方程包含的物理量有（）A.壓強B.體積C.溫度D.物質(zhì)的量3.熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式可以寫成（）A.\(Q=\DeltaU+W\)B.\(W=Q-\DeltaU\)C.\(\DeltaU=Q-W\)D.\(Q=\DeltaU-W\)4.下列哪些過程是等熵過程（）A.絕熱可逆過程B.等溫可逆過程C.等壓可逆過程D.孤立系統(tǒng)的可逆過程5.卡諾熱機(jī)由以下哪些過程組成（）A.等溫膨脹B.絕熱膨脹C.等溫壓縮D.絕熱壓縮6.統(tǒng)計物理中，微觀狀態(tài)數(shù)與（）有關(guān)A.粒子數(shù)B.能量C.分布D.體積7.下列關(guān)于熵的說法正確的是（）A.熵是狀態(tài)函數(shù)B.孤立系統(tǒng)熵永不減少C.熵可以表示系統(tǒng)的無序程度D.可逆過程熵變?yōu)榱?.氣體分子的速率分布函數(shù)\(f(v)\)具有以下性質(zhì)（）A.\(\int_{0}^{\infty}f(v)dv=1\)B.\(f(v)\geq0\)C.表示分子處于速率\(v\)附近單位速率間隔內(nèi)的概率D.與溫度無關(guān)9.內(nèi)能的改變可以通過（）實現(xiàn)A.做功B.傳熱C.化學(xué)反應(yīng)D.輻射10.下列哪些是熱力學(xué)第二定律的表述（）A.不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其他變化B.不可能從單一熱源吸收熱量使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其他影響C.一切自發(fā)過程都是不可逆的D.能量守恒三、判斷題（每題2分，共10題）1.系統(tǒng)的內(nèi)能只與初始和末狀態(tài)有關(guān)，與過程無關(guān)。（）2.熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳向低溫物體，也能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體。（）3.準(zhǔn)靜態(tài)過程一定是可逆過程。（）4.理想氣體等溫膨脹過程中，內(nèi)能不變，吸收的熱量全部用來對外做功。（）5.熵增加原理適用于一切系統(tǒng)。（）6.卡諾熱機(jī)的效率與工作物質(zhì)無關(guān)。（）7.氣體分子的平均動能只與溫度有關(guān)。（）8.不可逆過程的熵變一定大于零。（）9.熱力學(xué)第一定律表明能量是守恒的。（）10.統(tǒng)計物理中，等概率原理是基礎(chǔ)假設(shè)。（）四、簡答題（每題5分，共4題）1.簡述熱力學(xué)第一定律的物理意義。答案：熱力學(xué)第一定律即能量守恒定律，表明自然界的一切物質(zhì)都具有能量，能量有各種不同形式，能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，在轉(zhuǎn)化中能量總量不變，反映了功、熱量和內(nèi)能改變量之間的定量關(guān)系。2.說明熵增加原理的內(nèi)容及適用條件。答案：內(nèi)容是孤立系統(tǒng)的熵永不減少，若過程可逆熵不變，不可逆則熵增加。適用條件是孤立系統(tǒng)，即與外界既無物質(zhì)交換也無能量交換的系統(tǒng)。3.簡述卡諾定理的主要內(nèi)容。答案：在相同的高溫?zé)嵩春拖嗤牡蜏責(zé)嵩粗g工作的一切可逆熱機(jī)，其效率都相等，與工作物質(zhì)無關(guān)；在相同高溫?zé)嵩磁c相同低溫?zé)嵩粗g工作的一切熱機(jī)中，不可逆熱機(jī)的效率不可能大于可逆熱機(jī)的效率。4.簡述理想氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用范圍。答案：理想氣體狀態(tài)方程\(pV=\nuRT\)適用于理想氣體，即氣體分子間無相互作用力，分子可看作質(zhì)點的氣體。在壓強不太大、溫度不太低的實際氣體情況中也近似適用。五、討論題（每題5分，共4題）1.討論熱力學(xué)第二定律的不同表述之間的等效性。答案：克勞修斯表述和開爾文表述看似不同，但本質(zhì)等效?？藙谛匏贡硎稣f熱量不能自發(fā)從低溫到高溫，開爾文表述說不能從單一熱源吸熱完全變有用功而無其他影響。若違反一種表述，必違反另一種，通過假設(shè)違反一種表述，可推出違反另一種表述，所以二者等效。2.討論理想氣體絕熱自由膨脹過程中的熵變情況。答案：理想氣體絕熱自由膨脹是不可逆過程。雖絕熱\(Q=0\)，但不能用\(dS=\frac{dQ}{T}\)計算熵變。可設(shè)計一個初末態(tài)相同的可逆等溫膨脹過程來計算，該過程熵變\(\DeltaS=\nuR\ln\frac{V_2}{V_1}>0\)，所以絕熱自由膨脹熵增加。3.討論溫度在熱力學(xué)和統(tǒng)計物理中的微觀意義。答案：在熱力學(xué)中，溫度是宏觀狀態(tài)參量，反映系統(tǒng)的冷熱程度，決定熱傳遞方向。在統(tǒng)計物理中，溫度與分子平均動能相關(guān)，\(\overline{\epsilon_k}=\frac{3}{2}kT\)，表示分子熱運動的劇烈程度，溫度越高，分子平均動能越大。4.討論如何通過統(tǒng)計物理方法理解理想氣體壓強的微觀本質(zhì)。答案：統(tǒng)計物理認(rèn)為理想氣體壓強是大量氣體分子對器壁頻繁碰撞的結(jié)果。氣體分子無規(guī)則運動，不斷撞擊器壁，對器壁產(chǎn)生沖力。壓強等于大量分子在單位時間內(nèi)作用于單位面積器壁的平均沖量，與分子數(shù)密度、分子平均動能有關(guān)，體現(xiàn)了壓強的微觀本質(zhì)。答案一、單項選擇題1.C2.B3.B4.A5.A6.C7.C8.C9.A10.C二、多項