普通物理学第五版普通物理学第五版07热力学课后习题答案讲解学习.ppt

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1、普通物理学第五版普通物理学第五版07热力学课后习题答案 7-1 1mol 单原子理想气体从单原子理想气体从300K加热加热到到350K，(1)容积保持不变；容积保持不变；(2)压强保持不变；压强保持不变；问：在这两过程中各吸收了多少热量？增加问：在这两过程中各吸收了多少热量？增加了多少内能？对外作了多少功？了多少内能？对外作了多少功？结束目录0A=623J()23350=8.31300RVp=A=T50=8.31=416J=+E=Q A623416=1019JET=CVQ 解解(1)(2)E=623J()23350=8.31300结束目录 7-2 在在1g氦气中加进了氦气中加进了1J的热量，若

2、氦的热量，若氦气压强并无变化，它的初始温度为气压强并无变化，它的初始温度为200K，求它的温度升高多少？求它的温度升高多少？结束目录M=+T2molMQCpT1200=+41154.19200.19K=T()T2T10.19K()QCp=MmolMT2T1解解:结束目录 7-3 压强为压强为1.0105Pa，体积为，体积为0.0082m3的氮气，从初始温度的氮气，从初始温度300K加热到加热到400K，加热时加热时(1)体积不变，体积不变，(2)压强不变，问各需压强不变，问各需热量多少？哪一个过程所需热量大？为什么？热量多少？哪一个过程所需热量大？为什么？结束目录()QCV=MmolMT2T1

3、V=13528.31(400300)=692J()QCp=MmolMT2T1p=13728.31(400300)=970JCCVp 两过程内能变化相等，等等压过两过程内能变化相等，等等压过程需对外作功，所以需要吸收更多的热量。程需对外作功，所以需要吸收更多的热量。13RTVp=MmolM8.3130010.082105解：解：结束目录 7-4 2mol 的氮气，在温度为的氮气，在温度为300K、压、压强为强为1.0105Pa时，等温地压缩到时，等温地压缩到2.0105Pa。求气体放出的热量。求气体放出的热量。结束目录J3=3.410=28.31300ln2解：解：=MmolMRTQp2lnp1

4、=ATT结束目录 7-5 质量为质量为1g的氧气，其温度由的氧气，其温度由300K升高到升高到350K。若温度升高是在下列。若温度升高是在下列3种不同种不同情况下发生的：情况下发生的：(1)体积不变，体积不变，(2)压强不变压强不变(3)绝热。问其内能改变各为多少？绝热。问其内能改变各为多少？结束目录=3.25104J=100032528.3150E=MmolMR Ti2解：解：结束目录 7-6 将将500J的热量传给标准状态下的热量传给标准状态下2mol的氢。的氢。(1)若若体积不变，问这热量变为什么？氢的温体积不变，问这热量变为什么？氢的温 度变为多少？度变为多少？(2)若温度不变若温度不

5、变，问这热量变为什么？氢的压，问这热量变为什么？氢的压 强及体积各变为多少？强及体积各变为多少？(3)若压强不变若压强不变，问这热量变为什么？氢的温，问这热量变为什么？氢的温度及体积各变为多少？度及体积各变为多少？结束目录解解：(1)2Q=CVE=MmolMR Ti2T5500=22Q=CVT8.31212K120CT=+TT0=MmolMRT0V2lnV1QT=50028.31273=0.11=MmolMRTQV2lnV1=ATT0(2)结束目录=MmolMRT0V2lnV1QT=50028.31273=0.11V2V1=e0.111.11=V2V1=1.11=222.41.11=50(升)

6、=0.05m3p1V1p2V2=44.8501=0.89atm结束目录8.60CT=+TT0V=MmolMRpTV=2V1+V=V1+MmolMRTp20.0828.6141.8+46.2(升)=QCp=MmolMp=500728.312=8.6K TQCp=MmolMpT(3)0.046m3=结束目录 结束目录 7-7 有一定量的理想气体，其压强按有一定量的理想气体，其压强按 的规律变化，的规律变化，C是常量。求气体从容是常量。求气体从容积积V1增加到增加到V2所作的功。该理想气体的温度所作的功。该理想气体的温度是升高还是降低？是升高还是降低？CV2p=结束目录CV2=V1V2dV()1=V

7、1V21C2=CVRT21=CVRT1V1V22T1TRT=pV(2)=CVRT=CVRTAp=V1V2dV(1)解：解：结束目录 7-8 1mol氢，在压强为氢，在压强为1.0105Pa，温，温度为度为200C时，其体积为时，其体积为V0，今使它经以下两，今使它经以下两种过程达同一状态：种过程达同一状态：(1)先保持体积不变，加热使其温度升高到先保持体积不变，加热使其温度升高到800C，然后令它作等温膨胀，体积变为原体，然后令它作等温膨胀，体积变为原体积的积的2倍；倍；(2)先使它作等温膨胀至原体积的先使它作等温膨胀至原体积的2倍，然倍，然后保持体积不变，加热到后保持体积不变，加热到800C

8、。试分别计算以上两种过程中吸收的热量，试分别计算以上两种过程中吸收的热量，气体对外作的功和内能的增量；并作气体对外作的功和内能的增量；并作pV图。图。结束目录A=A2=RTVlnV08.31353ln2=2033 J2=+QQ1QA2E1=1246+2033=3279JET1=CV5608.3121246 J解：解：(1)结束目录ET2=CV=5608.312=1246 J8.31293ln2=1678 JA=A1=RTVlnV00(2)2=+QQ1Q=+A1E2=1246+2033p(2)(1)V0V02353K293KV(3)=3279J结束目录 7-9 理想气体作绝热膨胀，由初态理想气体

9、作绝热膨胀，由初态(p0,V0)至末态至末态(p,V)。试证明试证明(1)在此过程中其他所作的功为；在此过程中其他所作的功为；(2)设设p0=1.0106Pa,V0=0.001 m3,p=2.0105Pa,V=0.00316m3,气体的气体的=1.4,试计算气体作作的功。试计算气体作作的功。p0V0-pV-1=A结束目录CV=MmolMdTp0=MmolMV0RT0p=MmolMVRT=RCVCp=ACVp0V0pV()CVCp=p0V0pV1=dAdE解：解：(1)T T0=CVAMmolM()结束目录A=p0V0pV10.00316m3V=V0=0.001m31.4=920JA=p2.01

10、06 Pa=(2)将将p01.0106 Pa=代入，得：代入，得：结束目录 7-10 在一个密闭的抽空汽缸中在一个密闭的抽空汽缸中,有个劲有个劲度系数为度系数为 k 的弹簧的弹簧,下面吊着一个质量不计下面吊着一个质量不计且没有摩擦的滑动活塞，如图所示且没有摩擦的滑动活塞，如图所示。弹簧下。弹簧下活塞的平衡位置位于汽缸的底部活塞的平衡位置位于汽缸的底部。当活塞下。当活塞下面的空间引进一定量的摩尔定体热容为面的空间引进一定量的摩尔定体热容为CV 的的理想气体时，活塞上升到高度理想气体时，活塞上升到高度 h，如图所示。，如图所示。弹簧作用在活塞上的力正比于弹簧作用在活塞上的力正比于活塞的位移。如果该

11、气体从原活塞的位移。如果该气体从原来的温度来的温度 T升高到升高到T1，并吸热，并吸热Q。问活塞所在的高度。问活塞所在的高度 h等等于多少？于多少？h结束目录AEQ=+fk=hx=+hh()CVMmolMT1Tdx=+hh22()k12()CVMmolMT1T=+Q22()CVMmolMT1Thh22kk化简后得：化简后得：Vp=MmolMRT解：解：hSp=MmolMRThSp=MmolMRT2k=MmolMhRT结束目录=+Q22()CVMmolMT1Thh22kk=+Q22()CVT1Thh22kRTh2=+Q22()CVT1Thh2kRTh2=+Q22()CVMmolMT1Thh22k

12、k2k=MmolMhRT将将代入上式，得：代入上式，得：结束目录 7-11 汽缸内有单原子理想气体，若绝热汽缸内有单原子理想气体，若绝热压缩使其容积减半，问气体分子的平均速率压缩使其容积减半，问气体分子的平均速率变为原来速率的几倍？若为双原子理想气体变为原来速率的几倍？若为双原子理想气体,又为几倍。又为几倍。结束目录()=V1V212=v2v1T2T1=v2v1251=1.26=v2v1231=1.15v=TR8Mmol解：解：=V11T1V21T2由绝热方程：由绝热方程：=75单原子气体单原子气体=53双原子气体双原子气体TR8Mmol2TR8Mmol1T2T1=v2v1()1=T2V1V2

13、T1结束目录 7-12 高压容器中含有未知气体，可能是高压容器中含有未知气体，可能是N2或或A。在。在298K时取出试样，从时取出试样，从510-3m3绝热膨胀到绝热膨胀到610-3m3，温度降到，温度降到277K。试。试判断容器中是什么气体？判断容器中是什么气体？结束目录V1=510-3 m3V2=610-3 m3T2=277K=V11T1V21T2由绝热方程：由绝热方程：()1=T1V2V1T2=298277510-3610-3()1ln1.076=(-1)ln1.2=1.4i=5为双原子分子为双原子分子N2(-1)=0.41.076=(1.2)1T1=298K解：解：结束目录 7-13(

14、1)有一有一10-6m3的的373K的纯水，在的纯水，在1.013105Pa的压强下加热，变成的压强下加热，变成1.67110-3m3的同温度的水蒸气。水的汽化热为的同温度的水蒸气。水的汽化热为2.26106 J/kg。问水变汽后，内能改变多问水变汽后，内能改变多少？少？(2)在标准状态下在标准状态下10-6kg的的373K的冰化的冰化为同温度的水，试问内能改变多少？标准状为同温度的水，试问内能改变多少？标准状态下水的比体积各为态下水的比体积各为10-3m3/kg与与1.110-3m3/kg。冰的溶解热为冰的溶解热为3.34105 J/kg。结束目录=1.013105(1671-1)10-6=

15、1.69102J=2.26103JEQ=A=2.261031.69102=2.09103JAp=V解解：(1)=2.26106 10-3 1Q结束目录Q=3.3410510-31=1.0110-2J=3.34102J=3.34102(1.0110-2)=3.34102J()10-6=1.0110511101E=AQAp=V(2)结束目录 7-14 在室温下在室温下270C下一定量理想气体下一定量理想气体氧的体积为氧的体积为2.310-3m3,压强为压强为1.0105Pa，经过一多方过程后，体积变为经过一多方过程后，体积变为4.110-3m3,压强变为压强变为0.5105Pa。求：。求：(1)多

16、方指数多方指数n;(2)内能的改变内能的改变；(3)吸收的热量吸收的热量；(4)氧膨胀氧膨胀时对外所作的功。已知氧的时对外所作的功。已知氧的CV=5R/2。结束目录=V1np1V2np2()=V1np1V2p211.780.5=n4.12.3()nln2=n ln1.78解解：(1)对于多方过程：对于多方过程：n=1.2(2)E=MmolMRi21E2()T2T1)(V2V1=p2p1i2=-62.5J=(0.5105 4.110-3-11052.310-3)52结束目录=125J=125-62.5=62.5J1105 2.310-3-0.51054.110-31.2-1=AV1V2p1p2n

17、1(3)E=AQ+(4)结束目录 7-15 设某理想气体的摩尔热容随温度按设某理想气体的摩尔热容随温度按c=a T 的规律变化，的规律变化，a 为一常数，求此理为一常数，求此理想气体想气体1mol的过程方程式。的过程方程式。结束目录p+CVdV=dTdQRV=+aTdTCVdTTdV=RVadTCVdTTdVR+=RVaCVTTRlnln常数常数=TVCVReRaT常数常数aTc=dTdQ=dT解：解：结束目录为空气的密度。试证明声音在空气中的传为空气的密度。试证明声音在空气中的传播速度仅是温度的函数。播速度仅是温度的函数。7-16 声音在空气中的传播可以看作是一声音在空气中的传播可以看作是一

18、绝热过程。它的速度可按公式绝热过程。它的速度可按公式vp=计算，式中计算，式中=CpCVp为空气的压力，为空气的压力，结束目录vp=molMRT=molMRTmolMRT=V=pMmolMRT解：解：结束目录 7-17 如果在如果在00C、1.0105Pa下空气中下空气中的声速的声速v=332m/s空气的密度空气的密度=1.29kg/m3。求空气的求空气的。结束目录2vp=2vp=1.013105(332)21.29 1.4=vp=解：解：结束目录7-18 1mol范德瓦耳斯气体，初始体积为范德瓦耳斯气体，初始体积为V1，向真空作绝热膨胀至体积，向真空作绝热膨胀至体积V2。（1）求温度的增量）

19、求温度的增量T。（2）气体温度的变化是否由于其内能变化）气体温度的变化是否由于其内能变化了？了？（3）如果这是理想气体，温度变化如何？）如果这是理想气体，温度变化如何？结束目录0=dQaV2=dVk=dEdACVdTaV2=dV11()T=V1CVaV2p=dVdA解：解：结束目录 7-19 设有一以理想气体为工作物质的热设有一以理想气体为工作物质的热机循环，如图所示，试证明其效率为：机循环，如图所示，试证明其效率为：1h=p1V1V2p2()()11p1V1V2p2bacVpo结束目录()0RVQ=CVp1V2p2V2Rh=pQVQVQ=1()Cpp2V1p2V2()CVp1V2p2V2=p

20、QVQ11=p1V1V2p2()()11解：解：p1V1V2p2bacVpo绝绝热热等压等压等等容容结束目录 7-20 1摩尔理想气体在摩尔理想气体在400K与与300K之之间完成一卡诺循环，在间完成一卡诺循环，在400K的等温线上，的等温线上，起始体积为起始体积为0.0010m3，最后体积为，最后体积为0.0050m3试计算气体在此循环中所作的功，以及试计算气体在此循环中所作的功，以及从高温热源吸收的热量和传给低温热源的热从高温热源吸收的热量和传给低温热源的热量。量。结束目录=8.31400ln5解：解：1V2=RTQlnV112V2=RTQlnV12A=Q1Q2=5.35103 J=4.0

21、1103 J=1.3103 J=8.31300ln5结束目录 7-21 一热机在一热机在1000K和和300K的两热源的两热源之间工作。如果（之间工作。如果（1）高温热源提高到）高温热源提高到1100K，（，（2）低温热源降到）低温热源降到200K，求理论上的，求理论上的热机效率各增加多少？为了提高热机效率哪热机效率各增加多少？为了提高热机效率哪一种方案更好？一种方案更好？结束目录解：解：1300h0=T2T11=100070%(1)300h1=1=110072.7%效率各增加效率各增加2.7%及10%200h2=1=100080%(2)结束目录 7-22 有有25mo1的单原子气体，作如图的

22、单原子气体，作如图所示的循环过程（所示的循环过程（ac为等温过程）。为等温过程）。P1=4.15105Pa,V1=2.010-2m3，V2=3.010-2m3。求：求：（1）各过程中的热）各过程中的热量、内能改变以及量、内能改变以及所作的功；所作的功；（2）循环的效率。）循环的效率。p1V1V2p2bacVpo结束目录=p14.15105 Pa=V12.010-2 m3=T1MmolMRp1V1=4.151052.010-2258.31=40K=T2V2T1V1=T2V2T1V12=340=60K解：解：ab 等压过程等压过程p1V1V2p2bacVpo结束目录()QCp=MmolMT2T1p

23、=+252328.31()60 40=10.4103 J=AEQp=10.4103 6.23103=4.17103 JE=MmolMRi21E2()T2T1=25328.31()60 40=6.23103 J结束目录bc 等容过程等容过程()QCV=MmolMT2T1V=25328.3120=6.23103 JE=MmolMRi21E2()T2T1=6.23103 JA=0结束目录=3.37103 Jac 等温过程等温过程=MmolMRTQV2lnV1=ATT1=258.3140 ln32E=0=16.23+3.3710.4103=77%1h=Q2Q1(2)结束目录 7-23 两部可逆机串联起

24、两部可逆机串联起来，如图所示，可逆机来，如图所示，可逆机 1 工工作于温度为作于温度为T1的热源的热源 1 与温与温度为度为T2=400K的热源的热源 2之间。之间。可逆机可逆机 2吸入可逆机吸入可逆机 1 放给放给热源热源 2的热量的热量Q2，转而放热，转而放热给给 T3=300K 的热源的热源 3。在。在(1)两部热机效率相等，两部热机效率相等，(2)两部热机作功相等的情况两部热机作功相等的情况下求下求T1。T1Q1Q2T3T2T1T3T2Q2Q2热源热源1 1热源热源2 2热源热源3 3结束目录=2400-300=500KT1=2T2-T3400()300533K2=解：解：(1)1h=

25、T2T11=T3T2=T1T2T32A=Q1-Q2=Q2-Q3(2)T1-T2=T2-T3T1Q1Q2T3T2T1T3T2Q2Q2热源热源1 1热源热源2 2热源热源3 3结束目录 7-24 一热机每秒从高温热源一热机每秒从高温热源(T1=600K)吸取热量吸取热量Q1=3.34104J，作功后向低温热，作功后向低温热源源(T2=300K)放出热量放出热量Q2=2.09104J。（1）问它的效率是多少？它是不是可逆）问它的效率是多少？它是不是可逆机？机？（2）如果尽可能地提高了热机的效率，）如果尽可能地提高了热机的效率，问每秒从高温热源吸热问每秒从高温热源吸热3.34104J，则每秒则每秒最多

26、能作多少功？最多能作多少功？结束目录=0.53.34104 解：解：(1)1h=Q2Q11=2.091043.34104=37%300=600=50%11h=T2T1卡卡=1.67104 J=AQ1h卡卡(2)结束目录 7-25 一绝热容器被铜片分成两部分，一一绝热容器被铜片分成两部分，一边盛边盛800C的水，另一边盛的水，另一边盛200C的水，经过的水，经过一段时间后，从热的一边向冷的一边传递了一段时间后，从热的一边向冷的一边传递了4186J的热量，问在这个过程中的熵变是多的热量，问在这个过程中的熵变是多少？假定水足够多，传递热量后的温度没有少？假定水足够多，传递热量后的温度没有明显变化。明

27、显变化。结束目录=2.4J/K解：解：()1SQ=T21T1100273+204.18=273+8011()结束目录 7-26 把质量为把质量为5kg、比热容（单位质量、比热容（单位质量物质的热容）为物质的热容）为544J/(kg.0C)的铁棒加热的铁棒加热到到300 0C，然后侵入一大桶然后侵入一大桶27 0C的水中。的水中。求在这冷却过程中铁的熵变。求在这冷却过程中铁的熵变。结束目录解：解：ST=0TdQ300575mc=dTT=mc ln300575=5544ln0.524=-1760 J结束目录 7-27 一固态物质，质量为一固态物质，质量为 m，熔点为，熔点为Tm，熔解热为，熔解热为

28、L，比热容（单位质量物质的，比热容（单位质量物质的热容）为热容）为c。如对它缓慢加热，使其温度从。如对它缓慢加热，使其温度从T0上升为上升为Tm，试求熵的变化。假设供给物，试求熵的变化。假设供给物质的热量恰好使它全部熔化。质的热量恰好使它全部熔化。结束目录解：解：ST=dQLm+mc=dTTTmTmT1T0mc lnTmLm+Tm=结束目录 7-28 两个体积相同的容器盛有不同的理两个体积相同的容器盛有不同的理想气体，一种气体质量为想气体，一种气体质量为 M1。摩尔质量为。摩尔质量为Mm1，另一种质量为，另一种质量为M2，摩尔质量为，摩尔质量为 Mm2。它们的压强与温度都相同。两者相互连通起它

29、们的压强与温度都相同。两者相互连通起来，开始了扩散，求这个系统总的熵变。来，开始了扩散，求这个系统总的熵变。结束目录+Tdp1V1=2V1V1Tdp2V22V1V11MmolMR1+Vd V=2V1V1Vd V2V1V12MmolMR2()=1MmolM1+2MmolMR2ln2两容器的两容器的p、V、T 都相等都相等=S1MmolM12Rln2=1MmolM12MmolM2S1=+S2S解：解：结束目录 7-29 一房间有一房间有N个气体分子，半个房间个气体分子，半个房间的分子数为的分子数为n的概率为的概率为:（1）写出这种分布的熵的表达式）写出这种分布的熵的表达式S=klnW；（2）n=0

30、状态与状态与n=N/2状态之间的熵变是多状态之间的熵变是多少？少？（3）如果）如果N=61023,计算这个熵差。计算这个熵差。()2NW ne2=n2N()2N结束目录 结束目录()2Ne2n2N()2Nk=ln)2Nk=ln(22Nn2N122Nk=lnS=120SSSk2N02Nk=ln2NS(2)=S610231.3810-232=4.14 J/K(3)Sk=lnW(1)解：解：结束目录 7-30 1kg水银，初始温度为水银，初始温度为-1000C。如。如果加足够的热量使其温度升到果加足够的热量使其温度升到1000C，问水问水银的熵变有多大？水银的熔点为银的熵变有多大？水银的熔点为-39

31、0C，熔，熔解热为解热为 1.17104（kg0C），而比热容为），而比热容为-138J/(kg0C)。结束目录T0mc lnT1Lm+T1=T1mc lnT2+=156 J/K=+11.3811.17104 27310039(ln27327339)+11.38ln27339273ST=dQLm+T1T0T1TdQT2T1+解：解：结束目录 7-31 有有 2mol 的理想气体，经过可逆的的理想气体，经过可逆的等压过程体积从等压过程体积从V0膨胀到膨胀到3V0。求在这一过求在这一过程中的熵变。提示：设想气体从初始状态到程中的熵变。提示：设想气体从初始状态到最终状态是先沿等温曲线，然后沿绝热曲线

32、最终状态是先沿等温曲线，然后沿绝热曲线（在这个过程中熵没有变化）进行的。（在这个过程中熵没有变化）进行的。结束目录解：解：ST=dQ3V1V1TdQ3T0T0=CpMmolM=CpMmolMln32Cpln3=结束目录习题总目录习题总目录1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121415161718192021222313240101、。0111“”0121【0131】0141 0151 0161 0171 0181 0191 耻虫仇0201 0211 0221 0231 0241 0251 0261 0271 0281 0291 0701 0711 0721 0731 0601 061

33、1 0621 063106410651 E=MmolMRTi2CV=Ri2E=MmolMR Ti2()QCV=MmolMT2T1V()QCp=MmolMT2T1p=MmolMRTQp2lnp1=ATTp V2()V1=1h=Q2Q11h=T2T1h=Q2Q1Q1E=MmolMRi21E2()T2T112 3 45 6 789 0.aqaABCDE FGKM NPHLTRJgzxnsfhmrt u vyelpcbdkjiom 1203di j kzxyoacbdsin cos v221v22Tm1MAmA2()=()()()()()()=+g2.6108Pa 2.6108kg/mol m3m/sTR2M此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢