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工程热力学考试高频题目及答案
一、单选题（每题2分，共20分）
1.热力学第一定律的数学表达式为（）（2分）A.ΔU=Q-WB.ΔH=Q+WC.ΔS=Q/TD.ΔG=-RTlnK【答案】A【解析】热力学第一定律表述系统内能的变化等于系统吸收的热量与对外做的功之差
2.理想气体的内能只与（）有关（2分）A.压强B.温度C.体积D.摩尔质量【答案】B【解析】理想气体的内能是温度的单值函数，与压强、体积无关
3.气体在定压过程中吸收热量，其焓变（）（2分）A.大于内能变化B.小于内能变化C.等于内能变化D.无法确定【答案】A【解析】定压过程焓变ΔH等于系统吸收的热量Qp，而内能变化ΔU=Qp-W
4.下列哪个过程是可逆过程（）（2分）A.理想气体自由膨胀B.理想气体等温压缩C.理想气体绝热自由膨胀D.理想气体等压膨胀【答案】B【解析】理想气体等温压缩是准静态可逆过程，其他过程都是不可逆过程
5.熵增原理适用于（）（2分）A.隔离系统B.封闭系统C.开放系统D.以上所有【答案】A【解析】熵增原理只适用于隔离系统，隔离系统总熵永不减少
6.卡诺循环的效率只与（）有关（2分）A.高温热源温度B.低温热源温度C.工质种类D.A和B【答案】D【解析】卡诺效率η=1-Tc/Th，只取决于高低温热源温度
7.焓变ΔH=0的过程是（）（2分）A.等温过程B.等压过程C.绝热过程D.等内能过程【答案】D【解析】等内能过程焓变等于零，因为焓是状态函数
8.理想气体绝热自由膨胀（）（2分）A.Q=0,W=0,ΔU=0B.Q=0,W0,ΔU0C.Q=0,W=0,ΔU0D.Q0,W0,ΔU0【答案】A【解析】绝热过程Q=0，自由膨胀W=0，理想气体内能不变ΔU=
09.热力学第二定律的克劳修斯表述是（）（2分）A.热量不能自动从低温物体传到高温物体B.不可能从单一热源取热全部转变为功而不产生其他变化C.孤立系统总是趋向于熵增D.热机效率不可能达到100%【答案】A【解析】克劳修斯表述是热传导的单向性原理
10.下列哪个状态参数是广延性质（）（2分）A.温度B.压强C.熵D.密度【答案】C【解析】熵是广延性质，值与系统质量成正比
二、多选题（每题4分，共20分）
1.热力学第二定律的表述包括（）（4分）A.孤立系统熵永不减少B.热量不能自动从低温物体传到高温物体C.不可能从单一热源取热全部转变为功D.热机效率不可能达到100%E.理想气体膨胀过程熵增加【答案】A、B、C【解析】第二定律有克劳修斯表述和开尔文表述两种形式，A是熵增原理，B是克劳修斯表述，C是开尔文表述
2.理想气体下列过程中，焓变ΔH=0的是（）（4分）A.等温过程B.绝热过程C.等压过程D.等内能过程E.等熵过程【答案】D、E【解析】等内能过程和等熵过程焓不变，其他过程焓变不为零
3.热力学第一定律适用于（）（4分）A.隔离系统B.封闭系统C.开放系统D.任何热力过程E.理想气体过程【答案】D、E【解析】第一定律是能量守恒定律的体现，适用于所有系统和过程
4.熵增原理的应用包括（）（4分）A.判断过程方向B.计算不可逆程度C.设计热力循环D.评价系统效率E.分析相变过程【答案】A、B、C【解析】熵增原理可用于判断过程自发性、计算不可逆性及设计循环
5.下列关于卡诺循环的描述正确的有（）（4分）A.由两个等温过程和两个绝热过程组成B.效率只取决于高低温热源温度C.在相同温度范围内，可逆循环效率最高D.理想气体不可作为工质E.实际热机都采用卡诺循环【答案】A、B、C【解析】卡诺循环是最有效的热机循环，A、B、C正确
三、填空题（每题4分，共32分）
1.热力学第零定律的表述是______，它是定义______的基础（4分）【答案】如果两个系统分别与第三个系统处于热平衡，则这两个系统也必定处于热平衡；温度
2.理想气体定容比热容cp与定压比热容cv的关系是______（4分）【答案】cp=cv+R
3.熵的物理意义是______，单位是______（4分）【答案】热力学概率的量度；J/K
4.热机循环中，系统净功W等于______，循环效率η=______（4分）【答案】循环中系统吸收的热量与放出的热量之差；W/QH
5.理想气体状态方程是______，其中R=______（4分）【答案】pV=RT；
8.314J/mol·K
6.绝热过程系统内能变化ΔU=______，绝热自由膨胀______（4分）【答案】Q-W；
07.熵增原理表述为孤立系统经历可逆过程时，系统熵______；经历不可逆过程时，系统熵______（4分）【答案】不变；增加
8.卡诺循环的效率公式是______，其中QH是______（4分）【答案】η=1-Tc/Th；高温热源传递给系统的热量
四、判断题（每题2分，共20分）
1.热力学系统经过一个循环后，其内能一定恢复原值（）（2分）【答案】（√）
2.理想气体等温膨胀过程，系统做正功，但内能不变（）（2分）【答案】（√）
3.热力学第二定律的开尔文表述与克劳修斯表述是等价的（）（2分）【答案】（√）
4.熵是状态函数，与过程路径有关（）（2分）【答案】（×）
5.绝热过程一定是可逆过程（）（2分）【答案】（×）
6.理想气体绝热自由膨胀过程，系统熵增加（）（2分）【答案】（√）
7.热机效率不可能达到100%（）（2分）【答案】（√）
8.理想气体等压膨胀过程，系统吸热，内能增加（）（2分）【答案】（√）
9.热力学第一定律是能量守恒定律在热力学领域的体现（）（2分）【答案】（√）
10.熵增原理适用于开放系统（）（2分）【答案】（×）
五、简答题（每题4分，共20分）
1.简述热力学第一定律和第二定律的区别（4分）【答案】第一定律是能量守恒定律，表述能量转换关系；第二定律表述过程自发性规律，涉及熵的概念第一定律限制能量转换的限度，第二定律限制过程方向
2.为什么理想气体的内能只与温度有关？（4分）【答案】理想气体分子间无相互作用，内能仅由分子动能决定，而分子动能只与温度有关，因此内能是温度的单值函数
3.什么是卡诺循环？其特点是什么？（4分）【答案】卡诺循环由两个等温过程和两个绝热过程组成，是理论上最高效率的热机循环，特点是完全可逆，效率只取决于高低温热源温度
4.简述熵增原理的应用意义（4分）【答案】熵增原理可用于判断过程自发性、评估不可逆程度、设计热力循环，是热力学第二定律的核心应用，对工程实践有重要指导意义
5.为什么绝热自由膨胀是不可逆过程？（4分）【答案】绝热自由膨胀过程无序度增加，导致系统熵增加，无法通过有限步骤恢复原状，因此是不可逆过程，体现了热力学第二定律的统计意义
六、分析题（每题10分，共20分）
1.某理想气体系统从状态1（p1=1MPa，V1=
0.02m³）经历等温过程膨胀到状态2（p2=
0.5MPa，V2=
0.04m³），系统吸收热量1000kJ求系统内能变化和对外做功（10分）【答案】解等温过程内能不变ΔU=0根据热力学第一定律Q=WW=Q=1000kJ由理想气体状态方程p1V1=p2V2得V1/V2=p2/p1=
0.5/1=
0.5实际膨胀比理论计算小，因此实际功小于1000kJ答案ΔU=0；W1000kJ
2.某卡诺热机工作在1000K和300K的高低温热源之间，循环效率为70%若高温热源传递给系统的热量为2000kJ，求系统对外做功和向低温热源放热（10分）【答案】解卡诺效率η=1-Tc/Th=1-300/1000=70%W=ηQH=
0.7×2000kJ=1400kJQH-QC=WQC=QH-W=2000kJ-1400kJ=600kJ答案W=1400kJ；QC=600kJ
七、综合应用题（每题25分，共50分）
1.某理想气体系统从状态1（p1=
0.5MPa，T1=300K，V1=
0.02m³）经历以下过程
（1）绝热膨胀到状态2（p2=
0.2MPa，V2=
0.05m³）
（2）等压压缩到状态3（V3=
0.03m³）求整个循环系统净功和循环效率（25分）【答案】解
①绝热过程由pVγ=常数得γ=lnp1/p2/lnV2/V1=ln
0.5/
0.2/ln
0.05/
0.02=
1.32Q=0，W=-ΔUΔU=mcvT2-T1T2=T1p2/p1^1-γ=
3000.2/
0.5^
0.32=243KΔU=mcvT2-T1=
20.8243-300=-
2.16kJW=
2.16kJ
②等压过程p3=p2=
0.2MPa，V3=
0.03m³T3=T2V3/V2=
2430.03/
0.05=
146.4KQ=W=p3V3-p2V2T3/T3-T2=-
0.02kJ×
146.4/
146.4-243=-
0.092kJW总=
2.16-
0.092=
2.07kJ循环效率η=W总/QH=
2.07/
2.16=
0.96答案W总=
2.07kJ；η=
0.
962.某可逆热机在1000K和300K热源间工作，循环中吸收热量1000kJ若将热机效率提高一倍，问
（1）新循环效率是多少？
（2）需要吸收多少热量？
（3）系统对外做功增加多少？（25分）【答案】解原效率η=1-Tc/Th=1-300/1000=70%
①新效率η=1+1η=140%η=1-Tc/Th=1-300/1000=1-
0.3=70%新效率无法达到140%，理论最高为100%实际最高η=1-300/1000=70%
②新效率η=1-300/1000-ΔT若ΔT=50K，η=1-300/950=
68.4%需要吸收热量Q=Q/η=1000/
0.684=1460kJ
③功增加ΔW=Q-Q=1460-1000=460kJ答案η=70%；Q=1460kJ；ΔW=460kJ
八、标准答案
一、单选题
1.A
2.B
3.A
4.B
5.A
6.D
7.D
8.A
9.A
10.C
二、多选题
1.A、B、C
2.D、E
3.D、E
4.A、B、C
5.A、B、C
三、填空题
1.如果两个系统分别与第三个系统处于热平衡，则这两个系统也必定处于热平衡；温度
2.cp=cv+R
3.热力学概率的量度；J/K
4.循环中系统吸收的热量与放出的热量之差；W/QH
5.pV=RT；
8.314J/mol·K
6.Q-W；
07.不变；增加
8.η=1-Tc/Th；高温热源传递给系统的热量
四、判断题
1.√
2.√
3.√
4.×
5.√
6.√
7.√
8.√
9.√
10.×
五、简答题（略）
六、分析题（略）
七、综合应用题（略）
八、标准答案（已包含在解析中）。
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