2013年《热力学与统计物理》试卷(热力学部分)(物理与光信11级-解答)

《热力学与统计物理》考试试卷

(热力学部分)

(应用物理和光信息专业2011级,2013年11月)

班级 姓名 考试成绩____ 考试时间:100 分钟

题号 得分 填空题 1 计算与证明题 2 总分 4 3 阅卷人 一、 填空题(每空2分,共40分) 1. 单元单相系是指系统只包含 (一种化学成分),并且系统中各个部分的(均匀分布)或(性质完全一样)。 2. 热力学中的广延量是指:(与系统质量相关的量), 而强度量是指:(与系统质量无关的量)。

3. 热力学系统的准静态过程是指:系统的热力学过程进行的_(无限缓慢)_,其中的每一个中间状态都可视为____(平衡状态)_______。

4. 卡诺循环是由两个_(等温)_过程和两个_(绝热)___过程组成的热力学循环过程。

1

5. 设高温热源的热力学温标为T1,低温热源的热力学温标为T2,则工作在其间的准静态卡诺循环的热机效率为:

??_(1-T2/T1)_;卡诺制冷机的制冷系数为:??_

T2/(T1-T2)__。

6. 熵增加原理指出:系统经过绝热过程,如果是_____(可逆绝热过程)____,则熵的数值不变;如果是___(不可逆绝热过程)__,则熵的数值增加。 7. 热力学第二定律的开尔文表述为:_(不可能从单一热源吸热使之完全变成有用功而不引起其他变化) ;克劳修斯表述为:_(不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化)_。

8. 对于温度为T,体积为V,压强为P的热力学系统,其能内为U。写出自由能F和吉布斯函数G的表示的定义式(只考虑体积功):F=_(U-TS)_。和G=_(U-TS+ p V)_。 9.气相、液相和固相之间发生相变时,伴随_(相变潜热)__和_(体积)__突变,这种相变称为一级相变。 10.热力学温标为__(一种不依赖于任何具体物质特性的理想温标), 而理想气体温标为_(是一种实验温标),但在数值上热力学温标可以用理想气体温标来表示。

2

二、计算题和证明题(共4题,合计60分)

1.(本题15分)证明理想气体的摩尔自由能可以表示为:

Fm??CV,mdT?Um0CV,m?T?dT?RTlnVm?TSm0TdT ??T?2?CV,mdT?Um0?TSm0?RTlnVT 解:根据自由能的定义,摩尔自由能为

Fm?Um?TSm, (1)

其中Um和Sm是摩尔内能和摩尔熵. 由理想气体的摩尔内能和摩尔熵分别为

Um??CV,mdT?Um0, (2) Sm??CV,mTdT?RlnVm?Sm0, (3)

CV,mT代入(1)式有

Fm??CV,mdT?T?令 就有

dT?RTlnVm?Um0?TSm0. (4)

利用分部积分公式

1?Td(?Cv.mdT)?化简可得

?Cv.mdTT1??(?Cv.mdT)d()T3

>>闂傚倸鍊搁崐鎼佸磹閹间礁纾归柟闂寸绾惧綊鏌熼梻瀵割槮缁炬儳缍婇弻鐔兼⒒鐎靛壊妲紒鐐劤濠€閬嶅焵椤掑倹鍤€閻庢凹鍙冨畷宕囧鐎c劋姹楅梺鍦劋閸ㄥ綊宕愰悙宸富闁靛牆妫楃粭鎺撱亜閿斿灝宓嗙€殿喗鐓¢、鏃堝醇閻旇渹鐢绘繝鐢靛Т閿曘倝宕幍顔句笉缂備焦锕╁▓浠嬫煟閹邦厽缍戦柣蹇旀綑閳规垿顢欓悷棰佸闂傚倷绶氬ḿ褔鎮ч崱娑樼疇闁逛即鍋婇弫濠傗攽閻樻彃鈧敻寮ㄦ禒瀣闁规儼妫勭壕褰掓煙閻楀牊绶茬痪鎯ь煼閺岀喖骞嗚椤h櫕淇婇顐㈢仸闁哄瞼鍠栭、娑㈠幢濡ゅ啰浼囬梺鍛婅壘椤戝顫忓ú顏勪紶闁告洦鍘鹃崝鍦磽閸屾氨小缂佽埖宀搁幃浼搭敋閳ь剙鐣烽崼鏇ㄦ晢濠㈣泛顑嗗▍鏍⒒娴g懓顕滅紒璇插€歌灋鐎光偓閸曨偆顔囬梺鍛婁緱閸犳氨寮ч埀顒勬⒑濮瑰洤鐏叉繛浣冲嫮顩锋繝濠傚缁诲棙銇勯弽銊у暡闁衡偓閼姐倗纾奸柛灞炬皑瀛濆Δ妤婁簷閸楀啿鐣烽悡搴樻斀闁割偒鍋呰ⅷ闂傚倸鍊风欢姘跺焵椤掑倸浠滈柤娲诲灡閺呭爼顢欐慨鎰盎濡炪倕绻愮€氼剟寮抽敐鍛斀闁炽儱纾崺锝団偓瑙勬礀瀹曨剝鐏冮梺閫炲苯澧查柕鍡樼墱缁辨捇宕掑顑藉亾閹间礁纾归柛婵勫劤閻捇鏌℃径瀣婵炴垶顭傞弮鍫濈劦妞ゆ帒瀚崑婵嗏攽閻樺疇澹橀梺瑁ゅ€栨穱濠囧Χ閸曨収妲繛瀛樼矋缁挸顫忛搹鍦煓閻犳亽鍔庨鍥⒑濮瑰洤濡块柛蹇旓耿閻涱喛绠涘☉娆愬劒闂侀潻瀵岄崢楣冩晬濠婂懐纾介柛灞剧懇濡剧兘鏌涢妸銉хШ闁绘侗鍣e浠嬵敇閻斿搫骞嶉梻浣告啞閸旀ḿ浜稿▎鎴犱笉婵炲樊浜濋悡蹇涙煕閵夛絽濡煎┑顔兼湰閵囧嫰鏁冮埀顒勵敋椤撶姵顫曢柟鐑樻尰缂嶅洭鏌曟繛鍨姕閻犲洨鍋ゅ铏规嫚閳ヨ櫕鐏€闂佸搫鎳愭慨鎾偩瀹勯偊娼ㄩ柍褜鍓熼獮濠囨偐濞茬粯鏅為梺鍦规鍛婄濠靛牏纾介柛灞捐壘閳ь剚鎮傚畷鎰槹鎼淬埄鍋ㄩ梺璺ㄥ枔婵绮eΔ鍛厸鐎广儱楠搁獮妤呮煕鐎n亶鍎旈柡宀€鍠栭獮鍡氼槾闁挎稑绉归弻锟犲幢椤撶姷鏆ら梺鍝勭灱閸犳牠骞冨⿰鍐炬建闁糕剝岣块弳锕傛⒒娴e懙褰掓晝閿曞倸绀傛慨妞诲亾妤犵偛鍟灃闁告侗鍠栨禒娲⒑鐠嬪骸妫崵娆愮節閳ь剟鏌嗗鍛€銈嗘磵閸嬫挻顨ラ悙鍙夘棥妞わ富鍣i弻锟犲焵椤掍胶顩烽悗锝庡亞閸樿棄鈹戦埥鍡楃仴婵炲拑绲剧粋鎺戔槈閵忥紕鍘搁梺绯曗偓宕囩婵炲懎鎳橀弻宥囨喆閸曨偆浼屽銈冨灪閻熝囧窗婵犲洤纭€闁绘劖鎯岄崯鈧梻鍌氬€烽懗鍫曞箠閹惧墎涓嶇€广儱顦崹鍌滅棯椤撶偞鍣藉ù婊嗘閳规垿鎮欑€涙ê闉嶉梺鍛婂灥缂嶅﹤鐣疯ぐ鎺戠闁芥ê顦遍崝锕€顪冮妶鍡楃瑨闁哥噥鍋婇幃锟犲箛閻楀牏鍘梺鎼炲劀閸愬彞绱旈柣搴㈩問閸犳岣垮▎鎺斾簷闂備線鈧偛鑻晶顖滅磼閸屾氨校闁靛牞缍佸畷姗€鍩為悙顒€顏归梻鍌欑閹诧紕鎹㈤崒婧惧亾濮樼厧娅嶉柟顔惧仧閹瑰嫰濡歌閿涙粓姊洪崫鍕潶闁稿孩濞婇幃楣冩倻濮楀棙顔旈梺缁樺姇瀵爼藟閵忊懇鍋撳▓鍨珮闁革綇绲介悾閿嬬附閸撳弶鏅濋梺鎸庣箓濡瑩鎮甸鈶╂斀闁绘ê鐏氶弳鈺呮煕鐎n剙浠辩€规洖缍婂畷濂稿即閻斿憡鐝栭梻浣稿暱閹碱偊宕愰幖渚囨晪闂侇剙绉甸悡銉╂煟閺囩偛鈧湱鈧熬鎷�<<
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