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大学物理专业教材答案（力、热、光、电、原子物理、四大力学）
大学物理专业教材答案（力、热、光、电、原子物理、四大力学）
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第五章课后习题答案71
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《大学物理》 第二版
第五章课后习题答案71
习题精解；5-11mol理想气体，例如氧气，有状态A(p1；B(p2,V2)，该气体的热力学能的增量为多少？；解理想气体的热力学能E?；Mi；RT?2；氧气为双原子分子i?5氧气的摩尔数为；?1；Mi5；R?T2?T1???p2V2?p1V1??22；?E?E?；5-2如图5.3所示，一定质量的理想气体，沿图中；?3；3.0?10?3m2，求此过程中气体对外
习题精解5-1 1mol理想气体，例如氧气，有状态A(p1,V1)在图5.2上p?V沿一条直线变到状态B(p2,V2)，该气体的热力学能的增量为多少？解 理想气体的热力学能E?MiRT ?2氧气为双原子分子
i?5 氧气的摩尔数为M??1Mi5R?T2?T1???p2V2?p1V1? ?22?E?E?5-2 如图5.3所示，一定质量的理想气体，沿图中斜向下的直线由状态A变化到状态B初态时压强为4.0?10Pa，体积为1.0?10m，末态的压强为2.0?10Pa，体积为5?3253.0?10?3m2，求此过程中气体对外所做的功。解 理想气体做功的表达式为W?面积 ?pdV,其数值等于p?V图中过程曲线下所对应的W?11?pA?pB??VB?VA????2.0?4.0??105??3.0?1.0??10?3?6.0?102?J? 225-3 如图5.4所示，系统从状态A沿ACB变化到状态B，有334J的热量传递给系统，而系统对外做功为126J.(1)若系统从状态A沿ADB变化到状态B是，系统做的功42J，问由多少热量传递给系统。
（2）当系统从状态B沿曲线BEA返回到状态A时，外界对系统做功为84J,问系统是吸热还是放热？传递热量多少？
(3)若ED?EA?167J，求系统沿AD及DB变化时，各吸收多少热量？ 解 （1）对于过程ACBEB?EA?QACB?WACB?334?126?208?J?
对于过程ADB过程QADB??EB?EA??WADB?208?42?250?J? （2）对于过程BEAQ??EA?EB??WCEAB??208?84??292?J? 负号表示放热。（3）对于过程ADQAD?ED?EA?WADB?167?42?209?J? 对于过程DB过程QDB??EB?EA???ED?EA??208?167?41?J?5-4 将压强为1.013?10Pa，体积为1?10m的氧气，自0?C加热到160?C，问：（1）当压强不变时，需要多少热量?(2) 各做多少功？解 氧气的摩尔数为当体积不变时，需要多少热量?(3)在等压和等体过程中5?33p1V11.013?105?1?10?3???4.46?10?2?mol?
n??RT18.31?273m氧气为双原子分子，i?5
Cp??i5R??8.31?20.8?J?mol?1?K?1? 227?i??1?R??8.31?29.1?J?mol?1?K?1?2?2?（1） 当压强不变时，系统所吸热为Qp??pdV??E?nCp?T2?T1??4.46?10?2?29.1??433?273??2.08?102?J?（2） 体积不变时，系统所吸热为QV??E?nCV?T2?T1??4.46?10?2?20.8??433?273??1.48?102?J?（3） 在等压过程中所做功为
Wp??2pdV?nRdT?4.46?10?8.31??433?273??59.3?J? 1??T1T2在等体积过程中，气体体积不变，故所做的功为零。 说明：功的值亦可用热力学第一定律Q??E?W来求?E?nCV?T2?T1??4.46?10?2?20.8??433?273??1.48?102?J?Wp?Qp??E?2.08?102?1.48?102?59.3?J? WV?QV??E?1.48?102?1.48?102?05-5 如图5.5所示，1mol的氢气，在压强为1.013?10Pa，温度为20?C时，体积为V0，现通过以下两种过程使其达到同一状态：（1）保持体积不变，加热使其温度升高到80?C，然后令其做等温膨胀，体积变为2V0；（2）先使其作等温膨胀至体积为2V0，然后保持体积不变，加热使其温度升高到80?C，试分析计算以上两中过程中，气体吸收的热量，对外所做的功和热力学能的增量。5解 氢气CV?5R,在A-B等提过程中，气体不做功，热力学能增量2为?E1?E1?CV?T?55R?T??8.31?60?1.25?103?J? 22在B-C等温过程中热力学能不变，氢气的体积从V0变化到2V0，气体对外所做的功为
W1?RTln2V0?8.31?353?ln2?2.03?103?J? V0在A-B-C过程中，气体吸收热量为QABC??E1?W1?1.25?10?2.03?10?3.28?10（2） 在A-D等温过程中，热力学能不变，气体对外做功为W2
W2?RT0ln333?J?2V0?8.31?293?ln2?1.69?103?J? V0在D-C等体吸热的过程中气体不做功，热力学能增量为?E2
?E2?CV?T?55R?T??8.31?60?1.25?103?J? 22在A-D-C过程中，气体吸收热量为QABCQABC?QABC??E2?W2?1.25?10?1.69?10?2.94?10?2333?J??335-6 如图5.6所示，质量为6.4?10kg的氧气，在温度为是27?C，体积为3?10m。计算下列各过程中气体所做的功(1)气体绝热膨胀至体积为1.5?10m;(2)气体等温膨胀至体积为1.5?10m，然后再等体积冷却，直到温度等于绝热膨胀后达到最后温度为止。并解释这两种过程中做功不同的原因。解 （1）绝热过程中，氧气的等体摩尔热容为CV? 有绝热方程TV11??1?23?235R,比热容比为??1.40。 2?T2V2??1得??1?V?T2?T1?1??V2? ,Q?0??V???1?5??2?10?3?1.40?1?W1???E?CV?T1?T2??CVT1?1??1????8.31?300??1????3.75?103?J??3?V220?10?????????2???（2）等温过程中氧气的体积由V1膨胀到V2时所做的功为V220?10?33?8.31?300?ln?5.74?10
W2?RT1ln?J? ?3V12?105-7 有1摩尔单原子理想气体做如图5.7所示的循环工程，求气体在循环过程中吸收的净热量和对外所做的净功，并求循环效率。解 气体经过循环所做的净功W为图1-2-3-4-1线所包围的面积，即W??p2?p1??V2?V1???2.026?1.013??105??3.36?2.24??10?3?1.13?102?J?根据理想气体的状态方程pV?M?RT得Mp1V11.013?105?2.24?10?3T1??1??27.3?K??R8.31Mp2V2T2??54.6?K??R Mp3V3T3??81.9?K??RMp4V4T4??41.0?K??R在等体过程1-2，等压过程2-3中，气体所吸热量Q12、Q23分别为
Q12?CV?T2?T1??3?8.31??54.6?27.3??3.40?102?J? 23Q23?Cp?T3?T2???8.31??81.9?54.6??5.67?102?J?2在等体过程3-4，等压过程4-1中，气体所放热量Q34、Q12分别为
Q34?CV?T4?T3??3?8.31??41.0?81.9???5.10?102?J? 23Q12?Cp?T1?T4???8.31??27.3?41.0???2.85?102?J?22气体经历一个循环所吸收的热量之和为
Q1?Q12?Q23?9.07?10?J? ?J?气体在此循环中所放出的热量之和为
Q2?Q34?Q41?7.95?102式中Q2是绝对值。气体在此循环过程中吸收的净热量为
Q?Q1?Q2?1.12?10此循环的效率为2?J?Q27.95?102?1??12.5%
??1?2Q19.08?105-8 一卡诺热机的低温热源的温度为7摄氏度，效率为40%，若要将其效率提高到50%，问高温热源的温度应提高多少？解 设高温热源的温度分别为T1和T1?，低温热源的温度为T2，则有
??1?上式变形得T1?T2T,???1?2 T1T1?T2T,T1??2 1??1???高温热源温度需提高的温度为
?T?T??T1?T2T280280?2???93.3?K? ?1??1??1?0.51?0.45-9 汽油机可近似地看成如图5.8所示的理想循环，这个循环也做奥托循环，其中BC和DE是绝热过程，试证明： （1）此循环的效率为??1?态B,C,D,E的温度；（2）若工作物质的比热容比为r，在状态C,D和E,B的体积分别为VC、VB，则上述效率TE?TB，式中TB、TC、TD、TE，分别为 工作物质在状TD?TC?V?也可以表示为??1??C??VB???1 证明 （1） 该循环尽在CD过程中吸热，EB过程中放热，则热机效率为m??1?QEBQCD?1??CV?TE?TB??1??CV?TD?TC?TE?TB(a)TD?TC(2)在过程CD,DE中，根据绝热方程TV??1?C有包含各类专业文献、各类资格考试、高等教育、专业论文、幼儿教育、小学教育、应用写作文书、中学教育、《大学物理》 第二版
第五章课后习题答案71等内容。　
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