题目
【题目】一定量的理想气体出台温度为T0体积为-|||-V0,先绝热膨胀使体积变为2V。,再等容吸热使温-|||-度恢复为,T。最后等温压缩为初态,则在整个过程-|||-中气体将 ()-|||-A放热-|||-B对外界做工-|||-C.吸热-|||-D内能增加.-|||-E.内能减小

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查理想气体的循环过程,涉及绝热、等容、等温过程的性质,以及热力学第一定律的应用。
解题核心思路:
- 循环过程的内能变化:理想气体的内能仅由温度决定,初末态温度相同,故总内能变化为零,排除选项D、E。
- 各过程的功与热分析:
- 绝热膨胀:对外做功,内能减少,温度下降。
- 等容吸热:温度恢复原值,需吸热补充内能。
- 等温压缩:外界做功,温度不变,需放热。
- 总热量与总功的关系:根据热力学第一定律 $\Delta U = Q + W$($W$为外界对系统做的功),总内能变化为零,故 $Q = -W$。若总功为负(外界对系统做功多于系统对外做功),则总热量为正(吸热);反之则放热。
破题关键点:
- 绝热过程:$Q=0$,$\Delta U = -W$。
- 等容过程:$W=0$,$\Delta U = Q$。
- 等温过程:$\Delta U = 0$,$Q = W$(外界做功为负)。
- 循环总功与总热的关系:通过各步骤功的计算,判断总热量的正负。
步骤1:分析各过程的功与热
-
绝热膨胀(体积从 $V_0$ 到 $2V_0$):
- 功:$W_1 = \frac{P_0 V_0}{\gamma - 1} \left(1 - \left(\frac{1}{2}\right)^{\gamma-1}\right)$($\gamma = \frac{5}{3}$ 时,$W_1 \approx 0.555 P_0 V_0$)。
- 热:$Q_1 = 0$,内能减少,温度下降。
-
等容吸热(温度恢复为 $T_0$):
- 功:$W_2 = 0$。
- 热:$Q_2 = C_v (T_0 - T_1)$,需吸热补充内能($T_1 = T_0 \left(\frac{1}{2}\right)^{\gamma-1} \approx 0.63 T_0$,$Q_2 \approx 0.555 R T_0$)。
-
等温压缩(回到初态):
- 功:$W_3 = -nRT_0 \ln 2 \approx -0.693 P_0 V_0$(外界对系统做功)。
- 热:$Q_3 = W_3 = -0.693 P_0 V_0$(放热)。
步骤2:计算总功与总热
- 总功:$W_{\text{总}} = W_1 + W_3 \approx 0.555 P_0 V_0 - 0.693 P_0 V_0 = -0.138 P_0 V_0$(负值,外界对系统做功多)。
- 总热:$Q_{\text{总}} = Q_2 + Q_3 \approx 0.555 R T_0 - 0.693 R T_0 = -0.138 R T_0$(负值,系统放热)。
步骤3:结论
- 总热量为负:系统对外放热(选项A正确)。
- 总功为负:外界对系统做功多(选项B错误)。
- 内能不变:排除选项C、D、E。