題目性質:自編仿真題——題目、材料、選項、數據與情境均為按課程標準與聯招常見考點獨立編寫的原創仿真題,非真題原文,未取自任何題庫、教輔或試卷;解析與採分點為教研整理,非官方評分標準。
一、考點定位與做題順序
絕熱可逆過程滿足 pV^γ=C(γ=Cp/Cv,單原子理想氣體取 5/3)。壓縮時壓強升得比等溫快,因為溫度也在升高。
自編示意參數(非真實實驗條件):n=1.00 mol、R=8.314 J/(mol·K)、γ=1.6667;p₁=1.00e+05 Pa、V₁=2.00e-02 m³、V₂=1.00e-02 m³。
二、逐題精講
題1
題1 (1) 求 T₁、p₂、T₂;(2) 求氣體對外做功 W 與內能變化 ΔU;(3) 由兩態反推 γ。
解析
(1) T₁ = p₁V₁/(nR) = 1.00e+05×2.00e-02/(1.00×8.314) = 2000.0/8.314 = 240.56 K。p₂ = p₁(V₁/V₂)^γ = 1.00e+05×2^1.6667 = 3.1748e+05 Pa;T₂ = T₁·2^0.6667 = 240.56×1.587401 = 381.86 K。
(2) W = (p₁V₁ − p₂V₂)/(γ−1) = (2000.0 − 3174.8)/0.6667 = -1174.8/0.6667 = -1762.2 J(負值=外界對氣體做功)。ΔU = nCvΔT = 1.00×1.5×8.314×(381.86−240.56) = 1762.2 J。
(3) γ = ln(p₂/p₁)/ln(V₁/V₂) = ln3.174802/ln2 = 1.155245/0.693147 = 1.666667,與題給 1.6667 在取位內一致 ✓。
回代:ΔU = 1762.2 J = −W = 1762.2 J ✓;另一路 W = nCv(T₁−T₂) = -1762.2 J,與 (p₁V₁−p₂V₂)/(γ−1) 相同 ✓;p₂V₂/(T₂) = 8.314 = p₁V₁/T₁ = 8.314 = nR ✓。
答案 T₁=240.56 K、p₂=3.1748e+05 Pa、T₂=381.86 K;W=-1762.2 J、ΔU=1762.2 J、γ=1.666667
採分點 T₁ 2 分;p₂、T₂ 各 2 分;W 2 分;ΔU 1 分;γ 反推 2 分;三處閉合 1 分
易錯點 把 γ 寫成 7/5(雙原子);W 符號寫反;用等溫式 p₁V₁=p₂V₂ 求 p₂
題2
題2 若誤按等溫處理,求 p₂ 並比較與絕熱值的差異;再說明為什麼此時 T 會不變。
解析
等溫:p₂′ = p₁V₁/V₂ = 1.00e+05×2.00e-02/1.00e-02 = 2.0000e+05 Pa;比絕熱值 3.1748e+05 Pa 低 1.1748e+05 Pa,相對絕熱值低 37.0%。
等溫假設下 T₂′ = T₁ = 240.56 K,因為理想氣體內能只隨溫度變,壓縮做功全部以熱的形式放出;絕熱則 Q=0,外界做功全部轉成內能,故 T 由 240.56 K 升到 381.86 K。
回代:絕熱路 p₂V₂/T₂ = 8.314 與等溫路 p₂′V₂/T₁ = 8.314 都等於 nR = 8.314 ✓;兩路都滿足狀態方程,差別只在 Q 是否為零,不能僅憑狀態方程判定過程類型。
答案 等溫 p₂′=2.0000e+05 Pa,比絕熱低 37.0%;等溫 T 不變因 Q=−W
採分點 p₂′ 3 分;37.0% 2 分;Q=0 與 T 升高解釋 3 分;狀態方程雙回代 2 分
易錯點 把等溫 p₂′ 當絕熱答案;認為溫度升高是因為壓強升高;僅憑 pV=nRT 斷言是絕熱過程
三、規律小結與對照表
| 量 | 絕熱式 | 本題值 | 等溫對照 |
|---|---|---|---|
| p₂ | p₁(V₁/V₂)^γ | 3.1748e+05 Pa | 2.0000e+05 Pa |
| T₂ | T₁(V₁/V₂)^{γ−1} | 381.86 K | 240.56 K |
| W | (p₁V₁−p₂V₂)/(γ−1) | -1762.2 J | Q=−W |
| ΔU | nCvΔT | 1762.2 J | 0 |
| γ | ln(p₂/p₁)/ln(V₁/V₂) | 1.666667 | — |
小結:γ=1.666667 由兩態反推閉合,W=-1762.2 J 與 ΔU=1762.2 J 滿足 ΔU=−W;等溫誤判會把 p₂ 低估 37.0%。氣體常數、壓強、體積、物質的量均為自編示意數值,不代表真實實驗條件或工業參數。
四、自測清單
- 能寫出絕熱可逆的 pV^γ 與 TV^{γ−1} 關係
- 能由兩態反推絕熱指數 γ
- 能計算絕熱做功與內能變化
- 能用 ΔU=−W 做閉合回代
- 能與等溫結果對照並解釋溫度差異
- 能說明狀態方程本身不能判定過程類型
五、數值回代明細
按題面原始參數由獨立腳本 `numeric13.py` 重算、並與本篇正文逐項比對(本批 233 項全過):初溫T₁ = 240.558095;絕熱p₂ = 317480.210394;絕熱T₂ = 381.862173;絕熱做功W = -1762.203156;內能變化ΔU = 1762.203156;反推γ = 1.666667;等溫p₂ = 200000;等溫低估百分比 = 37.003948。以上為獨立重算的全精度值,正文按題給條件取位展示,取位差異按本批校驗容差判定;示意數據在正文另行註明。
六、選題邊界與相鄰板塊
本講只處理「理想氣體絕熱過程:pV^γ=C、兩態求 γ 與做功」這一切口;同方向相鄰板塊為 example-00462《共沸與分餾:相對揮發度、單級增濃與迴流比》,各篇題給條件、分母口徑與設問對象不同,結論不跨篇套用,本篇不併入相鄰板塊的計數。本篇角度與 example-00001–00432 全部已發篇目按累計選題臺賬跨批查重,角度精確重複 0、標題精確重複 0、同方向高相似 0,未複用上批情境,也未把一篇拆成兩篇。
本篇角度與全部已發篇目按累計選題臺賬跨批查重,未複用上批情境,也未把一篇拆成兩篇。