2019-2020年高中物理 第10章 第4、5節(jié) 熱力學第二定律 熱力學第二定律的微觀解釋同步練習 新人教版選修3-3.doc

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2019-2020年高中物理 第10章 第4、5節(jié) 熱力學第二定律 熱力學第二定律的微觀解釋同步練習 新人教版選修3-3 一、選擇題(1～3題為單選題，4、5題為多選題) 1．第二類永動機不可能制成，是因為(　　) A．違背了能量的守恒定律 B．熱量總是從高溫物體傳遞到低溫物體 C．機械能不能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 D．內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為機械能，同時不引起其他變化 答案：D 解析：第二類永動機的設想并不違背能量守恒定律，但卻違背了涉及熱量的能量轉(zhuǎn)化過程是有方向性的規(guī)律。故選項A錯；在引起其他變化的情況下，熱量可由低溫物體非自發(fā)地傳遞到高溫物體。故B錯。機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。 2．我們絕不會看到：一個放在水平地面上的物體，靠降低溫度，可以把內(nèi)能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為動能，使這個物體運動起來。其原因是(　　) A．這違反了能量守恒定律 B．在任何條件下內(nèi)能都不可能轉(zhuǎn)化為機械能，只有機械能才會轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 C．機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性，內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機械能是有條件的 D．以上說法均不正確 答案：C 解析：機械能和內(nèi)能可以相互轉(zhuǎn)化，但必須通過做功來實現(xiàn)。由熱力學第二定律可知，內(nèi)能不可能全部轉(zhuǎn)化成機械能，同時不引起其他變化。 3．下列敘述中正確的是(　　) A．對一定質(zhì)量的氣體加熱，其內(nèi)能可能減小 B．在任何系統(tǒng)中，一切過程都朝著熵增加的方向進行 C．物體的溫度升高，分子熱運動變得劇烈，每個分子動能都增大 D．根據(jù)熱力學第二定律可知，熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，但不可能從低溫物體傳到高溫物體 答案：A 解析：對一定質(zhì)量的氣體，內(nèi)能的變化既與熱傳遞有關又與做功有關，對氣體加熱，氣體的內(nèi)能可能減小，A正確。系統(tǒng)總是自發(fā)地朝著熵增加的方向進行，B錯誤。溫度升高，分子的平均動能增大，但每個分子的動能不一定都增大，C錯誤。熱量在一定條件下可以從低溫物體傳到高溫物體，D項錯誤。 4．從微觀角度看(　　) A．熱力學第二定律是一個統(tǒng)計規(guī)律 B．一個孤立系統(tǒng)總是從熵大的狀態(tài)向熵小的狀態(tài)發(fā)展 C．一個宏觀狀態(tài)所對應的微觀狀態(tài)越多，越是無序，熵值越大 D．出現(xiàn)概率越大的宏觀狀態(tài)，熵值越大 答案：ACD 解析：由熵增加原理——一切自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行，可知B錯誤，A、C、D正確。 5．根據(jù)熱力學第二定律，下列判斷正確的有(　　) A．熱機中燃氣的內(nèi)能不可能全部變成機械能 B．電流的能不可能全部變成內(nèi)能 C．在火力發(fā)電機中，燃氣的內(nèi)能不可能全部變成電能 D．在熱傳導中，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體 答案：ACD 解析：凡是與熱現(xiàn)象有關的宏觀熱現(xiàn)象都具有方向性。無論采用何種設備和手段進行能量轉(zhuǎn)化，總是遵循“機械能可全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為機械能”，故A正確。由電流熱效應中的焦耳定律可知，電流的能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故B錯誤?；鹆Πl(fā)電機發(fā)電時，能量轉(zhuǎn)化的過程為內(nèi)能→機械能→電能，因為內(nèi)能→機械能的轉(zhuǎn)化過程中會對外放出熱量，故燃氣的內(nèi)能必然不能全部變?yōu)殡娔?，C正確。熱量從低溫物體傳遞到高溫物體不能自發(fā)進行，必須借助外界的幫助，結(jié)果會帶來其他影響，這正是熱力學第二定律第一種(克氏)表述的主要思想，故D正確。 二、非選擇題 6．熱力學第二定律常見的表述有以下兩種： 第一種表述：不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化； 第二種表述；不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化。 (a)是根據(jù)熱力學第二定律的第一種表述畫出的示意圖；外界對制冷機做功，使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體。請你根據(jù)第二種表述完成示意圖(b)。根據(jù)你的理解，熱力學第二定律的實質(zhì)是________________。 答案：如圖所示， 實質(zhì)：一切與熱現(xiàn)象有關的宏觀過程都具有方向性。 7．如圖將一滴紅墨水滴入一杯清水中，紅墨水會逐漸擴散到整杯水中，呈均勻分布，試說明這個過程中熵的變化。 答案：墨水原來處于較小的空間(一滴)，無序度小，后來處于較大空間，無序度大，故熵變大。 8．制冷機是一種利用工作物質(zhì)，使熱量從低溫物體傳到高溫物體的裝置，通過制冷機的工作可以使一定空間內(nèi)的物體溫度低于環(huán)境溫度并維持低溫狀態(tài)。夏天，將房間一臺正在工作的電冰箱的門打開，試分析這是否可以降低室內(nèi)的平均溫度？為什么？ 答案：不會降低室內(nèi)的平均溫度。若將一臺正在工作的電冰箱的門打開，盡管可以不斷向室內(nèi)釋放冷氣，但同時冰箱的箱體向室內(nèi)散熱，就整個房間來說，由于外界通過導線不斷有能量輸入，室內(nèi)的溫度會不斷升高。 能力提升 一、選擇題(1～3題為單選題，4、5題為多選題) 1．(南陽市xx～xx學年高二下學期期中)對于一定質(zhì)量的理想氣體，下列說法正確的是(　　) A．溫度升高，分子的平均動能增大，每次碰撞對容器壁的作用力增大，壓強一定增大 B．體積減小，單位體積內(nèi)的分子數(shù)增多，氣體的內(nèi)能一定增大 C．絕熱壓縮一定質(zhì)量的理想氣體時，外界對氣體做功，內(nèi)能增加，壓強一定增大 D．一定質(zhì)量的理想氣體向真空自由膨脹時，體積增大，熵減小 答案：C 解析：對于一定質(zhì)量的理想氣體溫度升高，但如果氣體體積增大，壓強不一定增大，A錯；體積減小，單位體積內(nèi)的分子數(shù)增多，但如果對外放熱，氣體的內(nèi)能可能減小，B錯；孤立系統(tǒng)總是從熵小的狀態(tài)向熵大的狀態(tài)發(fā)展，D錯。只有C對。 2．下列宏觀過程不能用熱力學第二定律解釋的是(　　) A．大米和小米混合后小米能自發(fā)地填充到大米空隙中而經(jīng)過一段時間大米、小米不會自動分開 B．將一滴紅墨水滴入一杯清水中，會均勻擴散到整杯水中，經(jīng)過一段時間，墨水和清水不會自動分開 C．冬季的夜晚，放在室外的物體隨氣溫的降低，不會由內(nèi)能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為機械能而動起來 D．隨著節(jié)能減排措施的不斷完善，最終也不會使汽車熱機的效率達到100% 答案：A 解析：熱力學第二定律反映的是與熱現(xiàn)象有關的宏觀過程的方向性的規(guī)律，A不屬于熱現(xiàn)象。 3．關于氣體向真空中擴散的規(guī)律，下列敘述中錯誤的是(　　) A．氣體分子數(shù)越少，擴散到真空中的分子全部回到原狀態(tài)的可能性越大 B．氣體分子數(shù)越多，擴散到真空中的分子全部回到原狀態(tài)的可能性越大 C．擴散到真空中的分子在整個容器中分布得越均勻，其宏觀態(tài)對應的微觀態(tài)數(shù)目越大 D．氣體向真空中擴散時，總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行 答案：B 解析：氣體分子數(shù)越多，其宏觀態(tài)對應的微觀態(tài)數(shù)目越多，無序性越大，所以回到原狀態(tài)的可能性越小，因此B錯誤。 4．關于第二類永動機，下列說法正確的是(　　) A．沒有冷凝器，只有單一的熱源，能將從單一熱源吸收的熱量全部用來做功，而不引起其他變化的熱機叫做第二類永動機 B．第二類永動機違反了能量守恒定律，所以不可能制成 C．第二類永動機不可能制成，說明機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不可能全部轉(zhuǎn)化為機械能 D．第二類永動機不可能制成，說明機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不可能全部轉(zhuǎn)化為機械能，同時不引起其他變化 答案：AD 解析：根據(jù)第二類永動機的定義可知A選項正確，第二類永動機不違反能量守恒定律，而是違反熱力學第二定律，所以B選項錯誤。機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能在引起其他變化時可能全部轉(zhuǎn)化為機械能，C選項錯誤，D選項正確。所以，該題的正確答案是A、D。 5．以一副撲克牌為例，下列關于有序和無序、宏觀態(tài)和微觀態(tài)的認識中不正確的是(　　) A．按黑桃、紅桃、草花、方塊的順序，而且從大到小將撲克牌排列起來，撲克牌這時是有序的 B．將撲克牌按偶數(shù)和奇數(shù)分成兩部分，撲克牌是無序的，每部分內(nèi)部是有序的 C．一副撲克牌，這就是一個宏觀態(tài)，將牌洗動一次就是一個微觀態(tài) D．一副撲克牌按偶數(shù)和奇數(shù)分成兩部分，這是一個宏觀態(tài)，從偶數(shù)部分抽出一張插入到奇數(shù)部分，它是該宏觀態(tài)對應的一個微觀態(tài) 答案：BD 解析： 選項 個性分析 綜合點評 A正確 撲克牌的排列是有確定規(guī)則的，是有序的 規(guī)定了某個規(guī)則，就規(guī)定了一個“宏觀態(tài)”，符合這個規(guī)則的就是有序，破壞了這個規(guī)則，則原有“宏觀態(tài)”改變 B錯誤 按偶數(shù)和奇數(shù)分成兩部分，是有序的，內(nèi)部是無序的 C正確 一副撲克牌是一個系統(tǒng)，是一個宏觀態(tài)，洗動一次，該狀態(tài)為這副撲克牌宏觀態(tài)對應的一個微觀態(tài)；奇偶分開是一種宏觀態(tài)，從偶數(shù)部分抽出一張插入到奇數(shù)部分，原宏觀態(tài)被破壞 D錯誤 二、非選擇題 6．有以下說法： A．氣體的溫度越高，分子的平均動能越大 B．即使氣體的溫度很高，仍有一些分子的運動速度是非常小的 C．對物體做功不可能使物體的溫度升高 D．如果氣體分子間的相互作用力小到可以忽略不計，則氣體的內(nèi)能只與溫度有關 E．一由不導熱的器壁做成的容器，被不導熱的隔板分成甲、乙兩室。甲室中裝有一定質(zhì)量的溫度為T的氣體，乙室為真空，如圖所示，提起隔板，讓甲室中的氣體進入乙室，若甲室中氣體的內(nèi)能只與溫度有關，則提起隔板后當氣體重新達到平衡時，其溫度仍為T F．空調(diào)機作為制冷機使用時，使熱量從溫度較低的室內(nèi)送到溫度較高的室外，所以制冷機的工作是不遵守熱力學第二定律的 G．對于一定量的氣體，當其溫度降低時，速度大的分子數(shù)目減小，速率小的分子數(shù)目增加 H．從單一熱源吸取熱量使之全部變成有用的機械功是不可能的 其中正確的是________________。 答案：ABEG 7．用兩種不同的金屬絲組成一個回路，接觸點1插在熱水中，接觸點2插在冷水中，如圖所示，電流計指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這就是溫差發(fā)電現(xiàn)象，這一實驗是否違反熱力學第二定律？熱水和冷水的溫度是否會發(fā)生變化？簡述這一過程中能的轉(zhuǎn)化情況。 答案：不違反；熱水溫度降低，冷水溫度升高；轉(zhuǎn)化效率低于100% 解析：溫差發(fā)電現(xiàn)象中產(chǎn)生了電能是因為熱水中的內(nèi)能減少，一部分轉(zhuǎn)化為電能，一部分傳遞給冷水，不違反熱力學第二定律。