2020高中物理 3.4 热力学第二定律 每课一练（粤教版选修3-3）

2020高中物理 3.4 热力学第二定律 每课一练（粤教版选修3-3）

‎3.4 热力学第二定律 每课一练（粤教版选修3-3） ‎ ‎1．下列说法中正确的是( )‎ A．电动机是把电能全部转化为机械能的装置 B．热机是将内能全部转化为机械能的装置 C．只要对内燃机不断改进，就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能 D．虽然不同形式的能量可以相互转化，但不可能将已转化成内能的能量全部收集起来加以完全利用 ‎2．关于热力学定律和分子动理论，下列说法中正确的是( )‎ A．我们可以利用高科技手段，将流散到周围环境中的内能重新收集起来加以利用而不引起其他变化 B．利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，这在原理上是可行的 C．在分子力作用范围内，分子力总是随分子间距离的增大而减小 D．温度升高时，物体中每个分子的运动速率都将增大 ‎3．下列说法正确的是( )‎ A．热量不能由低温物体传递到高温物体 B．外界对物体做功，物体的内能必定增加 C．第二类永动机不可能制成，是因为违反了能量守恒定律 D．不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化 ‎4．(双选)用两种不同的金属丝组成一个回路，接触点1插在热水中，接触点2插在冷水中，如图2所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象．关于这一现象的正确说法是( )‎ 图2‎ A．这一实验不违背热力学第二定律 B．在实验过程中，热水温度降低，冷水温度升高 C．在实验过程中，热水的内能全部转化成电能，电能则部分转化成冷水的内能 D．在实验过程中，热水的内能只有部分转化成电能，电能则全部转化成冷水的内能 ‎5．(双选)图3为电冰箱的工作原理示意图．压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环．在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外．下列说法正确的是( )‎ 图3‎ A．热量可以自动地从冰箱内传到冰箱外 B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能 C．电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律 D．电冰箱的工作原理违反热力学第一定律 ‎6．我们绝不会看到：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来．其原因是( )‎ A．违背了能量守恒定律 B．在任何条件下内能不可能转化成机械能，只有机械能才能转化成内能 C．机械能和内能的转化过程具有方向性，内能转化成机械能是有条件的 D．以上说法均不正确 ‎7．17世纪70年代，‎ 图4‎ 英国赛斯特城的主教约翰·维尔金斯设计了一种磁力“永动机”，其结构如图4所示，在斜面顶端放一块强磁铁M，斜面上、下端各有一个小孔P、Q，斜面下有一个连接两小孔的弯曲轨道．维尔金斯认为：如果在斜坡底放一个铁球，那么在磁铁的引力作用下，铁球会沿斜面向上运动，当球运动到P孔时，它会漏下，再沿着弯曲轨道返回到Q，由于这时球具有速度可以对外做功．然后又被磁铁吸引回到上端，到P处又漏下……对于这个设计，下列判断中正确的是( )‎ A．满足能量转化和守恒定律，所以可行 B．不满足热力学第二定律，所以不可行 C．不满足机械能守恒定律，所以不可行 D．不满足能量守恒定律，所以不可行 ‎8．关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述正确的是( )‎ A．热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化，而热力学第二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式的能，故这两条定律是相互矛盾的 B．内能可以全部转化为其他形式的能，只是会产生其他影响，故两条定律并不矛盾 C．两条定律都是有关能量的转化规律，它们不但不矛盾，而且没有本质区别 D．其实，能量守恒定律已经包含了热力学第一定律和热力学第二定律 ‎9．下列说法中正确的是( )‎ A．机械能和内能之间的转化是可逆的 B．气体向真空的自由膨胀是可逆的 C．如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说明这个“宏观态”是比较有序的 D．如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说明这个“宏观态”是比较无序的 ‎10．下面关于熵的说法中错误的是( )‎ A．熵是系统内分子运动无序性的量度 B．在自然过程中一个孤立系统的熵总是增加或不变的 C．热力学第二定律也叫做熵减小原理 D．熵值越大代表越无序 ‎11．(双选)下面关于热力学第二定律微观意义的说法正确的是( )‎ A．从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律 B．一切自发过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行 C．有的自发过程沿着分子热运动无序性增大的方向进行，有的自发过程沿着分子热运动无序性减小的方向进行 D．在任何自发过程中，一个孤立系统总熵不会减少 题号 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ ‎8‎ ‎9‎ ‎10‎ ‎11‎ 答案 ‎12.质量相同、温度相同的水，如图5所示分别处于固态、液态和气态三种状态下，它们的熵的大小有什么关系？为什么？‎ 图5‎ ‎13.下列所述过程是可逆的，还是不可逆的？‎ ‎(1)气缸与活塞组合中装有气体，当活塞上没有外加压力，活塞与气缸间没有摩擦，使气体自由膨胀时．‎ ‎(2)上述装置，当活塞上没有外加压力，活塞与气缸间摩擦很大，使气体缓慢地膨胀时．‎ ‎(3)上述装置，没有摩擦，但调整外加压力，使气体能缓慢地膨胀时．‎ ‎(4)在一绝热容器内盛有液体，不停地搅动它，使它温度升高．‎ ‎(5)一传热的容器内盛有液体，容器放在一恒温的大水池内，不停地搅动液体，可保持温度不变．‎ ‎(6)在一绝热容器内，不同温度的液体进行混合．‎ ‎(7)在一绝热容器内，不同温度的氦气进行混合．‎ ‎14．某同学家新买了一台双门电冰箱，冷藏室容积为107 L，冷冻室容积为118 L，假设室内空气为理想气体．‎ ‎(1)若室内空气摩尔体积为22.5×10－3 m3/mol，阿伏加德罗常数为6.0×1023 mol－1‎ ‎，在家中关闭冰箱门密封后，电冰箱的冷藏室和冷冻室内大约共有多少个空气分子．‎ ‎(2)若室内温度为‎27℃‎，大气压为1×105 Pa，关闭冰箱门通电工作一段时间后，冷藏室内温度降为‎6℃‎，若冷冻室温度降为－‎9℃‎，此时冷藏室与冷冻室中空气的压强差多大．‎ ‎(3)冰箱工作时把热量从温度较低的冰箱内部传到温度较高的冰箱外部，请分析说明这是否违背热力学第二定律．‎ 参考答案 ‎1．D [由于电阻的存在，电流通过电动机一定发热，电能不能全部转化为机械能，A错误；根据热力学第二定律知，热机不可能将内能全部转化为机械能，B错误；C项说法违背热力学第二定律，因此错误；由于能量耗散，能源的可利用率降低，D正确．]‎ ‎2．B [由热力学第二定律可知，A错误，B正确；由分子间作用力与分子间距的关系可知，C项错误；温度升高时，物体中分子平均动能增大，但并不是每个分子的动能都增大，即并不是每个分子的运动速率都增大，故D项错误．]‎ ‎3．D ‎ ‎[根据热力学第二定律，热量不能自发地由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化．在发生其他变化的前提下，热量可以由低温物体传递到高温物体，例如电冰箱制冷时，压缩机工作，消耗了电能，同时热量由冰箱内的低温物体传递到冰箱外的高温物体，所以A错．外界对物体做功的同时，物体可能放热，物体的内能不一定增加，所以B错．第二类永动机的效率为100%，并不违反能量守恒定律，但它违反了热力学第二定律中热机效率必小于1的表述，因此它不可能制成，所以C错．而D选项中的表述就是热力学第二定律的一种表述形式，所以D正确．]‎ ‎4．AB [自然界中的任何自然现象或过程都不违反热力学定律，本实验现象也不违反热力学第二定律，A正确；整个过程中能量守恒且热传递有方向性，B正确；在实验过程中，热水中的内能除转化为电能外，还升高金属丝的温度，内能不能全部转化为电能；电能除转化为冷水的内能外，还升高金属丝的温度，电能不能全部转化为冷水的内能，C、D错误．注意与热现象有关的宏观现象的方向性，这是应用热力学第二定律的关键．]‎ ‎5．BC [热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律，是能量守恒定律的具体表现，适用于所有的热现象，故C正确，D错误；根据热力学第二定律，热量不能自动地从低温物体传到高温物体，必须借助于其他系统做功，A错误，B正确，故选B、C.]‎ ‎6．C [不同形式的能量可以相互转化，机械能可以转化为内能，在一定的条件下，内能也能转化为机械能，能量的转化都是通过做功来实现的．]‎ ‎7．D [违背了能量守恒定律，不可行．]‎ ‎8．B [热力学第一定律揭示了内能与其他形式能量之间的转化关系，是能量守恒定律在热学中的具体体现．热力学第二定律则进一步阐明了内能与其他形式能量转化时的方向性，二者表述的角度不同，本质不同，相互补充，并不矛盾，故C、D错误，B项正确；内能在一定条件下可以全部转化为机械能，热量也可以由低温物体传递到高温物体，但是要引起其他变化，如电冰箱制冷机工作还要消耗电能，故A错误．]‎ ‎9．D [热现象的宏观过程都是不可逆的，故A、B错，微观态越多越无序，故选D.]‎ ‎10．C [一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行，这就是热力学第二定律的微观意义．系统的热力学过程就是大量分子向无序程度大的状态变化的过程．自然过程的方向性可以表述为：在任何自然过程中，一个孤立系统的熵值不会减小，因此热力学第二定律又称为熵增加原理．因此A、B、D说法正确，C说法错误．]‎ ‎11．AD ‎ ‎[系统的热力学过程就是大量分子无序运动状态的变化，从微观角度看，热力学第二定律是一个统计规律，所以A对．热力学第二定律的微观意义是“一切自发过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行”，所以B、C均错．D是在引入熵之后对热力学第二定律微观意义的描述，D对．]‎ ‎12．见解析 解析 根据大量分子运动对系统无序程度的影响，热力学第二定律又有一种表述：由大量分子组成的系统自发变化时，总是向着无序程度增大的方向进行，至少无序程度不会减少．这也就是说，任何一个系统自发变化时，系统的熵要么增加，要么不变，但不会减少．质量相同、温度相同的水，可以由固体自发地向液态、气态转化，所以，气态时的熵最大，其次是液态，固态时的熵最小．‎ ‎13．见解析 解析 (1)发生自由膨胀，则是不可逆过程．‎ ‎(2)有摩擦发生，也是不可逆过程．‎ ‎(3)有准静态无摩擦的膨胀，则为可逆过程．‎ ‎(4)这是由功变为热，是不可逆过程．‎ ‎(5)此过程中既有“功变热”又有“热传导”，是不可逆过程．‎ ‎(6)液体的扩散是不可逆过程．‎ ‎(7)有一定温度差的热传导是不可逆过程．‎ ‎14．(1)6.0×1024个 (2)5.0×103 Pa (3)见解析 解析 (1)N＝NA＝6.0×1024个 ‎(2)设气体初始温度为t0，压强为p0；后来冷藏室与冷冻室中的温度和压强分别为t1、p1和t2、p2，由于两部分气体分别做等容变化，根据查理定律 ＝ p1＝p0‎ 同理p2＝p0‎ 得Δp＝p1－p2＝p0‎ 代入数据得Δp＝5.0×103 Pa ‎(3)不违背热力学第二定律，因为热量不是自发地由低温向高温传递，冰箱工作过程中要消耗电能．‎