2019-2020年高中物理 第10章 第4、5節(jié) 熱力學(xué)第二定律 熱力學(xué)第二定律的微觀解釋同步練習(xí) 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(xué)第二定律 熱力學(xué)第二定律的微觀解釋同步練習(xí) 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(dòng)機(jī)不可能制成，是因?yàn)?　　) 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(jī)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(jī)械能，同時(shí)不引起其他變化 答案：D 解析：第二類永動(dòng)機(jī)的設(shè)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(xiàng)A錯(cuò)；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(cuò)。機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。 2．我們絕不會(huì)看到：一個(gè)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(dòng)能，使這個(gè)物體運(yùn)動(dòng)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(jī)械能，只有機(jī)械能才會(huì)轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 C．機(jī)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(jī)械能是有條件的 D．以上說法均不正確 答案：C 解析：機(jī)械能和內(nèi)能可以相互轉(zhuǎn)化，但必須通過做功來實(shí)現(xiàn)。由熱力學(xué)第二定律可知，內(nèi)能不可能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，同時(shí)不引起其他變化。 3．下列敘述中正確的是(　　) A．對(duì)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(jìn)行 C．物體的溫度升高，分子熱運(yùn)動(dòng)變得劇烈，每個(gè)分子動(dòng)能都增大 D．根據(jù)熱力學(xué)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(duì)一定質(zhì)量的氣體，內(nèi)能的變化既與熱傳遞有關(guān)又與做功有關(guān)，對(duì)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(jìn)行，B錯(cuò)誤。溫度升高，分子的平均動(dòng)能增大，但每個(gè)分子的動(dòng)能不一定都增大，C錯(cuò)誤。熱量在一定條件下可以從低溫物體傳到高溫物體，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 4．從微觀角度看(　　) A．熱力學(xué)第二定律是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律 B．一個(gè)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(gè)宏觀狀態(tài)所對(duì)應(yīng)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(yùn)動(dòng)的無序性增大的方向進(jìn)行，可知B錯(cuò)誤，A、C、D正確。 5．根據(jù)熱力學(xué)第二定律，下列判斷正確的有(　　) A．熱機(jī)中燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部變成機(jī)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(jī)中，燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部變成電能 D．在熱傳導(dǎo)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(guān)的宏觀熱現(xiàn)象都具有方向性。無論采用何種設(shè)備和手段進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化，總是遵循“機(jī)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(jī)械能”，故A正確。由電流熱效應(yīng)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(cuò)誤?；鹆Πl(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí)，能量轉(zhuǎn)化的過程為內(nèi)能→機(jī)械能→電能，因?yàn)閮?nèi)能→機(jī)械能的轉(zhuǎn)化過程中會(huì)對(duì)外放出熱量，故燃?xì)獾膬?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(jìn)行，必須借助外界的幫助，結(jié)果會(huì)帶來其他影響，這正是熱力學(xué)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(xué)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(xué)第二定律的第一種表述畫出的示意圖；外界對(duì)制冷機(jī)做功，使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體。請(qǐng)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(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)是________________。 答案：如圖所示， 實(shí)質(zhì)：一切與熱現(xiàn)象有關(guān)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(huì)逐漸擴(kuò)散到整杯水中，呈均勻分布，試說明這個(gè)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(jī)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(jī)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(tái)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(huì)降低室內(nèi)的平均溫度。若將一臺(tái)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(shí)冰箱的箱體向室內(nèi)散熱，就整個(gè)房間來說，由于外界通過導(dǎo)線不斷有能量輸入，室內(nèi)的溫度會(huì)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(xué)年高二下學(xué)期期中)對(duì)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(dòng)能增大，每次碰撞對(duì)容器壁的作用力增大，壓強(qiáng)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(shí)，外界對(duì)氣體做功，內(nèi)能增加，壓強(qiáng)一定增大 D．一定質(zhì)量的理想氣體向真空自由膨脹時(shí)，體積增大，熵減小 答案：C 解析：對(duì)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(qiáng)不一定增大，A錯(cuò)；體積減小，單位體積內(nèi)的分子數(shù)增多，但如果對(duì)外放熱，氣體的內(nèi)能可能減小，B錯(cuò)；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(cuò)。只有C對(duì)。 2．下列宏觀過程不能用熱力學(xué)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(shí)間大米、小米不會(huì)自動(dòng)分開 B．將一滴紅墨水滴入一杯清水中，會(huì)均勻擴(kuò)散到整杯水中，經(jīng)過一段時(shí)間，墨水和清水不會(huì)自動(dòng)分開 C．冬季的夜晚，放在室外的物體隨氣溫的降低，不會(huì)由內(nèi)能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而動(dòng)起來 D．隨著節(jié)能減排措施的不斷完善，最終也不會(huì)使汽車熱機(jī)的效率達(dá)到100% 答案：A 解析：熱力學(xué)第二定律反映的是與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程的方向性的規(guī)律，A不屬于熱現(xiàn)象。 3．關(guān)于氣體向真空中擴(kuò)散的規(guī)律，下列敘述中錯(cuò)誤的是(　　) A．氣體分子數(shù)越少，擴(kuò)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(kuò)散到真空中的分子全部回到原狀態(tài)的可能性越大 C．?dāng)U散到真空中的分子在整個(gè)容器中分布得越均勻，其宏觀態(tài)對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目越大 D．氣體向真空中擴(kuò)散時(shí)，總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無序性增大的方向進(jìn)行 答案：B 解析：氣體分子數(shù)越多，其宏觀態(tài)對(duì)應(yīng)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(cuò)誤。 4．關(guān)于第二類永動(dòng)機(jī)，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(jī)叫做第二類永動(dòng)機(jī) B．第二類永動(dòng)機(jī)違反了能量守恒定律，所以不可能制成 C．第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成，說明機(jī)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(jī)械能 D．第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成，說明機(jī)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(jī)械能，同時(shí)不引起其他變化 答案：AD 解析：根據(jù)第二類永動(dòng)機(jī)的定義可知A選項(xiàng)正確，第二類永動(dòng)機(jī)不違反能量守恒定律，而是違反熱力學(xué)第二定律，所以B選項(xiàng)錯(cuò)誤。機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能在引起其他變化時(shí)可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，C選項(xiàng)錯(cuò)誤，D選項(xiàng)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(guān)于有序和無序、宏觀態(tài)和微觀態(tài)的認(rèn)識(shí)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(shí)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(gè)宏觀態(tài)，將牌洗動(dòng)一次就是一個(gè)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(gè)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(duì)應(yīng)的一個(gè)微觀態(tài) 答案：BD 解析： 選項(xiàng) 個(gè)性分析 綜合點(diǎn)評(píng) 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(gè)規(guī)則，就規(guī)定了一個(gè)“宏觀態(tài)”，符合這個(gè)規(guī)則的就是有序，破壞了這個(gè)規(guī)則，則原有“宏觀態(tài)”改變 B錯(cuò)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(gè)系統(tǒng)，是一個(gè)宏觀態(tài)，洗動(dòng)一次，該狀態(tài)為這副撲克牌宏觀態(tài)對(duì)應(yīng)的一個(gè)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(cuò)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(dòng)能越大 B．即使氣體的溫度很高，仍有一些分子的運(yùn)動(dòng)速度是非常小的 C．對(duì)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(jì)，則氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān) E．一由不導(dǎo)熱的器壁做成的容器，被不導(dǎo)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(jìn)入乙室，若甲室中氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，則提起隔板后當(dāng)氣體重新達(dá)到平衡時(shí)，其溫度仍為T F．空調(diào)機(jī)作為制冷機(jī)使用時(shí)，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(jī)的工作是不遵守?zé)崃W(xué)第二定律的 G．對(duì)于一定量的氣體，當(dāng)其溫度降低時(shí)，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(jī)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(gè)回路，接觸點(diǎn)1插在熱水中，接觸點(diǎn)2插在冷水中，如圖所示，電流計(jì)指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這就是溫差發(fā)電現(xiàn)象，這一實(shí)驗(yàn)是否違反熱力學(xué)第二定律？熱水和冷水的溫度是否會(huì)發(fā)生變化？簡(jiǎn)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?yàn)闊崴械膬?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(xué)第二定律。