【物理】2020届一轮复习人教版热力学第二定律　热力学第二定律的微观解释课时作业 10页

‎2020届一轮复习人教版 热力学第二定律　热力学第二定律的微观解释 课时作业 ‎1．隔板将绝热的汽缸分为A、B两部分，A内充有气体，B内为真空(如图甲)。现把隔板抽去，A中的气体自动充满整个容器(如图乙)，这个过程称为气体的自由膨胀。下列说法正确的是(　　)‎ A．自由膨胀过程中，气体分子只做定向运动 B．自由膨胀前后，气体的压强不变 C．自由膨胀前后，气体的温度不变 D．容器中的气体在足够长的时间内，能全部自动回到A部分 答案　C 解析　自由膨胀时，气体并不对外做功，绝热容器又没有热量交换，所以内能不变，则气体的温度保持不变。故选C。‎ ‎2．下列说法中，正确的是(　　)‎ A．一切形式的能量间的相互转化都具有方向性 B．热量不可能由低温物体传给高温物体 C．气体的扩散过程具有方向性 D．一切形式的能量间的相互转化都不具有可逆性 答案　C 解析　热力学第二定律反映的所有与热现象有关的宏观过程都具有方向性，A、D错误；热量不是不能从低温物体传给高温物体，关键是否还产生其他影响，B错误；气体扩散过程具有方向性，C正确。‎ ‎3．(多选)以下说法正确的是(　　)‎ A．电冰箱内的食品温度比室内温度低，说明在一定条件下热传导也可以由低温物体向高温物体进行 B．内能可以转化为机械能 C．能量的耗散否定了能量的转化与守恒定律 D．能量的耗散说明自然界的宏观过程有方向性 答案　BD 解析　热量从低温物体向高温物体传递，必须得通过做功等物理过程，电冰箱制冷的过程电流做功，故A错误；在一定条件下，内能可以转化为机械能，B正确；能量的耗散正说明了能量的转化与守恒，耗散的能量转化为物体的内能，这个过程有方向性，故C错误，D正确。‎ ‎4．下列说法正确的是(　　)‎ A．热量只能从内能高的物体传递给内能低的物体，而不能从内能低的物体传递给内能高的物体 B．热机的效率之所以小于100%，是因为设计、制造得不够好 C．因为能量守恒，所以不会存在能源危机 D．以上说法均不正确 答案　D 解析　能发生热传递的条件是存在温度差，而不是内能差，与物体内能的大小无关，内能与温度是两个完全不同的概念，内能大的物体温度不一定高，故A错误；根据热机的原理，任何热机都不可能把它得到的内能完全转化为机械能，它工作时，总要向低温热源(冷凝器等)放热，故热机的效率总小于100%，与设计制造的好坏无关，故B错误；能源是提供能量的资源，如煤、石油等，在人们利用能源的过程中，从能源物质中获得的能量一部分转化为人们需要的机械能，一部分以热量形式向外界放出，这些损失掉的能量无法回收再利用，又由于宏观现象的不可逆性，即使宇宙间的总能量守恒，最终也会造成可利用的资源越来越少，人类面临能源危机，故C错误，D正确。‎ ‎5．第二类永动机________(“可能”或“不可能”)制成，这种永动机________(“违反”或“不违反”)能量守恒定律，但机械能和内能的转化过程具有________，机械能________(“可以”或“不可以”)全部转化成内能，内能________(“可以”或“不可以”)全部转化成机械能，而不引起其他影响。‎ 答案　不可能 不违反 方向性 可以 不可以 解析　第二类永动机违反热力学第二定律，不违反能量守恒定律。‎ ‎6．热力学第二定律常见的表述有以下两种：‎ 第一种表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体；‎ 第二种表述：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。‎ 图甲是根据热力学第二定律的第一种表述画出的示意图：外界对制冷机做功，使热量从低温物体传递到高温物体。请你根据第二种表述完成示意图乙。根据你的理解，热力学第二定律的实质是__________________________。‎ 答案　如图所示　一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性 解析　从高温物体向低温物体传递热量是通过热机的做功来完成的，热机应对外界做功。‎ ‎7．“热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体”这一说法是否正确？为什么？‎ 答案　这一说法是不正确的，热力学第二定律是说热量不能自发地从低温物体传向高温物体。此说法中略去了“自发地”，通过外力做功可以把热量从低温物体传递到高温物体，例如电冰箱制冷。‎ 知识点二·热力学第二定律的微观解释 ‎8．(多选)下列关于熵的观点中，正确的是(　　)‎ A．熵越大，代表系统分子运动越无序 B．熵较大的宏观状态就是无序程度很小的宏观状态，也就是出现概率较小的宏观状态 C．在孤立系统中，一个自发的过程总是向熵减少的方向进行 D．热力学第二定律的微观实质是熵是增加的，因此热力学第二定律又叫熵增加原理 答案　AD 解析　熵是分子运动无序程度的量度，分子运动无序程度越大，熵越大，故A正确；熵是物体内分子运动无序程度的量度，则熵较大的宏观状态就是无序程度较大的宏观状态，也就是出现概率较大的宏观状态，故B错误；在孤立系统中，一个自发的过程总是向熵增加的方向进行，总熵不会减小，故C错误；热力学第二定律的微观实质是：孤立系统中的熵总是不会减少的，故D正确。故选A、D。‎ ‎9．(多选)关于有序和无序，下列说法正确的是(　　)‎ A．有序和无序不是绝对的 B．一个“宏观态”可能对应着许多的“微观态”‎ C．一个“宏观态”对应着唯一的“微观态”‎ D．无序意味着各处一样、平均、没有差别 答案　ABD 解析　无序意味着各处都一样，平均、没有差别，有序则相反。有序和无序是相对的。系统的宏观状态对应的微观态的多少表现为宏观态无序程度的大小，一个“宏观态”可能对应着许多的“微观态”。故A、B、D正确。‎ ‎10．下面关于熵的有关说法错误的是(　　)‎ A．熵是系统内分子运动无序性的量度 B．在自然过程中熵总是增加的 C．热力学第二定律也叫做熵减小原理 D．熵值越大代表着越为无序 答案　C 解析　如果过程是可逆的，则熵不变；如果不可逆，则熵是增加的，而且一切自然过程都是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行，C错误。‎ ‎11．(多选)根据对熵的理解，下列说法正确的是(　　)‎ A．一个玻璃杯破碎后，玻璃渣混乱地散落一地，此时无序性增加，我们也说熵增加 B．一滴红墨水滴到一杯清水中，红墨水分子迅速扩散，直至均匀，此时无序性增加，我们也说熵增加了 C．下课铃响了，同学们纷纷走出教室来到操场，进行课外活动，此时无序性增加，我们也说熵增加了 D．植物生长是通过光合作用将二氧化碳和水转化为葡萄糖，显然是更为有序了，但熵还是增加了 答案　ABC 解析　玻璃杯开始是完整的，显得很有序，但当玻璃杯破碎后，玻璃渣混乱地散落一地，此时无序性增加了，根据热力学第二定律的微观解释可知玻璃杯的无序性增加了，也称玻璃杯这个系统的熵增加了，故A正确，同理可知B、C正确；植物生长是通过光合作用将二氧化碳和水转化为葡萄糖，显然是更为有序了，熵是减小了，故D错误。‎ ‎12．如图所示，质量、温度相同的水，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？‎ 答案　气态熵最大，液态次之，固态熵最小　 原因见解析 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发展，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，可以由固态自发地向液态、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。‎ ‎[提升训练]‎ 一、选择题 ‎1．关于两类永动机和热力学两大定律，下列说法正确的是(　　)‎ A．第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律 B．第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律 C．由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能 D．由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热库吸收热量，完全变成功也是可能的 答案　D 解析　第一类永动机违反能量守恒定律，第二类永动机违反热力学第二定律，A、B错误；由热力学第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝W＋Q可以等于0，C错误；由热力学第二定律可知D中现象是可能的，但不引起其他变化是不可能的，D正确。‎ ‎2．(多选)根据热力学第二定律，下列判断正确的是(　　)‎ A．热机中燃气的内能不可能全部变成机械能 B．电流的能不可能全部变成内能 C．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变成电能 D．在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体 答案　ACD 解析　凡是与热现象有关的宏观现象都具有方向性，无论采用任何设备和手段进行能量转化，总遵循“机械能可全部转化为内能，而内能不能全部转化为机械能”的规律，故A正确；火力发电机发电时，能量转化的过程为内能→机械能→电能，因为内能→机械能的转化过程中会对外放热，燃气的内能不能全部变成电能，C正确；热量从低温物体传给高温物体不能自发地进行，必须有外界做功，结果会带来其他影响，故D正确；由电流热效应的焦耳定律可知，电功可全部转化为内能，故B错误。‎ ‎3．(多选)关于热力学第二定律的微观意义，下列说法正确的是(　　)‎ A．大量分子无规则的热运动能够自动转变为有序运动 B．热传递的自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程 C．热传递的自然过程是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程 D．一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行 答案　CD 解析　分子热运动是大量分子的无规则运动，系统的一个宏观过程包含着大量的微观状态，这是一个无序的运动，根据熵增加原理，热运动的结果只能使分子热运动更加无序，而不是变成了有序，热传递的自然过程从微观上讲就是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程，故选C、D。‎ ‎4．随着世界经济的快速发展，能源短缺问题日显突出，已对各国人民的日常生活造成了各种影响，能源成为困扰世界经济发展的重大难题之一，下列有关能量转化的说法中正确的是(　　)‎ A．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 B．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 C．满足能量守恒定律的物理过程都能自发地进行 D．外界对物体做功，物体的内能必然增加 答案　A 解析　由热力学第二定律的开尔文表述可知A正确；热机效率总低于100%，故B错误；满足能量守恒定律的过程未必能自发进行，故C错误；由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，W>0，ΔU不一定大于0，即内能不一定增加，故D错误。‎ ‎5．(多选)对“覆水难收”的叙述正确的是(　　)‎ A．盛在盆中的水是一种宏观态，因盆的因素，对应的微观态数目较少，较为有序 B．盛在盆中的水是一种宏观态，因盆的因素，对应的微观态数目较多，较为无序 C．泼出的水是一种宏观态，因不受器具的限制，对应的微观态数目较多，较为无序 D．泼出的水是一种宏观态，因不受器具的限制，对应的微观态数目较少，较为有序 答案　AC 解析　一切自然过程总是从有序转化成无序，因此盆中的水是有序的，泼出去的水是无序的，故选项A、C正确。‎ ‎6．(多选)下列关于“永动机”的说法中正确的是(　　)‎ A．不消耗任何燃料，却能源源不断地对外做功的机器是绝对不能制造成功的，因为它违背了能量的转化和守恒定律 B．只要不违背能量的转化和能量守恒定律的机器总是能够制造成功的 C．只从单一热源取热，使之完全变为有用功而不产生其他影响的机器是可以制造出来的 D．热效率是百分之百的热机是绝对不可能制造出来的 答案　AD 解析　根据热力学第一定律，不消耗任何燃料，却能源源不断地对外做功的机器是绝对不能制造成功的，因为它违背了能量的转化和能量守恒定律，故A正确；根据热力学第二定律，不违背能量的转化和能量守恒定律，但是只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响的机器是不可能制造出来的，故B、C错误；根据热力学第二定律，热效率是百分之百的热机是绝对不可能制造出来的，故D正确。‎ ‎7．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 答案　B 解析　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，D错误。‎ ‎8．(多选)下列关于晶体熔化的说法中正确的是(　　)‎ A．在晶体熔化的过程中，温度不变，分子热运动的平均速率不变，则无序程度不变 B．晶体熔化时，分子的平衡位置由在空间的较为规则排列，变为分子的平衡位置的较为无序排列，则无序度增大 C．在晶体熔化的过程中，熵将保持不变 D．在晶体熔化的过程中，熵将增加 答案　BD 解析　在晶体熔化的过程中，分子的平衡位置由较有规则变为无规则，无序度增大，熵将增加，故B、D正确。‎ 二、非选择题 ‎9．热量会自发地从________传给________，但不会自发地从________传给________，这说明：热传导的过程是有________的，这个过程可以向一个方向自发地进行，但是向相反的方向不能________地进行，要实现相反方向的过程，必须有_________，因而产生__________或引起________。‎ 答案　高温物体 低温物体 低温物体 高温物体 方向性　 自发'外力帮助 影响 能量的消耗 解析　由热力学第二定律内容可知，热量不能自发地从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。‎ ‎10．在相对封闭的空间环境中(如冰箱内的空间、公共卫生间等)，常会充满异味，能否发明一种简单的除味装置，消除这些环境中的异味，且不引起其他的变化。请说明判断理由。‎ 答案　异味的产生是由带有异味的气体分子在空气中扩散造成的。根据热力学第二定律，这种由大量分子参与的宏观过程是具有方向性的。要逆着这个方向进行，就必然引起其他的变化，即在不引起其他变化的前提下，是不可能让这些带有异味的气体分子重新聚集在一起从而消除异味的。‎ ‎11．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，如图所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象，这一实验是否违反热力学第二定律？热水和冷水的温度是否会发生变化？简述这一过程中能量的转化情况。‎ 答案　不违反。热水温度降低，冷水温度升高，转化效率低于100%。‎ 解析　温差发电现象中产生了电能是因为热水中的内能减少，一部分转化为电能，一部分传递给冷水，不违反热力学第二定律。‎ ‎12．一种冷暖两用型空调铭牌标注有如下指标：输入功率1 kW，制冷能力1．2×104 kJ/h，制热能力1．3×104 kJ/h。这样，该空调在制热时，每消耗1 J电能，将放出1 J的热量，是指标有错误还是能量不守恒呢？‎ 答案　是指标有错误。制冷能力1．2×104 kJ/h≈3．3 kW>P＝1 kW，制热能力1．3×104 kJ/h≈3．6 kW>P＝1 kW，这违背了能量守恒定律，是不可能的。‎