2019-2020学年高中物理第十章热力学定律4热力学第二定律课后检测含解析新人教版选修3-3

2019-2020学年高中物理第十章热力学定律4热力学第二定律课后检测含解析新人教版选修3-3

‎4　热力学第二定律 记一记 热力学第二定律知识体系 两种表述——热力学第二定律的两种表述 两个比较—— ‎ 辨一辨 ‎1.热量能自发地从高温物体传给低温物体．(√)‎ ‎2．热量不能从低温物体传到高温物体．(×)‎ ‎3．热传递是有方向性的．(√)‎ ‎4．气体向真空中膨胀的过程是有方向性的．(√)‎ ‎5．能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功而不引起其它变化．(×)‎ 想一想 ‎1.在自然过程中热量是如何传递的？空调和冰箱是如何传递热量的？‎ 提示：热量由温度高的物体传递给温度低的物体，或由温度高的地方传递到温度低的地方；空调和冰箱可以通过电机做功，把热量从温度比较低的房间内或冰箱内传递到房间外或冰箱外．‎ ‎2．制冷机工作时热量是自发地从低温热库传到高温热库吗？热机工作时是否将从高温热库吸收的热量全部用来做功？‎ 提示：不是．热量从低温热库传到高温热库时需要有外界做功；否．热机工作时只将从高温热库吸收热量的一部分用来做功，剩余的释放到低温热库．‎ 思考感悟：　‎ ‎　‎ ‎　‎ ‎　‎ 练一练 ‎1.(多选)下列说法中正确的是(　　)‎ A．第一类永动机不可能制成，因为它违背了能量守恒定律 B．第二类永动机不可能制成，因为它违背了能量守恒定律 C．热力学第一定律和热力学第二定律是相互独立的 D．热力学第二定律的两种表述是等效的 解析：第一类永动机违背了能量守恒定律，第二类永动机违背了热力学第二定律，故A项正确，B项错误；热力学第一定律与热力学第二定律相辅相成，互相独立，C项正确；热力学第二定律的两种表述是等效的，D项正确．‎ 答案：ACD ‎2．(多选)根据热力学第二定律，下列判断正确的是(　　)‎ A．电流的能不可能全部变为内能 B．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变为电能 C．热机中，燃气内能不可能全部变为机械能 - 7 -‎ 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 解析：根据热力学第二定律可知，凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，电流的能可全部变为内能(由焦耳定律可知)，但内能不可能全部变成电流的能，而不产生其他影响．机械能可全部转变为内能，而内能不可能全部转变成机械能．在热传导中，热量只能自发地从高温物体传递给低温物体，而不能自发地从低温物体传递给高温物体．‎ 答案：BCD ‎3．下列说法正确的是(　　)‎ A．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 B．功、热、内能是一样的 C．不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响 D．凡是不违反能量守恒定律的过程一定能实现 解析：热量能够自发地从高温物体传到低温物体，也能在一定的条件下从低温物体传到高温物体，故A错误；功、热、内能的本质是不同的，故B错误；不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功而不产生其他影响，这是热力学第二定律的内容，故C正确；不违背能量守恒定律的过程不一定能实现，如第二类永动机，故D错误．‎ 答案：C ‎4．关于热力学第二定律，下列说法正确的是(　　)‎ A．热力学第二定律是通过实验总结出来的实验定律 B．热力学第二定律是通过大量自然现象的不可逆性总结出来的经验定律 C．热力学第二定律是物理学家从理论推导得出来的结果 D．由于热力学第二定律没有理论和实验的依据，因此没有实际意义 解析：热力学第二定律是一个经验定律，它并不能通过理论和实验来证明，但它符合客观事实，因此是正确的，它揭示了宏观过程的方向性，对我们认识自然和利用自然有着重要的指导意义．‎ 答案：B 要点一 热力学第二定律的理解 ‎1.(多选)下列关于能量转化的说法中，正确的是(　　)‎ A．机械能可以转化为内能，但内能不能转化为机械能 B．机械能可以转化为内能，内能也能转化为机械能 C．机械能不能转化为内能，但内能可以转化为机械能 D．机械能可以转化为内能，但内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化 解析：由能量守恒定律知，各种形式的能量之间可以相互转化，但是内能在转化为机械能的过程中，由于内能的各种耗散，内能不会完全转化为机械能而不引起其他变化．故选项B、D两项正确．‎ 答案：BD ‎2．(多选)下列说法中正确的是(　　)‎ A．一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性 B．一切不违反能量守恒定律的物理过程都是能够实现的 C．由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行 D．一切物理过程都不可能自发地进行 解析：能量转移和转化的过程都是具有方向性的，A项对；第二类永动机不违背能量守恒定律，但是不能实现，B项错；在热传递的过程中，能量可以自发地从高温物体传到低温物体，但其逆过程不可能自发地进行，C项对，D项错．‎ 答案：AC ‎3．(多选)关于热力学定律，下列说法正确的是(　　)‎ - 7 -‎ A．为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量 B．对某物体做功，必定会使该物体的内能增加 C．可以从单一热源吸收热量使之完全变为功 D．不可能使热量从低温物体传向高温物体 E．功转变为热的实际宏观自然过程是不可逆过程 解析：内能的改变可以通过做功或热传递进行，故A项正确；对某物体做功，若物体向外放热，则物体的内能不一定增加，B项错误；在引起其他变化的情况下，从单一热源吸收热量可以将其全部转变为功，C项正确；在引起其他变化的情况下，可以将热量从低温物体传向高温物体，D项错误；涉及热现象的宏观自然过程都具有方向性，故E项正确．‎ 答案：ACE ‎4．下列说法中正确的是(　　)‎ A．功可以完全转化为热量，而热量不能完全转化为功 B．热机必须具有两个热库，才能实现热功转化 C．热机的效率不可能大于1，但可能等于1‎ D．热机的效率必定小于1‎ 解析：开尔文表述没有排除热量可以完全转化为功，但必然要产生其他变化，比如气体等温膨胀，气体内能完全转化为功，但气体体积增大了，A项错误；开尔文表述指出，热机不可能只有单一热库，但未必就是两个热库，可以具有两个以上热库，B项错误；由η＝可知，只要Q2≠0，η≠1，如果Q2＝0，则低温热库不存在，违背了开尔文表述，故C项错误，D项正确．‎ 答案：D 要点二 热力学第二定律的应用 ‎5.(多选)如图所示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(　　)‎ A．热量可以自发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 解析：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，是能的转化和守恒的具体表现，适用于所有的热学过程，故C项正确，D项错误；根据热力学第二定律，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，必须借助于外界做功，A项错误，B项正确，故选B、C两项．‎ 答案：BC ‎6．第二类永动机不可能制成的原因是(　　)‎ A．违背了能量守恒定律 B．热量总是从高温物体传递到低温物体 C．机械能不能全部转化为内能 D．内能不能全部转化为机械能而不引起其他变化 解析：第二类永动机的设想并不违背能量守恒定律，但是违背了热力学第二定律，所以不可能制成．‎ 答案：D - 7 -‎ ‎7．下列说法正确的是(　　)‎ A．对物体做功不可能使物体的温度升高 B．电冰箱的工作原理不违背热力学第二定律 C．空调机作为制冷机使用时，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，所以制冷机的工作是不遵守热力学第二定律的 D．从单一热源吸收热量使之全部变成有用的机械能是不可能的 解析：对物体做功可以使物体的内能增加，温度升高，如用打气筒打气时筒壁变热，A项错误；电冰箱工作时有外界做功，不违背热力学第二定律，B项正确；在一定条件下，热量可以由低温物体传到高温物体，但引起了外界变化，C项错误；从单一热源吸热，并使之全部变成有用功也是可能的，只是会引起其他变化，D项错误．‎ 答案：B ‎8．一种冷暖两用型空调，铭牌标注：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3 J多热量，是标注错误还是能量不守恒？‎ 解析：都不是．空调制冷(制热)靠压缩机做功，从室内(室外)吸收热量放到室外(室内)．在制热时，放出的热量等于消耗的电能与从室外吸收的热量之和，肯定大于电能消耗，题中情况既不是标注错误，也不是能量不守恒．‎ 答案：见解析 基础达标 ‎1.下列说法正确的是(　　)‎ A．热力学第二定律否定了以特殊方式利用能量的可能性 B．电流流过导体转化为内能，反过来，可将内能收集起来，再转化成相同大小的电流 C．可以做成一种热机．由热源吸取一定的热量而对外做功 D．冰可以熔化成水，水也可以结成冰，这个现象违背了热力学第二定律 解析：热力学第二定律说明了一切与热现象有关的宏观过程都是有方向性的，但并没有否认以特殊方式利用能量的可能性，故A项错误；功和内能的转化具有方向性，其逆过程是不可能自发实现的，故B项错误；冰熔化成水，水结成冰，伴随着能量的转移，不是自发进行的，没有违背热力学第二定律．‎ 答案：C ‎2．关于热现象和热学规律，下列说法中正确的是(　　)‎ A．随着低温技术的发展，我们可以使温度逐渐降低，并达到绝对零度，最终实现热机效率100%‎ B．热量是不可能从低温物体传递给高温物体的 C．第二类永动机遵从能量守恒故能做成 D．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功2.0×105 J，同时空气向外界放出热量1.5×105 J，则空气的内能增加了0.5×105 J 解析：由热力学第二定律知，B、C两项错；绝对零度不可能达到，A项错；由热力学第一定律知D项正确．‎ 答案：D ‎3．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 解析：热力学第一定律和第二定律并不矛盾，热力学第一定律反映了能量转化和守恒定律；热力学第二定律反映了与热现象有关的过程具有方向性．‎ - 7 -‎ 答案：B ‎4．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 解析：由热力学第二定律可知，A项错误、B项正确；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．‎ 答案：B ‎5．(多选)下列说法正确的是(　　)‎ A．热量不能从低温物体传给高温物体 B．热量不能自发地从低温物体传给高温物体 C．热量不能在没有第三者介入的情况下从低温物体传给高温物体 D．热量不能从低温物体传给高温物体而不引起其他变化 解析：热量能从低温物体传给高温物体，但不能自发地从低温物体传给高温物体，热量从低温物体传给高温物体要有第三者介入，会引起其他变化．故A错误，B、C、D正确．‎ 答案：BCD ‎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．这违反了能量守恒定律 B．在任何条件下内能都不可能转化为机械能，只有机械能才会转化为内能 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 解析：机械能和内能可以相互转化，但必须通过做功来实现．由热力学第二定律可知．内能不可能全部转化成机械能，同时不引起其他变化．‎ 答案：C ‎7．(多选)下列哪些过程具有方向性(　　)‎ A．热传导过程 B．机械能向内能的转化过程 C．气体的扩散过程 D．气体向真空中的膨胀 解析：这四个过程都是与热现象有关的宏观过程，根据热力学第二定律的基本内涵，它们都是不可逆的，具有方向性．‎ 答案：ABCD ‎8．(多选)随着世界经济的快速发展，能源短缺问题日显突出，近期油价不断攀升，已对各国人民的日常生活造成了各种影响，如排长队等待加油的情景已经多次在世界各地发生，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错误的是(　　)‎ A．不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他的变化 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的进行 D．外界对物体做功，物体的内能必然增加 解析：由热力学第二定律的开尔文表述可知A项对．热机效率总低于100%，B项错．满足能量守恒的过程未必能自发进行，任何过程一定满足热力学第二定律，C项错．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，D项错．‎ 答案：BCD ‎9．(多选)关于热力学定律，下列说法正确的是(　　)‎ A．为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量 B．对某物体做功，必定会使该物体的内能增加 - 7 -‎ C．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功 D．功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程 解析：考查热力学定律的理解，解题的关键是明确热力学两个定律的意义．由ΔU＝W＋Q知，增加物体的内能，可以对物体做功或向它传递热量，选项A正确，B项错误．C、D两项符合热力学第二定律的描述．‎ 答案：ACD ‎10．下列宏观过程不能用热力学第二定律解释的是(　　)‎ A．大米和小米混合后小米能自发地填充到大米空隙中而经过一段时间大米、小米不会自动分开 B．将一滴红墨水滴入一杯清水中，会均匀扩散到整杯水中，经过一段时间，墨水和清水不会自动分开 C．冬季的夜晚，放在室外的物体随气温的降低，不会由内能自发地转化为机械能而动起来 D．随着节能减排措施的不断完善，最终也不会使汽车热机的效率达到100%‎ 解析：热力学第二定律反映的是与热现象有关的宏观过程的方向性的规律，A项不属于热现象．‎ 答案：A ‎11.‎ 如图中汽缸内盛有定量的理想气体，汽缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与汽缸壁的接触是光滑的，但不漏气．现将活塞杆与外界连接，使其缓慢地向右移动，这样气体将等温膨胀并通过杆对外做功．若已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法正确的是(　　)‎ A．气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律 B．气体是从单一热源吸热，但并未全用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律 C．气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律 D．ABC三种说法都不对 解析：热力学第二定律从机械能与内能转化过程的方向性来描述是：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．本题中如果没有外界的帮助，比如外力拉动活塞杆使活塞向右移动，使气体膨胀对外做功，导致气体温度略微降低，是不可能从外界吸收热量的，即这一过程虽然是气体从单一热源吸热，全用来对外做功，但引起了其他变化，所以此过程不违反热力学第二定律．‎ 答案：C 能力达标 ‎12.[2019·邯郸一中调研](多选)下列说法正确的是(　　)‎ A．一定质量的理想气体放出热量，则分子平均动能一定减少 B．热力学第二定律是反映宏观自然过程的方向性的定律 C．根据热力学第二定律可知，热机的效率不可能达到100%‎ D．一定质量的理想气体膨胀时对外界做了功，它的内能可能减少 E．熵是系统内分子运动无序性的量度，在任何自然过程中，一个孤立的系统总是从熵大的状态向熵小的状态发展 解析：由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，一定质量的理想气体放出热量，其内能不一定减少，则分子平均动能不一定减少，A项错误；热力学第二定律就是反映宏观自然过程的方向性的定律，B项正确；不可能从单一热库吸收热量，使之全部变为功，而不产生其他影响，所以热机的效率不可能达到100%，C - 7 -‎ 项正确；一定质量的理想气体膨胀时对外界做了功，它的内能可能减少，D项正确；在任何自然过程中，一个孤立的系统的熵不会减小，E项错误．‎ 答案：BCD ‎13．热力学第二定律常见的表述有以下两种 第一种表述：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化．‎ 第二种表述：不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化．‎ 图(a)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(b). 根据你的理解，热力学第二定律的实质是________________________________________________________________________．‎ 解析：一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性．‎ 答案：示意图(b)如图所示　一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性 ‎14．一辆汽车的发动机输出功率为66.15 kW，每小时消耗柴油‎14 kg，请计算发动机的效率．(柴油的热值为4.3×107 J/kg)‎ 解析：发动机每小时做的功W＝Pt＝66 150×3 600 J≈2.38×108 J 完全燃烧‎14 kg柴油放出的热量Q总＝mq＝14×4.3×107 J＝6.02×108 J 所以η＝＝×100%≈39.5%.‎ 答案：39.5%‎ - 7 -‎