高中物理 第10章 第45节 热力学第二定律 热力学第二定律的微观解释同步练习 新人教版选修33Word文档格式.docx

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B．在任何系统中，一切过程都朝着熵增加的方向进行

C．物体的温度升高，分子热运动变得剧烈，每个分子动能都增大

D．根据热力学第二定律可知，热量能够从高温物体传到低温物体，但不可能从低温物体传到高温物体

A

对一定质量的气体，内能的变化既与热传递有关又与做功有关，对气体加热，气体的内能可能减小，A正确。

系统总是自发地朝着熵增加的方向进行，B错误。

温度升高，分子的平均动能增大，但每个分子的动能不一定都增大，C错误。

热量在一定条件下可以从低温物体传到高温物体，D项错误。

4．从微观角度看（　　）

A．热力学第二定律是一个统计规律

B．一个孤立系统总是从熵大的状态向熵小的状态发展

C．一个宏观状态所对应的微观状态越多，越是无序，熵值越大

D．出现概率越大的宏观状态，熵值越大

ACD

由熵增加原理——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，可知B错误，A、C、D正确。

5．根据热力学第二定律，下列判断正确的有（　　）

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

凡是与热现象有关的宏观热现象都具有方向性。

无论采用何种设备和手段进行能量转化，总是遵循“机械能可全部转化为内能，而内能不能全部转化为机械能”，故A正确。

由电流热效应中的焦耳定律可知，电流的能可以全部转化为内能，故B错误。

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出热量，故燃气的内能必然不能全部变为电能，C正确。

热量从低温物体传递到高温物体不能自发进行，必须借助外界的帮助，结果会带来其他影响，这正是热力学第二定律第一种（克氏）表述的主要思想，故D正确。

二、非选择题

6．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；

不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化。

（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________________。

如图所示，

实质：

一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性。

7．如图将一滴红墨水滴入一杯清水中，红墨水会逐渐扩散到整杯水中，呈均匀分布，试说明这个过程中熵的变化。

墨水原来处于较小的空间（一滴），无序度小，后来处于较大空间，无序度大，故熵变大。

8．制冷机是一种利用工作物质，使热量从低温物体传到高温物体的装置，通过制冷机的工作可以使一定空间内的物体温度低于环境温度并维持低温状态。

夏天，将房间一台正在工作的电冰箱的门打开，试分析这是否可以降低室内的平均温度？

为什么？

不会降低室内的平均温度。

若将一台正在工作的电冰箱的门打开，尽管可以不断向室内释放冷气，但同时冰箱的箱体向室内散热，就整个房间来说，由于外界通过导线不断有能量输入，室内的温度会不断升高。

能力提升

1．（南阳市xx～xx学年高二下学期期中）对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是（　　）

A．温度升高，分子的平均动能增大，每次碰撞对容器壁的作用力增大，压强一定增大

B．体积减小，单位体积内的分子数增多，气体的内能一定增大

C．绝热压缩一定质量的理想气体时，外界对气体做功，内能增加，压强一定增大

D．一定质量的理想气体向真空自由膨胀时，体积增大，熵减小

对于一定质量的理想气体温度升高，但如果气体体积增大，压强不一定增大，A错；

体积减小，单位体积内的分子数增多，但如果对外放热，气体的内能可能减小，B错；

孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，D错。

只有C对。

2．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%

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不属于热现象。

3．关于气体向真空中扩散的规律，下列叙述中错误的是（　　）

A．气体分子数越少，扩散到真空中的分子全部回到原状态的可能性越大

B．气体分子数越多，扩散到真空中的分子全部回到原状态的可能性越大

C．扩散到真空中的分子在整个容器中分布得越均匀，其宏观态对应的微观态数目越大

D．气体向真空中扩散时，总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行

B

气体分子数越多，其宏观态对应的微观态数目越多，无序性越大，所以回到原状态的可能性越小，因此B错误。

4．关于第二类永动机，下列说法正确的是（　　）

A．没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机叫做第二类永动机

B．第二类永动机违反了能量守恒定律，所以不可能制成

C．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能

D．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能，同时不引起其他变化

AD

根据第二类永动机的定义可知A选项正确，第二类永动机不违反能量守恒定律，而是违反热力学第二定律，所以B选项错误。

机械能可以全部转化为内能，内能在引起其他变化时可能全部转化为机械能，C选项错误，D选项正确。

所以，该题的正确答案是A、D。

5．以一副扑克牌为例，下列关于有序和无序、宏观态和微观态的认识中不正确的是（　　）

A．按黑桃、红桃、草花、方块的顺序，而且从大到小将扑克牌排列起来，扑克牌这时是有序的

B．将扑克牌按偶数和奇数分成两部分，扑克牌是无序的，每部分内部是有序的

C．一副扑克牌，这就是一个宏观态，将牌洗动一次就是一个微观态

D．一副扑克牌按偶数和奇数分成两部分，这是一个宏观态，从偶数部分抽出一张插入到奇数部分，它是该宏观态对应的一个微观态

BD

选项

个性分析

综合点评

A正确

扑克牌的排列是有确定规则的，是有序的

规定了某个规则，就规定了一个“宏观态”，符合这个规则的就是有序，破坏了这个规则，则原有“宏观态”改变

B错误

按偶数和奇数分成两部分，是有序的，内部是无序的

C正确

一副扑克牌是一个系统，是一个宏观态，洗动一次，该状态为这副扑克牌宏观态对应的一个微观态；

奇偶分开是一种宏观态，从偶数部分抽出一张插入到奇数部分，原宏观态被破坏

D错误

6．有以下说法：

A．气体的温度越高，分子的平均动能越大

B．即使气体的温度很高，仍有一些分子的运动速度是非常小的

C．对物体做功不可能使物体的温度升高

D．如果气体分子间的相互作用力小到可以忽略不计，则气体的内能只与温度有关

E．一由不导热的器壁做成的容器，被不导热的隔板分成甲、乙两室。

甲室中装有一定质量的温度为T的气体，乙室为真空，如图所示，提起隔板，让甲室中的气体进入乙室，若甲室中气体的内能只与温度有关，则提起隔板后当气体重新达到平衡时，其温度仍为T

F．空调机作为制冷机使用时，使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

G．对于一定量的气体，当其温度降低时，速度大的分子数目减小，速率小的分子数目增加

H．从单一热源吸取热量使之全部变成有用的机械功是不可能的

其中正确的是________________。

ABEG

7．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？

简述这一过程中能的转化情况。

不违反；

热水温度降低，冷水温度升高；

转化效率低于100%

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。

2019-2020年高中物理第10章第6节能源和可持续发展同步练习新人教版选修3-3

一、选择题（1～3题为单选题，4题为多选题）

1．以下说法正确的是（　　）

A．煤、石油、天然气等燃烧时可放出氧气

B．汽油是一种清洁能源

C．水能是可再生能源

D．煤、石油等常规能源是取之不尽、用之不竭的

煤、石油、天然气等是动植物转化成的，燃烧时放出二氧化碳，A错；

汽油燃烧会引起一些化合物的产生，导致有毒气体的生成，B错；

水能是可再生能源，C对；

煤、石油等存储量是有限的，是不可再生能源，D错。

2．下列供热方式最有利于环境保护的是（　　）

A．用煤做燃料供热

B．用石油做燃料供热

C．用天然气或煤气做燃料供热

D．用太阳能灶供热

煤、石油、天然气等燃料的利用，使人类获得大量的内能。

但由于这些燃料中含有杂质以及燃烧不充分，使得废气中所含粉尘、一氧化碳、二氧化硫等物质污染了大气。

而太阳能是一种无污染的能源，应大力推广，答案应选D。

3．人类只有一个地球，我们要保护赖以生存的环境。

试完成以下三个题目：

（1）下列哪一种不属于当今世界的三大环境问题（　　）

A．酸雨　　　B．臭氧层的破坏

C．人口的急剧增长D．温室效应

（2）酸雨的形成主要是由于（　　）

A．大气中CO2含量的增加

B．大气中SO2含量的增加

C．乱砍滥伐森林，破坏生态环境

D．大气中氟利昂含量增加

（3）大气臭氧层（　　）

A．能大量反射太阳辐射中的紫外线，所以那里的温度较低

B．能散射太阳光中的紫外线，使地面生物免受紫外线之害

C．是大气层中存在臭氧的唯一场所，我们应该加以保护

D．吸收大量的太阳紫外线，减少到达地面的紫外线辐射

（1）C　

（2）B　（3）D

4．下列叙述中正确的是（　　）

A．煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能

B．无氟冰箱的使用会使臭氧层受到不同程度的破坏

C．大气中CO2含量的增多是引起温室效应的主要原因

D．“白色污染”是当前环境保护亟待解决的问题之一

煤、石油、天然气等是动植物转化成的，其来源可追溯到太阳能，所以A正确；

氟利昂会使臭氧层遭到破坏，但无氟冰箱不含氟利昂，所以B错误；

引起温室效应的气体有很多，但在大气中CO2含量最大，所以CO2含量增多是引起温室效应的主要原因，C正确；

“白色污染”物是一些不易分解的化工材料，所以亟待解决，如近几年国家发布“限塑令”就是为解决“白色污染”所采取的有效措施，故D正确。

5．在上海市青少年校外活动营地“东方绿舟”内有一个绿色能源区，同学们可以在这里做太阳能和风能的研究性实验。

某同学为了测定夏季中午单位面积上、单位时间内获得的太阳能，制作了一个太阳能集热装置，实验器材有：

（a）内壁涂黑的泡沫塑料箱一个，底面积为1m2；

（b）盛水塑料袋一个；

（c）温度计一个；

（d）玻璃板一块（约1m2）。

如图所示。

假设图为一斜坡草地，太阳光垂直照射到草地表面，请将上述实验器材按实验设计要求画在下图中。

如果已知水的比热容c，被水吸收的热量Q与水的质量m、水温升高量Δt间的关系是Q＝cmΔt，则为了测定中午单位面积上、单位时间内获得的太阳能，除了需要测量m、Δt外，还应测量的物理量是________________，本实验会有一定误差，试写出一条产生误差的主要原因：

______________________________________________________________。

实验图示如下：

还应测时间T（或t）

产生误差的主要原因：

太阳能没有全部被水吸收（或水吸收的太阳能还有一部分损失等）

6．某地的平均风速为5m/s，已知空气密度是1.2kg/m3，有一风车，它的车叶转动时可形成半径为12m的圆面，如果这个风车能将此圆面内10%的气流的动能转变为电能，则该风车带动的发电机功率是多少？

3.4kW

首先可以求在时间t内作用于风车的气流质量为m＝πr2vtρ，这些气流的动能为

mv2，转变的电能为E＝

mv2×

10%，故风车带动电动机功率为P＝

＝

πr2ρv3×

10%

代入数据以后得P＝3.4kW

一、选择题（单选题）

1．柴油机使柴油燃料在它的气缸中燃烧，产生高温高压的气体，燃料的化学能转化为气体的内能，高温高压的气体推动活塞做功，气体的内能又转化为柴油机的机械能。

燃烧相同的燃料，输出的机械能越多，表明柴油机越节能。

是否节能是衡量机器性能好坏的重要指标。

有经验的柴油机维修师傅，不用任何仪器，只要将手伸到柴油机排气管附近，去感觉一下尾气的温度，就能够判断出这台柴油机是否节能，真是“行家伸伸手，就知有没有”，关于尾气的温度跟柴油机是否节能之间的关系，你认为正确的是（　　）

A．尾气的温度越高，柴油机越节能

B．尾气的温度越低，柴油机越节能

C．尾气的温度高低与柴油机是否节能无关

气体的内能不可能完全转化为柴油机的机械能，柴油机使柴油燃料在它的气缸中燃烧，产生高温高压的气体，是一个高温热源；

而柴油机排气管排出的尾气是一个低温热源。

根据能量守恒，这两个热源之间的能量差就是转换的机械能，燃烧相同的燃料，要想输出的机械能越多，尾气的温度就要越低。

故B正确。

2.凡是能提供某种形式能量的物质，或是物质各种各样的运动，统称为能源，下面是一组关于能源的问题，请完成下列题目。

（1）“能源分类的相关图”如图所示，四组能源选项中全部符合图中阴影部分能源的是（　　）

A．煤炭、石油、天然气

B．水能、生物质能、天然气

C．太阳能、风能、生物质能

D．地热能、海洋能、核能

（2）煤、石油、天然气和生物质能作为能源的共同特点是（　　）

A．可再生能源，取之不尽，用之不竭

B．不可再生能源，用一点，少一点

C．来自太阳辐射的能源

D．污染环境的能源

（3）煤、石油、天然气和生物质能资源的能量形成和转换利用过程基本上是（　　）

A．太阳辐射能→化学能→热能

B．太阳辐射能→机械能→电能

C．生物质能→电能→化学能→热能

D．太阳辐射能→机械能→化学能

（1）C　

（2）C　（3）A

3．CO2气体有个“怪脾气”，它几乎不吸收太阳的短波辐射。

大气中CO2浓度的增加，能使地表温度因受太阳辐射而上升；

另外，它还有强烈吸收地面红外热辐射的作用，阻碍了地球周围的热量向外层空间的排放，使整个地球就像一个大温室一样。

因此，大气中二氧化碳气体浓度的急剧增加已导致气温的逐步上升，使全球气候变暖。

（1）这种大气中以CO2为主的气体产生的效应称为（　　）

A．光热效应B．光电效应

C．光气效应D．温室效应

（2）导致大气中CO2浓度增加的主要原因是（　　）

A．大量植物和生物物种灭绝

B．大量燃料如石油、煤炭、天然气等的燃烧

C．人口剧增，呼出的二氧化碳增多

D．自然因素破坏了地球环境生态平衡

（3）为了减缓CO2浓度的增加，可以采取的措施有（　　）

A．禁止使用煤、石油和木柴

B．开发使用核能、太阳能和天然气

C．将汽车燃料由汽油改为液化石油气

D．植树造林

（1）D　

（2）B　（3）D

大气中CO2浓度的增加，导致了温室效应；

为了缓解这种局面，一方面要尽量少使用煤、石油等常规能源，另一方面要开发利用新能源并植树造林改善环境。

4．太阳能是人类最基本的能源，它无污染、无费用，这种能源的使用期和太阳本身寿命一样长，当太阳光照射地面时，1m2地面上在1s内平均得到的太阳辐射能约为1.0×

103J。

太阳能热水器就是直接利用太阳能的装置，目前已经逐渐地出现在我们的生活中。

晓阳在网上下载了某型号太阳能热水器的宣传广告：

（1）晓阳家每天大约需要100kg热水，用这种热水器将这些水从25℃加热到45℃需要多长时间？

（2）与效率为80%的电热水器相比，晓阳家每天可节约多少电能？

（1）3.9h　

（2）2.9kW·

h

（1）设T为光照时间，

k＝1.0×

103J/（s·

m2），

Q吸＝cm（t－t0）＝4.2×

103×

100×

20J＝8.4×

106J

太阳能热水器传给水的热量Q放＝kSTη

因为Q吸＝Q放，所以

T＝

s＝1.4×

104s≈3.9h

（2）由Q电＝Wη1得

W＝

J＝1.05×

107J≈2.9kW·