2024-2025學年高中物理第10章熱力學定律第45節(jié)熱力學第二定律熱力學第二定律的微觀解釋課后練習含解析新人教版選修3-3

PAGE5-熱力學其次定律熱力學其次定律的微觀說明基礎夯實一、選擇題(1～3題為單選題，4、5題為多選題)1．其次類永動機不行能制成，是因為(D)A．違反了能量的守恒定律B．熱量總是從高溫物體傳遞到低溫物體C．機械能不能全部轉化為內能D．內能不能全部轉化為機械能，同時不引起其他變更解析：其次類永動機的設想并不違反能量守恒定律，但卻違反了涉及熱量的能量轉化過程是有方向性的規(guī)律。故選項A錯；在引起其他變更的狀況下，熱量可由低溫物體非自發(fā)地傳遞到高溫物體。故B錯；機械能可以全部轉化為內能，C錯誤，D正確。2．我們絕不會看到：一個放在水平地面上的物體，靠降低溫度，可以把內能自發(fā)地轉化為動能，使這個物體運動起來。其緣由是(C)A．這違反了能量守恒定律B．在任何條件下內能都不行能轉化為機械能，只有機械能才會轉化為內能C．機械能和內能的轉化過程具有方向性，內能轉化成機械能是有條件的D．以上說法均不正確解析：機械能和內能可以相互轉化，但必需通過做功來實現。由熱力學其次定律可知，內能不行能全部轉化成機械能，同時不引起其他變更。3．下列說法正確的是(C)A．熱力學其次定律否定了以特別方式利用能量的可能性B．電流流過導體轉化為內能，反過來，可將內能收集起來，再轉化成相同大小的電流C．可以做成一種熱機，由熱源吸取肯定的熱量而對外做功D．冰可以熔化成水，水也可以結成冰，這個現象違反了熱力學其次定律解析：熱力學其次定律說明白一切與熱現象有關的宏觀過程都是有方向性的，但并沒有否定以特別方式利用能量的可能性，故A項錯誤；功和內能的轉化具有方向性，其逆過程是不行能自發(fā)實現的，故B項錯誤；只要不要求汲取的熱量全部用來做功而不產生其他影響，可以做成一種熱機，由熱源吸取肯定熱量而對外做功，故C項正確；冰熔化成水，水結成冰，伴隨著能量的轉移，不是自發(fā)進行的，沒有違反熱力學其次定律，故D項錯誤。4．下面關于熵的說法正確的是(ACD)A．熵是物體內分子運動無序程度的量度B．在孤立系統中，一個自發(fā)的過程熵總是向削減的方向進行C．熱力學其次定律的微觀實質是熵是增加的D．熵值越大，代表系統分子運動越無序解析：熵是物體內分子運動無序程度的量度，熵越大則物體內分子運動無序程度越大，A正確，在孤立系統中，一個自發(fā)的過程熵總是向增加的方向進行，B錯誤；熱力學其次定律的微觀實質是熵是增加的，C正確；熵值越大，代表系統分子運動越無序，D正確。5．倒一杯熱水，然后加入適量的糖后，糖會全部溶于水中，但一段時間后又視察到杯底部有糖結晶，關于這個過程下列敘述正確的是(BD)A．溶解過程是自發(fā)的，結晶過程也是自發(fā)的，因此熱力學其次定律是錯誤的B．溶解過程是有序向無序轉變的過程C．結晶過程是有序向無序轉變的過程D．結晶過程不是自發(fā)的，因為有外界的影響解析：溶解過程是自發(fā)的，是由有序向無序轉變的過程；結晶過程不是自發(fā)的，通常是由于水溫降低或水的蒸發(fā)引起，是由無序向有序的轉變過程，故選項B、D正確，選項A、C錯誤。二、非選擇題6．熱力學其次定律常見的表述有以下兩種：第一種表述：不行能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變更；其次種表述；不行能從單一熱源汲取熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變更。(a)是依據熱力學其次定律的第一種表述畫出的示意圖；外界對制冷機做功，使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體。請你依據其次種表述完成示意圖(b)。依據你的理解，熱力學其次定律的實質是_一切與熱現象有關的宏觀過程都具有方向性__。答案：如圖所示，7．一盆水在寒冷的天氣中放在戶外就要結冰，液態(tài)水的分子無序度比冰高。那么，結冰的過程違反熵增加原理嗎？為什么？答案：液體的水比冰的無序度大，但我們看孤立系統的熵，而不是看個別不孤立的物體。一盆水在寒冷的天氣中并不是孤立系統，因為水與外界大氣有能量交換。熵增加原理是指的孤立遵守能量守恒的系統。本說法中，水與大氣為一個孤立系統，水結冰時放熱，使四周大氣、地面、分子內能增加，無序度增加，系統總熵值是增加的，并不違反該原理。8．制冷機是一種利用工作物質，使熱量從低溫物體傳到高溫物體的裝置，通過制冷機的工作可以使肯定空間內的物體溫度低于環(huán)境溫度并維持低溫狀態(tài)。夏天，將房間一臺正在工作的電冰箱的門打開，試分析這是否可以降低室內的平均溫度？為什么？答案：不會降低室內的平均溫度。若將一臺正在工作的電冰箱的門打開，盡管可以不斷向室內釋放冷氣，但同時冰箱的箱體向室內散熱，就整個房間來說，由于外界通過導線不斷有能量輸入，室內的溫度會不斷上升。實力提升一、選擇題(1～2題為單選題，3～5題為多選題)1．(2024·廣西省柳州市高二下學期段考)下列說法正確的是(D)A．熱量不能由低溫物體傳遞到高溫物體B．外界對物體做功，物體的內能必定增加C．其次類永動機不行能制成，是因為違反了能量守恒定律D．不行能從單一熱源汲取熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變更解析：依據熱力學其次定律，熱量不能自發(fā)地由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變更。在發(fā)生其他變更的前提下，熱量可以由低溫物體傳遞到高溫物體。例如電冰箱制冷時，壓縮機工作，消耗了電能，同時熱量由冰箱內的低溫物體傳遞到冰箱外的高溫物體，所以A錯；外界對物體做功的同時，物體可能放熱，物體的內能不肯定增加，所以B錯；其次類永動機的效率為100%，并不違反能量守恒定律，但它違反了熱力學其次定律中熱機效率必小于1的表述，因此它不行能制成，所以C錯；而D選項中的表述就是熱力學其次定律的一種表述形式，所以D正確。2．下列宏觀過程不能用熱力學其次定律說明的是(A)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過一段時間大米、小米不會自動分開B．將一滴紅墨水滴入一杯清水中，會勻稱擴散到整杯水中，經過一段時間，墨水和清水不會自動分開C．冬季的夜晚，放在室外的物體隨氣溫的降低，不會由內能自發(fā)地轉化為機械能而動起來D．隨著節(jié)能減排措施的不斷完善，最終也不會使汽車熱機的效率達到100%解析：熱力學其次定律反映的是與熱現象有關的宏觀過程的方向性的規(guī)律，A不屬于熱現象。3．(2024·江西省南昌二中高二下學期檢測)關于永動機和熱力學定律的探討，下列敘述正確的是(CD)A．其次類永動機違反能量守恒定律B．一切自發(fā)的過程總是沿著分子熱運動的無序性減小的方向進行C．利用淺層海水和深層海水之間的溫度差制造一種熱機，將海水的一部分內能轉化為機械能是可能的D．用活塞壓縮氣缸里的氣體，對氣體做了2.0×105J的功，若氣體向外界放出0.5×105J的熱量，則氣體內能增加了1.5×105J解析：其次類永動機違反熱力學其次定律，但并不違反能量守恒定律，故A錯誤；依據熱力學其次定律，一切自發(fā)的過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行，故B錯；依據能量轉化與守恒以及熱力學其次定律可知，用淺層海水和深層海水間的溫度差造出一種熱機，將海水的一部分內能轉化為機械能是可能的，故C正確；ΔU＝W＋Q＝－0.5×105J＋2.0×105J＝1.5×105J，故D正確。4．關于其次類永動機，下列說法正確的是(AD)A．沒有冷凝器，只有單一的熱源，能將從單一熱源汲取的熱量全部用來做功，而不引起其他變更的熱機叫做其次類永動機B．其次類永動機違反了能量守恒定律，所以不行能制成C．其次類永動機不行能制成，說明機械能可以全部轉化為內能，內能卻不行能全部轉化為機械能D．其次類永動機不行能制成，說明機械能可以全部轉化為內能，內能卻不行能全部轉化為機械能，同時不引起其他變更解析：依據其次類永動機的定義可知A選項正確；其次類永動機不違反能量守恒定律，而是違反熱力學其次定律，所以B選項錯誤；機械能可以全部轉化為內能，內能在引起其他變更時可能全部轉化為機械能，C選項錯誤，D選項正確。所以，該題的正確答案是A、D。5．以一副撲克牌為例，下列關于有序和無序、宏觀態(tài)和微觀態(tài)的相識中不正確的是(BD)A．按黑桃、紅桃、草花、方塊的依次，而且從大到小將撲克牌排列起來，撲克牌這時是有序的B．將撲克牌按偶數和奇數分成兩部分，撲克牌是無序的，每部分內部是有序的C．一副撲克牌，這就是一個宏觀態(tài)，將牌洗動一次就是一個微觀態(tài)D．一副撲克牌按偶數和奇數分成兩部分，這是一個宏觀態(tài)，從偶數部分抽出一張插入到奇數部分，它是該宏觀態(tài)對應的一個微觀態(tài)解析：選項特性分析綜合點評A正確撲克牌的排列是有確定規(guī)則的，是有序的規(guī)定了某個規(guī)則，就規(guī)定了一個“宏觀態(tài)”，符合這個規(guī)則的就是有序，破壞了這個規(guī)則，則原有“宏觀態(tài)”變更B錯誤按偶數和奇數分成兩部分，是有序的，內部是無序的C正確一副撲克牌是一個系統，是一個宏觀態(tài)，洗動一次，該狀態(tài)為這副撲克牌宏觀態(tài)對應的一個微觀態(tài)；奇偶分開是一種宏觀態(tài)，從偶數部分抽出一張插入到奇數部分，原宏觀態(tài)被破壞D錯誤二、非選擇題6．用兩種不同的金屬絲組成一個回路，接觸點1插在熱水中，接觸點2插在冷水中，如圖所示，電流計指針會發(fā)生偏轉，這就是溫差發(fā)電現象，這一試驗是否違反熱力學其次定律？熱水和冷水的溫度是否會發(fā)生變更？簡述這一過程中能的轉化狀況。答案：不違反；熱水溫度降低，冷水溫度上升；轉化效率低于100%解析：溫差發(fā)電現象中產生了電能是因為熱水中的內能削減，一部分轉化為電能，一部分傳遞給冷水，不違反熱力學其次定律。7．一鍋開水投入了5個糖餡的甜湯圓，隨后又投入了5個肉餡的咸湯圓，甜、咸湯圓在沸水中翻滾，象征著封閉系統進入一個自發(fā)的過程。隨后，用兩只碗各盛了5個湯圓，每碗湯圓中共有六種可能：①全是甜的，②全是咸的，③1甜4咸，④4甜1咸，這是四種不平衡的宏觀態(tài)；⑤2甜3咸，⑥3甜2咸，這是兩種相對平衡的宏觀態(tài)。兩只