物理选修3选修3-3第十章 热力学定律5 热力学第二定律的微观解释课后练习题

这是一份物理选修3选修3-3第十章 热力学定律5 热力学第二定律的微观解释课后练习题，共7页。试卷主要包含了下列说法，正确的是，下列关于熵的说法中正确的是，下列关于熵的有关说法错误的是，下列说法正确的是等内容，欢迎下载使用。
1．下列说法，正确的是( )
A．机械能和内能之间的转化是可逆的
B．气体向真空的自由膨胀是可逆的
C．如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说明这个“宏观态”是比较有序的
D．如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说明这个“宏观态”是比较无序的
答案：D
2．(2012·武汉模拟)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
答案：C
解析：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。
3．下列关于熵的说法中正确的是( )
A．熵值越大，意味着系统越“混乱”和“分散”，无序程度越高
B．熵值越小，意味着系统越“混乱”和“分散”，无序程度越高
C．熵值越大，意味着系统越“整齐”和“集中”，也就是越有序
D．熵值越小，意味着系统越“整齐”和“集中”，也就是越有序
答案：AD
4．下列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．熵值越大代表越无序
答案：C
解析：根据熵增加原理，不可逆过程总是朝着熵增大的方向进行。
5．下列说法正确的是( )
A．如果大量分子的集合从A分布进入B分布的概率大于从B分布进入A分布的概率，则B分布更无序
B．如果大量分子的集合从A分布进入B分布的概率大于从B分布进入A分布，则A分布更无序
C．大量分子的集合能自发地从A分布进入B分布，则该过程是可逆的
D．大量分子的集合能自发地从A分布进入B分布，则该过程是不可逆的
答案：AD
解析：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。如果大量分子的集合从A分布进入B分布的概率大于从B分布进入A分布的概率，则说明B分布更无序一些，A正确，B错误。大量分子的集合自发的运动过程是不可逆的，D正确，C错误。
6．一个铁球从高处落下，最后静止于地面，试分析该过程中熵的变化。
答案：铁球与空气摩擦及与地面多次碰撞后，机械能变为内能，系统的熵值增大。
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。
答案：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．成语“覆水难收”指的是一盆水泼出去后是不可能再倒回盆中的。请从不同宏观态所对应的微观态数目不同这个角度，解释为什么水不会自发地聚到盆中。
答案：由于盆的形状确定，水在盆中所处的宏观态对应的微观态数目少，较为有序。当把水泼出后，它的形状不受盆的限制，各种可能的形状都有，此时所处的宏观态对应的微观态数目将变得非常多，较为无序。因为自发的过程总是从有序向无序发展，所以水不会自发地聚到盆中。
能力提升
1．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
答案：BD
解析：
2.(1)如图所示，把一块洁净的玻璃板吊在橡皮筋的下端，使玻璃板水平地接触水面。如果你想使玻璃板离开水面，必须用比玻璃板重力________的拉力向上拉橡皮筋。原因是水分子和玻璃的分子间存在________作用。
(2)往一杯清水中滴入一滴红墨水，一段时间后，整杯水都变成了红色。这一现象在物理学中称为_______现象，是由于分子的______
而产生的。这一过程是沿着分子热运动的无序性________的方向进行的。
答案：(1)大 分子引力
(2)扩散 无规则运动(热运动) 增加
解析：(1)由于玻璃板除受竖直向下的重力外还受向下的水分子和玻璃分子间的分子引力，故向上的拉力应大于重力。
(2)题目中的现象是由于分子无规则运动而引起的扩散现象。
(本题考查考生对分子热运动、分子作用力等基础知识的理解和应用物理知识分析实际问题的能力。)
3．两个温度不同的物体接触时，热量会自发地从高温物体传向低温物体，直到两者温度相等；一个温度处处相等的物体，不可能自发地变得一部分温度高、另一部分温度低。怎样从分子热运动的角度解释热传递的这种方向性？
答案：两个物体温度不同，分子热运动的平均动能不同，一个物体分子平均动能大，另一个物体分子平均动能小，总体上看，分子热运动的分布较为有序，能量适当集中，而热量由高温物体传到低温物体的过程中，能量变的分散，分子热运动的分布较为无序。由于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。所以热传递中能量自发地由高温物体传向低温物体，热传递具有方向性。
4．热力学第二定律指出：内能与机械能的转化具有方向性。请结合熵的变化加以解释。
答案：机械运动是宏观情况下物体在空间位置上的变化，物体运动状态的变化完全遵循牛顿运动定律。这是一种有序的运动。热运动是大量分子的无序运动。机械运动向热运动的转化，属于从有序向无序的转化，熵增加，符合热力学规律，因此机械能可以全部转化为内能。反过程是熵值减小，不符合熵增加原理，因此内能不能全部转化为机械能，而不引起其他变化。
5．一盆水在寒冷的天气中放在户外就要结冰，液态水的分子无序度比冰高。那么，结冰的过程违反熵增加原理吗？为什么？
答案：液体的水比冰的无序度大，但我们看孤立系统的熵，而不是看个别不孤立的物体。一盆水在寒冷的天气中并不是孤立系统，因为水与外界大气有能量交换。熵增加原理是指的孤立遵守能量守恒的系统。本说法中，水与大气为一个孤立系统，水结冰时放热，使周围大气、地面、分子内能增加，无序度增加，系统总熵值是增加的，并不违反该原理。
6．一锅开水投入了5个糖馅的甜汤圆，随后又投入了5个肉馅的咸汤圆，甜、咸汤圆在沸水中翻滚，象征着封闭系统进入了一个自发的过程，随后，用两只碗各盛了5个汤圆，每碗汤圆中共有六种可能：①全是甜的 ②全是咸的 ③1甜4咸 ④4甜1咸，这是四种不平衡的宏观态 ⑤2甜3咸 ⑥3甜2咸，这是两种相对平衡的宏观态。两只碗各盛5个汤圆共有32种组合方式，我们称为32个微观态，试问：
(1)以上六种宏观态所对应的微观态的个数各是多少？请设计一个图表来表示。
(2)以上相对平衡的宏观态出现的概率是多少？
答案：(1)宏观态对应的微观态个数。
(2)相对平衡的宏观态出现的概率为：
P＝eq \f(10＋10,1＋1＋5＋5＋10＋10)＝eq \f(5,8)。
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
宏观态
全是
甜的
全是
咸的
1甜
4咸
4甜
1咸
2甜
3咸
3甜
2咸
微观态个数
1
1
5
5
10
10