高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册第三章 热力学定律4 热力学第二定律同步达标检测题

第三章热力学定律

第四节热力学第二定律

一、单选题

1．以下说法正确的是（　　）

A．气体放出热量，其分子的平均动能一定增大

B．机械能不可能全部转化为内能，内能也无法全部用来做功而转化成机械能

C．气体压强的大小跟气体分子的平均动能、分子的密集程度这两个因素有关

D．蔗糖受潮后会粘在一起，没有确定的几何形状，它是非晶体

2．根据热力学定律和分子动理论，可知下列说法中正确的是（　　）

A．布朗运动是液体分子的运动，它说明分子永不停息地做无规则运动

B．第二类永动机是不可能制成的是因为违背了能量转化与守恒

C．密封在体积不变的容器中的气体，若温度升高，则气体分子对器壁单位面积上的平均作用力增大

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

3．下列关于能量转换过程的叙述，不违背热力学第一定律，但违背热力学第二定律的有（　　）

A．汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热

B．冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低

C．某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，而不产生其他影响

D．冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内

4．下列关于能量转换过程的叙述，违背热力学第一定律的有（　　）

A．汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热

B．冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低

C．某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，而不产生其他影响

D．冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内

5．没有冷凝器，只有单一的热库，能将从单一热库吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机叫作“第二类永动机”。第二类永动机不可能制成，是因为（    ）

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，同时不引起其他变化

6．下列过程中，可能发生的是（    ）

A．某工作物质从高温热源吸收的热量，全部转化为机械能，而没有产生其他任何影响

B．打开一高压密闭容器，其内气体自发溢出后又自发跑进去，恢复原状

C．利用其他手段，使低温物体温度更低，高温物体的温度更高

D．将两瓶不同液体自发混合，然后又自发地各自分开

7．在闷热的夏天里，冰激凌是大家的最爱，同学都知道冰箱的工作原理就是把热量从冰箱里面传到冰箱外面。下列说法正确的是（　　）

A．这说明热量能从自发地从低温物体传给高温物体

B．它违背了热力学第一定律

C．它违背了热力学第二定律

D．以上说法都错

8．下列说法中正确的是（   ）

A．甲图中，两个分子从很远处逐渐靠近，直到不能再靠近为止的过程中，分子间相互作用的合力先变小后变大

B．乙图中，在测量分子直径时，可把油膜厚度视为分子直径

C．丙图中，猛推木质推杆，密闭的气体温度升高，压强变大，气体对外界做功

D．丁图中，电冰箱的工作过程表明，热量可以自发的从低温物体向高温物体传递

9．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，则这个过程中熵的变化是（    ）

A．不变 B．变大 C．变小 D．无法确定

10．在寒冷的天气中将一盆水放在户外，经过一段时间后这盆水就会结冰，液态水的分子无序程度比冰的无序程度要大，那么下列说法正确的是（　　）

A．结冰的过程违反熵增加原理

B．结冰的过程不违反熵增加原理

C．无法判断结冰的过程中是否违反熵增加原理

D．结冰的过程是否违反熵增加原理，要看研究对象的选取

11．电能被广泛应用在动力、照明、化学、纺织、通信、广播等各个领域，是科学技术发展、人民经济飞跃的主要动力。如图所示为火电站电能产生与使用过程中各阶段的能量转化效率，已知标准煤完全燃烧时产生的热量约为。则（　　）

A．发电站的发电效率约为40%

B．提高输送电压可以提高发电站的发电效率

C．标准煤完全燃烧能输送到用户端的电能约为

D．用户端消耗的电能，发电站需要烧的标准煤

12．如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态、和后再回到状态A。其中，和为等温过程，和为绝热过程（气体与外界无热量交换）。这就是著名的“卡诺循环”。在该循环过程中，下列说法正确的是（　　）

A．过程中，气体从外界吸热并全部用来对外做功，所以违反了热力学第二定律

B．过程中，气体分子的平均动能增大

C．过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多

D．过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化

二、填空题

13．(1)从100m高空由静止开始下落的水滴，在下落的整个过程中，假定有50%的动能转化为水滴的内能，则水滴温度升高________oC；[水的比热容c＝4.2×103J/（kg·oC）]

(2)子弹以200m/s的速度射入固定的木板，穿出时速率为100m/s，若子弹损失的机械能完全转化为内能，并有50%被子弹吸收，则子弹温度可升高________oC。[子弹的比热容为130J/（kg·oC）]

14．假定两个分子的距离为无穷远时，它们的分子势能为0，使一个分子固定，另一个分子在外力作用下从无穷远逐渐向它靠近，直至相距很近很近，整个过程中分子势能______(填“不变”或“先增大后减小”或“先减小后增大”)。物体从单一热源吸收的热量______(填“可以”或“不可以”)全部用于做功。

15．某瓶0℃的冰溶化为0℃的水的过程中，分子的总动能______（填“增大”，“减少”或“不变”），分子的总势能______（填“增大”，“减少”或“不变”）。再往这瓶水中滴入红墨水，一段时间后，整杯水都变成了红色，这个过程是沿着分子热运动的无序性______（填“增大”，“减少”或“不变”）的方向进行的。

16．如图所示是压缩式电冰箱的工作原理示意图。经过干燥过滤器后液体制冷剂进入蒸发器，汽化吸收箱体内的热量，压缩机使低温低压的制冷剂气体变成高温高压的气体，然后制冷剂在冷凝器中液化放出热量到箱体外。电冰箱将热量从低温物体转移到高温物体的工作过程___________（填“违背”或“不违背”）热力学第二定律。制冷剂在蒸发器中由液态变成气态的过程中，做的功W___________（填“大于”“小于”或“等于”）零；分子的势能将___________（填“增大”“不变”或“减小”）。

三、解答题

17．一辆汽车的发动机输出功率为66.15kW，每小时耗(柴)油14kg，请计算发动机的效率。(柴油的燃烧值为4.3×107J/kg)

18．一间密闭的房间里放置了一台电冰箱，为了使房间降温，有人出了一个主意，建议把冰箱接通电源，打开冰箱门，让冰箱的“冷气”进入房间中，房间就变冷了。这种方法可行吗？请说明道理。

19．以下哪些现象能够发生、哪些不能发生？能够发生的现象是否违背热力学第二定律？

(1)一杯热茶自然放置，茶会自动变得更热。

(2)蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能。

(3)桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离。

(4)电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体。

20．如图所示，一水平放置的薄壁圆柱形容器内壁光滑，长为，底面直径为。质量一定的理想气体被绝热活塞隔离在容器内，活塞可沿容器内壁自由滑动，其质量、厚度均不计。开始时气体温度为27℃，压强等于大气压，活塞与容器左边底部相距。现对右边气体进行缓慢加热，左边器壁导热良好，问：

①右边气体温度多少时，活塞位于正中间？

②如果左边底部有个洞，则右边温度缓慢升到127℃过程中，右边气体对活塞做功为多少？（已知大气压强为）

参考答案

1．C

【解析】A．气体放出热量，若外界对气体做功小于放热，则气体的内能减小温度降低，分子的平均动能减小，选项A错误；

B．机械能可能全部转化为内能，内能也能全部用来做功而转化成机械能，但要引起其他的变化，选项B错误；

C．气体压强的大小跟气体分子的平均动能、分子的密集程度这两个因素有关，选项C正确；

D．蔗糖受潮后会粘在一起，没有确定的几何形状，它是多晶体，选项D错误。

故选C。

2．C

【解析】A．布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的无规则运动，不是液体分子的运动，而是液体分子无规则运动的反映，故A错误；

B．第一类永动机违反了热力学第一定律，第二类永动机违反了热力学第二定律，即违反了一切涉及热现象的宏观过程具有方向性，所以不能制成，故B错误；

C．密封在容积不变的容器内的气体，若温度升高，分子平均动能增大，由查理定律知，气体的压强增大，而气体分子的密度不变，则知气体分子对器壁单位面积上的平均作用力增大，故C正确；

D．热量不可能自发的从低温物体传到高温物体，在引起其它变化，有“第三方”参与的情况下，可以从低温物体传到高温物体，故D错误。

故选C。

3．C

【解析】A选项符合热力学第一、第二定律．B选项的不可能，冷水和杯子的温度不可能都变低，只能是一个升高、一个降低，或温度都不变，B项描述违背了热力学第一定律．C选项的描述虽然不违背热力学第一定律，但违背了热力学第二定律．D选项中冰箱消耗电能从而可以从低温环境中提取热量散发到温度较高的室内，不违背热力学第二定律．

故选C。

4．B

【解析】A．汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热符合热力学第一、第二定律．故A不符合题意；

B．冷水和杯子的温度不可能都变低，只能是一个升高、一个降低， 描述违背了热力学第一定律，故B符合题意；

C．从高温热源吸收的热量全部转化为功，的描述虽然不违背热力学第一定律，但违背了热力学第二定律．故C不符合题意；

D．冰箱消耗电能从而可以从低温环境中提取热量散发到温度较高的室内，不违背热力学第二定律．故C不符合题意；

故选B。

5．D

【解析】A．第二类永动机的设想并不违背能量守恒定律，但却违背了涉及热现象的能量转化过程是有方向性的规律，A错误；

B．在引起其他变化的情况下，热量也可由低温物体非自发地传递到高温物体，B错误；

CD．机械能可以全部转化为内能，如物体克服摩擦力做功的过程，但在不引起其他变化的情况下，内能却不能全部转化为机械能，C错误， D正确．

6．C

【解析】C．根据热力学第二定律，热量不可能从低温物体自发地传给高温物体，而不引起其他的变化，但通过一些物理过程是可以实现的，故C选项正确；

A．根据热力学第二定律，内能自发地全部转化为机械能是不可能的，故A选项错误；

B．气体膨胀具有方向性，故B选项错误；

D．扩散现象也有方向性，故D选项错误．

故选C。

7．D

【解析】由热力学第二定律知，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，除非施加外部的影响和帮助；电冰箱把热量从低温的内部传到高温外部，需要压缩机的帮助并消耗电能，而在这一过程中，是消耗了电能，而使压缩机做功，故不违背了热力学第一定律，也不违背了热力学第二定律，故A、B、C错误，D正确；

故选D。

8．B

【解析】A．甲图中两个分子从很远处逐渐靠近的过程中，分子引力和斥力都增大，但引力大于斥力，分子力表现为引力并且分子力先增大后减小，当减小到零后，随两分子靠近，分子力表现为斥力，并且逐渐增大，故A错误；

B．图乙中是单分子油膜，因此油膜厚度就可以视为分子直径，故B正确；

C．丙图中，猛推木质推杆，由于速度快，热传递没来得及进行，只有外界对气体做功，内能增大，压强变大，温度升高，故C错误；

D．根据热力学第二定律热量不能自发地从低温物体转移到高温物体，故D错误。

故选B。

9．B

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

故选B。

10．B

【解析】液态的水比冰的无序程度大，但熵增加原理适用于孤立系统，而不是个别不孤立的系统。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，所以结冰的过程并不违反熵增加原理，故选项B正确，选项ACD错误。

故选B。

11．C

【解析】A．发电站的发电效率约为，A错误；

B．提高输送电压并不能提高发电站的发电效率，B错误；

C．标准煤完全燃烧能输送到用户端的电能约为

C正确；

D．由于

用户端消耗的电能，发电站需要烧约的标准煤，D错误。

故选C。

12．C

【解析】A．过程中，体积增大，从外界吸收的热全部用来对外做功，没有违反热力学第二定律，因为引起了其他的变化，故A错误；

B．过程中，绝热膨胀，气体对外做功，内能减小，温度降低，气体分子的平均动能减小，故B错误；

C．过程中，等温压缩，体积变小，分子数密度变大，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，故C正确；

D．过程中，绝热压缩，外界对气体做功，内能增加，温度升高，分子平均动能增大，气体分子的速率分布曲线发生变化，故D错误。

故选C。

13．0.12    57.7   

【解析】(1)[1]总动能

Ek＝mgh

根据题设条件，得

50%mgh＝cmΔt

由此可解得

Δt≈0.12℃

(2)[2]设子弹的质量为m，由题意得

所以升高的温度

Δt＝≈57.7℃

14．先减小后增大    可以   

【解析】[1]开始时两分子间距离大，分子间作用力表现为引力，分子相互靠近，引力做正功，分子势能减小，随分子间距离减小到平衡位置后，分子间作用力表现为斥力，分子相互靠近，斥力做负功，分子势能增加，故整个过程分子势能先减小后增加；

[2]根据热力学第二定律可知，在外界因素影响下，物体从单一热源吸收的热量可以全部用于做功。

15．不变    增大    增大   

【解析】[1]温度是分子平均动能的标志，所以0℃的冰和0℃的水分子的总动能相等，即不变；

[2]将0℃的冰溶为0℃的水，需要吸收热量，所以0℃的冰的内能小于0℃的水的内能，而物体内能是分子的总动能和分子的总势能之和，所以0℃的冰分子的总势能小于0℃的水分子的总势能，即将0℃的冰溶为0℃的水，分子的总势能增大；

[3]由热力学第二定律可知，分子热运动总是沿着无序性增大的方向进行。

16．不违背    小于    增大   

【解析】[1]热力学第二定律的克劳修斯表述为热量不能自发地从低温物体传到高温物体，电冰箱依靠压缩机实现了将热量从低温物体转移到高温物体，不违背热力学第二定律。

[2]制冷剂在蒸发器中由液态变成气态的过程中，体积膨胀，对外做功，W小于零；

[3]膨胀过程中克服分子引力做功，分子势能增加。

17．39.6%

【解析】发动机每小时做的功

完全燃烧14kg柴油放出的能量

有用功的能量

所以

发动机的效率是39.6%。

18．不可行，见解析

【解析】冰箱的作用是将冰箱内部的热量通过压缩机的工作“拿“到冰箱外面（注意不是室外），总的能量还是在室内。当冰箱的门开着的时候，冰箱的压缩机将一直处于工作状态，电能一直在转化为热能（室内的温度不会降低），所以房间的温度将一直上升。

19．(1)(2)不能发生，(3)(4)能够发生，不违背

【解析】(1)不可能。热茶温度比周围环境温度高，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体；

(2)不可能。蒸汽的内能转化为及西恩必定需要做功，即热蒸汽推动活塞做功，这一过程中，一方面由于活塞摩擦汽缸而产生内能，另一方面热蒸汽与周围环境有温度差，蒸汽机会向周围环境散热。所以，蒸汽机把蒸汽的内能全部转化为机械能是不可能的。

(3)可能。混浊的泥水静置一段时间后，由于泥沙比水的密度大，泥沙会自动下沉，从而使得上面的浑水变清了。此过程不违背热力学第二定律，泥沙的重心降低，重力势能减少了，水的重心升高，水的重力势能增加了，但系统总的重力势能减少了，最终转化为内能，而机械能百分之百地转化为内能是可能的。

(4)可能。电冰箱通电后，电冰箱内的压缩机工作，消耗电能，将热量由箱内低温物体传递到箱外高温物体。没有违背热力学第二定律，因为它是通过消耗了电能从而引起其他变化的。

20．①327℃；②

【解析】①活塞移动时，因左边器壁导热良好，故左边气体做等温变化，由玻意耳定律可知

右边气体的状态方程可知

带入数据解得

℃

②因左边底部有个洞，故右边气体此时做等压变化，由盖-吕萨克定律可知

带入数据解得

则此时右边气体对活塞做功为