人教版 (2019)选择性必修 第三册4 热力学第二定律习题

课时分层作业(十一)　热力学第二定律

(建议用时：25分钟)

◎考点一　热力学第二定律

1．(多选)下列关于热力学第二定律的说法正确的是(　　)

A．所有符合能量守恒定律的宏观过程都能真的发生

B．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的

C．机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功以转换成机械能而不带来其他影响

D．气体向真空的自由膨胀是可逆的

BC　[热运动的宏观过程会具有一定的方向性，符合能量守恒定律的宏观过程并不能都真的发生，故A错误，根据热力学第二定律，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，所以气体向真空的自由膨胀是不可逆的，故B正确，D错误；根据热力学第二定律，不可能从单一热源吸收热量使之完全变成功而不产生其他影响，所以机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功变成机械能，故C正确。]

2．下列说法正确的是(　　)

A．一切形式的能量间的相互转化都具有方向性

B．热量不可能从低温物体传给高温物体

C．气体的扩散过程具有方向性

D．一切形式的能量间的相互转化都不具有可逆性

C　[热力学第二定律反映了所有与热现象有关的宏观过程都具有方向性，A、D错误；热量不是不能从低温物体传给高温物体，关键是会不会产生其他影响，B错误；气体扩散过程具有方向性，C正确。]

3．(多选)关于制冷机制冷过程的说法中，正确的是(　　)

A．此过程违反了热力学第二定律

B．此过程没有违反热力学第二定律

C．此过程违反了能量守恒定律

D．此过程没有违反能量守恒定律

BD　[制冷机可以从低温物体吸收热量传给高温物体，但必须消耗电能，热力学第二定律并不否认热量可从低温物体传给高温物体，只是该过程会产生其他影响，A错误，B正确；任何自然和物理过程都不违反能量守恒定律，C错误，D正确。]

4．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．热量不可能从低温物体传递给高温物体

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

D　[由热力学第二定律知B、C错；绝对零度不可达到，A错；由热力学第一定律知D正确。]

5．(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．一切不违背能量守恒定律的物理过程都是可能实现的

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

AC　[热力学第二定律是反映宏观自然过程的方向性的定律，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，但可以自发地从高温物体传到低温物体；并不是所有符合能量守恒定律的宏观过程都能实现，故A、C正确，B、D错误。]

6．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

B　[由热力学第二定律可知，A错误，B正确；由分子间作用力与分子间距离的关系可知，C错误；温度升高时，物体中分子的平均动能增大，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，D错误。]

◎考点二　能源是有限的

7．(多选)下列说法中正确的是(　　)

A．机械能和内能之间的转化是不可逆的

B．气体向真空的自由膨胀是不可逆的

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

BD　[热现象的宏观过程都是不可逆的，故A错误，B正确；微观态越多越无序，因为无序是各处都一样，平均没有差别，故D正确，C错误。]

8．(多选)煤、石油、天然气作为能源的共同特点的下列说法正确的是(　　)

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．来自太阳辐射的能量

D．污染环境的能源

BCD　[煤、石油、天然气是不可再生、污染环境的能源，它是由动、植物转化而来的，其来源可追溯到太阳能，故B、C、D正确。]

9．热力学第二定律常见的表述方式有两种，其一：不可能使热量由低温物体传到高温物体而不引起其他变化；其二：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。第一种表述方式可以用图甲来表示，根据你对第二种表述的理解，如果也用类似的示意图来表示，请你根据第二种表述完成示意图乙。

[解析]　由图甲可知，使热量由低温物体传到高温物体必伴随着压缩机的做功，即引起其他变化；对于第二种方式，热机工作时，从高温物体吸收热量，只有一部分用来对外做功，转变为机械能，另一部分热量要排放给低温物体，其表述示意图如图所示。

[答案]　见解析

(建议用时：15分钟)

10．(多选)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。其原因的下列说法正确的是(　　)

A．这违背了能量守恒定律

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．机械能可以全部转化为内能，而内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化

CD　[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为机械能，同时不引起其他变化；无论采用任何设备和手段进行能量转化总是遵循能量守恒定律，故C、D正确。]

11．(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背热力学第一定律

D．电冰箱的工作原理违背热力学第一定律

BC　[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，是能的转化和守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，C正确，D错误；再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，必须借助于其他系统做功，A错误，B正确。]

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

[解析]　计算发动机的热效率可根据热机效率的定义，先求出发动机做的有用功和消耗的燃料完全燃烧放出的能量，然后再求热效率。

发动机每小时做的功W＝Pt＝66 150 W×3 600 s＝2.381 4×108 J

完全燃烧14 kg柴油放出的能量

Q总＝4.3×107 J/kg×14 kg＝6.02×108 J

有用功的能量Q有＝W＝2.381 4×108 J

所以η＝＝×100%≈39.6%

发动机的效率是39.6%。

[答案]　39.6%

13．能源问题是当前热门话题，传统的能源——煤和石油，由于储量有限，有朝一日要被开采完，同时在使用过程中也会带来污染，寻找新的、无污染的能源是人们努力的方向，利用潮汐发电即为一例。

如图表示的是利用潮汐发电，左方为陆地和海湾，中间为大坝；其下有通道，水经通道可带动发电机。涨潮时，水进入海湾，待内外水面高度相同时，堵住通道，如图甲。潮落至最低点时放水发电，如图乙。待内外水面高度相同时，再堵住通道，直到下次涨潮至最高点，又进水发电，如图丙。设海湾面积为5.0×107 m2，高潮与低潮间高度差为3.0 m，则一天内流水的平均功率为____MW。

[解析]　潮汐发电其实质就是将海水的重力势能转化为电能。每次涨潮时流进海湾(落潮时流出海湾)的海水的重力为mg＝ρShg＝1.0×103×5.0×107×3×10 N＝1.5×1012 N，其重心高度变化为h′＝1.5 m。

一天内海水两进两出，故水流功率为

P＝＝ W≈1.0×108 W＝100 MW。

[答案]　100