高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册4 热力学第二定律课后复习题

第三章  热力学定律

4热力学第二定律

【基础巩固】

1.下列说法正确的是 (　　)

A.功可以完全转化为热量,而热量不可以完全转化为功

B.热机必须具有两个热库,才能实现热功转化

C.热机的效率不可能大于1,但可能等于1

D.随着节能措施的不断完善,最终也不会使热机的效率达到100%

解析:热力学第二定律的开尔文表述没有排除热量可以完全转化为功,但这必然要产生其他变化,比如气体等温膨胀,气体吸收的热量完全转化为功,但气体体积增大了,选项A错误.开尔文表述指出,热机不可能只有单一热库,但未必有两个热库,可能具有两个以上热库,选项B错误.由η=可知,只要Q2≠0,η≠1,如果Q2=0,则低温热库不存在,违背了开尔文表述,选项C错误,选项D正确.

答案:D

2.关于第二类永动机不可能制成的原因的下列说法正确的是 (　　)

A.违背能量守恒定律

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

解析:第二类永动机的设想并不违背能量守恒定律,但违背了“能量转化过程是有方向性的”规律,选项A错误.在引起其他变化的情况下,热量可由低温物体传递到高温物体,选项B错误.机械能可以全部转化为内能,选项C错误.

答案:D

3.(多选)下列说法正确的是 (　　)

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能实现

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

解析: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物理过程都能实现.选项A、C正确,选项B、D错误.

答案:AC

4.(多选)下列关于气体在真空中的扩散规律的叙述正确的是 (　　)

A.气体分子数越小,扩散到真空中的分子全部回到原状态的可能性越大

B.气体分子数越大,扩散到真空中的分子全部回到原状态的可能性越大

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

D.气体向真空中扩散时,总是向着分子热运动的无序程度增大的方向进行

解析:由热力学第二定律的微观解释“一切自然过程总是沿着无序程度增大的方向进行”和熵的概念可知,选项A、C、D正确.

答案:ACD

5.(多选)关于热力学定律和分子动理论,下列说法不正确的是 (　　)

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.空调机在制冷过程中,从室内吸收的热量少于向室外放出的热量

D.在分子间的作用力作用范围内,分子间的作用力总是随分子间距离的增大而减小

解析:由热力学第二定律可知,选项A错误,选项B、C正确.由分子间作用力与分子间距离的关系可知,选项D错误.

答案:AD

6.(多选)关于热力学定律,下列说法正确的是 (　　)

A.气体吸热后温度一定升高

B.对气体做功可以改变其内能

C.理想气体等压膨胀过程一定放热

D.热量不可能自发地从低温物体传到高温物体

解析:气体吸热后温度不一定升高,选项A错误.理想气体等压膨胀过程吸热,选项C错误.

答案:BD

7.(多选)某种火炬的燃烧系统由燃气罐(内有液态丙烷)、稳压装置和燃烧器三部分组成,当稳压阀打开以后,燃气以气态形式从燃气罐里喷出,经过稳压阀后进入燃烧室进行燃烧.下列说法正确的是(　　)

A.燃气由液态变为气态的过程中要对外做功

B.燃气由液态变为气态的过程中分子的分子势能减小

C.燃气燃烧的过程是内能增加的过程

D.燃气燃烧后释放到周围环境中的能量很容易被回收再利用

解析:燃气由液态变为气态的过程中体积膨胀,对外做功,选项A正确.燃气由液态变为气态的过程中分子间的作用力做负功,分子的分子势能增加,选项B错误.燃气燃烧的过程中化学能转化为内能,选项C正确.根据热力学第二定律,内能不容易被回收再利用,选项D错误.

答案:AC

8.(2022·佛山)国家速滑馆(又名“冰丝带”)是北京2022年冬奥会冰上运动的主场馆,为确保运动项目的顺利完成,需要对场馆内降温.若将场馆内的空气看作理想气体,已知降温前场馆内、外的温度均为7 ℃,降温后场馆内温度为-8 ℃,该过程中场馆内气体压强不变.以下说法正确的是 (　　)

A.场馆内空气质量不变

B.场馆内空气的热量是由场馆内自发传递到场馆外的

C.场馆内所有空气分子的分子动能都减小

D.场馆内空气分子单位时间内与冰场碰撞次数增多

解析:从气体压强微观方面解释,温度降低,分子平均动能减小,单位体积内的分子数增大,场馆内空气分子单位时间内与冰场碰撞次数增多,从而使压强维持不变.单位体积内的分子数增大,所以场馆内空气质量变大,A错误,D正确.由热力学第二定律,场馆内空气的热量不可能自发由场馆内传递到场馆外,B错误;温度降低,分子平均动能减小,并不是场馆内所有空气分子的分子动能都减小,C错误.

答案:D

【拓展提高】

9.隔板将绝热的汽缸分为A、B两部分,A内充有理想气体,B内为真空(图甲).现把隔板抽去,A中的气体自动充满整个容器(图乙),这个过程称为气体的自由膨胀.下列说法正确的是              (　　)

甲乙

A.自由膨胀过程中,气体分子只做定向运动

B.自由膨胀前后,气体的压强不变

C.自由膨胀前后,气体的温度不变

D.容器中的气体在足够长的时间内,能全部自动回到A部分

解析:自由膨胀时,气体并不对外做功,在绝热容器中又没有热量交换,所以内能不变,气体的温度保持不变.

答案:C

10.随着世界经济的快速发展,能源短缺问题日益突出,能源成为困扰世界经济发展的重大难题之一.下列有关能量转化的说法正确的是              (　　)

A.不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功,而不引起其他变化

B.只要对内燃机不断改进,就可以把内燃机得到的内能全部转化为机械能

C.满足能量守恒定律的物理过程都能自发地进行

D.外界对物体做功,物体的内能必然增加

解析:由热力学第二定律的开尔文表述可知选项A正确.热机效率总低于100%,选项B错误.满足能量守恒定律的过程未必都能自发进行,选项C错误.由热力学第一定律ΔU=Q+W可知,W>0,ΔU不一定大于0,即内能不一定增加,选项D错误.

答案:A

11.(多选)电冰箱的工作原理示意图如图所示,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.电冰箱除了将热量从低温热库传到高温热库外,工作过程中所产生的其他一切影响,用任何的办法都不可能加以消除

解析:热力学第一定律是热现象中内能与其他形式的能量的转移和转化规律,是能量守恒定律的具体表现,适用于所有的热学过程,选项C正确.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,除非借助其他系统做功,选项A错误,选项B、D正确.

答案:BCD

12.(多选)关于孤立系统中发生的实际过程,下列说法正确的是 (　　)

A.系统的熵不可能减小

B.系统的熵可能增大,可能不变,还可能减小

C.系统逐渐从比较有序的状态向更无序的状态发展

D.系统逐渐从比较无序的状态向更加有序的状态发展

解析:在孤立系统中发生的实际过程,其系统的熵不可能减小,选项A正确,选项B错误.根据熵增加原理,孤立系统只能是从比较有序的状态向更无序的状态发展,选项C正确,选项D错误.

答案:AC

13.如图所示的汽缸内盛有一定量的理想气体,汽缸壁是导热的,缸外环境保持恒温,活塞与汽缸壁的接触面是光滑的,但不漏气.现将活塞杆缓慢向右移动,这样气体将等温膨胀并对外做功.若已知理想气体的内能只与温度有关,则下列说法正确的是              (　　)

A.气体从单一热库吸热,全部用来对外做功,此过程违反热力学第二定律

B.气体从单一热库吸热,但并未全部用来对外做功,此过程不违反热力学第二定律

C.气体从单一热库吸热,全部用来对外做功,此过程不违反热力学第二定律

D.以上三种说法都不对

解析:汽缸壁是导热的,外界温度不变,活塞杆缓慢地向右移动的过程中,汽缸内的气体有足够时间进行热交换,所以汽缸内的气体温度不变,内能不变,该过程中气体从单一热库即外部环境吸收热量,全部用来对外做功,但此过程不违反热力学第二定律,因为在此过程中存在外力,且气体体积变大.

答案:C

【挑战创新】

14.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?简述这一过程中能量的转化情况.

答案:不违反热力学第二定律.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.