人教版 (2019)选择性必修 第三册4 热力学第二定律精品综合训练题

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【学习目标】
物理观念：通过自然界中宏观过程的方向性，建立起热力学第二定律的概念。能用热力学第二定律正确描述和解释宏观方向性的自然现象。
科学思维：对常见的宏观自然过程的方向性进行简单分析；知道能量守恒与节约能源的本质。
科学探究：理解冰箱的工作原理以及热机的效率为什么无法达到100%。
科学态度与责任：了解能源在社会发展中的地位；知道人类必须尊重自然，遵循自然规律；养成保护环境、节约资源、促进可持续发展的良好习惯。
【学习重难点】
重点：理解热力学第二定律的两种表述，学会用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移及方向性问题，提高分析推理能力。
难点：理解热力学第二定律的两种表述，学会用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移及方向性问题，提高分析推理能力。
【知识回顾】
上节课所学的能量守恒定律的内容
答案：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。
2、能量守恒定律的特例
答案：机械能守恒定律 热力学第一定律
【自主预习】
一 热力学第二定律
1．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。
2．热力学第二定律：在物理学中，反映宏观自然过程的方向性的定律。
3．热力学第二定律的克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。即阐述的是传热的方向性。
4．热力学第二定律的开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。即阐述了机械能与内能转化的方向性：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化成机械能。
5．热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是等价的。
二 能源是有限的
1．能量耗散：机械能、电能、光能、声能、化学能、核能、生物能……最终都转化成内能，流散到周围环境中，无法重新自动聚集起来加以利用的现象。
2．能源：是指具有高品质的容易利用的储能物质。
3．能源的使用过程中虽然能量的总量保持守恒，但能量的品质下降了。虽然能量总量不会减少，但能源会逐步减少，因此能源是有限的资源。
【课堂探究】
【新课导入】
一滴红色颜料滴进一杯清水中扩散，整杯水将均匀地变红。从系统的角度来看，扩散之前是一种状态，扩散后是另一种状态。那么，水中扩散后的颜料能否自发地重新聚集在一起，而其余部分又变成清水？
【新课教学】
（一）热力学第二定律
1．宏观自然过程的方向性
(1)凡是实际的过程，只要涉及热现象，如物体间的传热、气体的膨胀、扩散、有摩擦的机械运动……都有特定的方向性。
(2)一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。
(3)在物理学中，反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律。
2．热力学第二定律的两种表述
(1)热力学第二定律的克劳修斯表述
热量不能自发地从低温物体传到高温物体。阐述的是传热的方向性。
(2)热力学第二定律的开尔文表述
不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。阐述了机械能与内能转化的方向性。
热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是等价的。
小试牛刀
【例题】1、下列说法中，正确的是( C )
A．一切形式的能量间的相互转化都具有方向性
B．热量不可能由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
【例题】2、(多选)下列说法中正确的是( AB )
A．满足能量守恒定律的客观过程并不是都可以自发地进行的
B．一切宏观热力学过程都具有方向性
C．制冷系统将冰箱内温度较低的食品的热量传给外界较高温度的空气，这违反了“热量只能从温度较高的物体传到温度较低的物体”的规律
D．电冰箱从箱内温度较低的食品吸收的热量等于冰箱向外界空气释放的热量
【例题】3(多选)关于热力学第二定律，下列说法正确的是( AB )
A．一定质量的理想气体在等温膨胀过程中吸收的热量等于对外做的功，并不违反热力学第二定律
B．空调既能制热也能制冷，说明热量能够从低温物体传到高温物体
C．热力学第二定律可表述为不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功
D．理想热机的效率可以达到100%
【例题】4在热学中,下列说法正确的是( A )
A.第一类永动机不可制成是由于它违背了能量守恒定律
B.第二类永动机不可制成是由于它违背了能量守恒定律
C.热力学第二定律告诉我们机械能可以转化为内能而内能不能转化为机械能
D.热量只能从高温物体传向低温物体,而不能从低温物体传向高温物体
（二）能源是有限的
1．能量耗散：在各种各样的活动中，其他形式的能最终都转化成内能，流散到周围环境中再也不能自动聚集起来驱动机器做功的现象。
2．能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的自发变化过程具有方向性。
3．能源：是指具有高品质的容易利用的储能物质。
4．能源的使用过程中虽然能的总量保持守恒，但能量的品质下降了。虽然能量总量不会减少，但能源会逐步减少，因此能源是有限的资源。
【自我测评】
判断下列说法的正误．
(1)机械能可以完全转化为内能。( √ )
(2)内能不可能完全转化为机械能。( × )
(3)能够制成的热机既不违背能量守恒定律，也不违背热力学第二定律。( √ )
(4)热量不能自发地从低温物体传递到高温物体。( √ )
小试牛刀
【例题】1、热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象。下列关于能量耗散的说法中正确的是( D )
A.能量耗散不符合热力学第一定律
B.能量耗散不符合热力学第二定律
C.能量耗散过程中能量不守恒
D.能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的与热现象有关的宏观过程具有方向性
【例题】2、下列现象属于能量耗散的是( D )
A．利用水流能发电转化为电能
B．电能通过灯泡中的电阻丝转化为光能
C．电池的化学能转化为电能
D．火炉把房子烤暖
【学后反思】本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？