鲁科版 (2019)选择性必修 第三册热力学第二定律优质学案

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▉题型1 热力学第二定律的不同表述与理解
【知识点的认识】
热力学第二定律
1．热传导的方向性
①热量可以自发地从高温物体传递给低温物体．
②热量从低温物体传递给高温物体，必须借助外界的帮助．
2．机械能内能转化方向性
①热机
定义：把内能转化为机械能的机器．
能量：Q1＝W+Q2
效率：η=WQ1＜100%
②机械能可以自发地全部转化为内能，而内能全部转化为机械能必须受外界影响或引起外界变化．
3．第二类永动机不可制成
①定义：从单一热源吸收的热量，可以全部用来做功，而不引起其他变化的机器．即：效率η＝100%的机器．
②原因：违背了热力学第二定律，但没有违背能量守恒定律
4．热力学第二定律
①两种表述：
Ⅰ．不可能使热量从低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化．
Ⅱ．不可能从单一热源吸收热量并全部用来做功，而不引起其他变化．
②实质：自然界中涉及到的热现象的宏观过程都具有方向性．
③热力学第二定律是独立于第一定律的．
5．能量耗散
①定义：无法重新收集和利用的能量，这种现象为能量耗散．
②反映了热现象宏观过程的方向性．
1．如图所示，电水壶中装有温度为0℃的水，现对水加热使其温度从0℃上升到4℃，此过程中水的体积随着温度的升高反而减小，这种现象称为“反常膨胀”。在水“反常膨胀”的过程中，体积虽然减小，但所有水分子间的总势能是增大的，关于此过程，下列说法正确的是（ ）
A．每个水分子的动能均增加
B．分子力对水分子做正功
C．整壶水的内能增加
D．水温从0℃上升到4℃，这说明热量可以自发地从低温物体传到高温物体
2．关于下列热现象的说法，正确的是（ ）
A．小草上的露珠呈球形，其主要原因是液体表面张力的作用
B．给自行车轮胎打气很吃力，这是因为气体分子之间存在斥力
C．阳光从缝隙射入教室，从“光柱”中看到尘埃的运动就是布朗运动
D．夏天空调制冷时，热量能够自发从低温的室内传递到高温的室外
3．下列说法正确的是（ ）
A．制作一个装置从海水中吸收热量并全部用来做功是可行的
B．可发明一种制冷设备，使温度降至绝对零度
C．汽车尾气中各类有害气体排入大气后严重污染了空气，可想办法使它们自发地分离，既清洁了空气，又变废为宝
D．空间站气闸舱散逸到太空的空气无法自动回到气闸舱重复利用
4．下列说法正确的是（ ）
A．一个气体分子的体积等于该气体的摩尔体积与阿伏加德罗常量的比值
B．显微镜下观察到的墨水中的小炭粒所做的无规则运动是由于固体颗粒分子的无规则运动引起的
C．当分子间距离减小时，一定克服分子力做功
D．分子的扩散现象是不可逆的
5．对于以下教材中配图说明，说法正确的是（ ）
A．甲图为油膜法估算分子直径的实验图实验中需将痱子粉撒得尽量厚一些
B．乙图为布朗运动产生原因示意图。则微粒越大，液体分子沿各方向撞击它的数量越多，布朗运动越明显
C．丙图为模拟气体压强产生机理实验图。说明气体压强是由大量气体分子对器壁频繁碰撞产生的
D．丁图为热机工作时的能流分配图。说明热机的效率可能达到100%
6．如图所示，两个相通的容器P、Q间装有阀门K，P中充满气体，Q为真空，整个系统与外界没有热交换，打开阀门K后，P中的气体进入Q中，最终达到平衡，则（ ）
A．容器中气体的内能减少
B．容器中气体分子的平均动能增加
C．容器中气体分子的数密度减小
D．Q中的气体能自发地全部退回到P中去
7．下列说法正确的是（ ）
A．冰箱能使热量从低温物体传递到高温物体，因此不遵循热力学第二定律
B．自发的热传导是可逆的
C．可以通过给物体加热而使它运动起来，但不产生其他影响
D．气体向真空膨胀具有方向性
8．根据热力学定律，下列说法正确的有（ ）
A．一切符合能量守恒定律的宏观过程都能发生
B．对能源的过度消耗使自然界的能量不断减少，形成“能源危机”
C．空调在制冷的过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量
D．热机工作时如果没有漏气和摩擦，也没有机体热量的损失，燃料燃烧产生的热量是可以完全转化成机械能的
9．校园科技节活动中，水火箭吸引了同学们的关注，水火箭又称气压式喷水火箭，由饮料瓶、装入瓶内的水及密闭气体（可视为理想气体）组成。发射前，往瓶内注入一定体积的水，然后使用打气筒向水火箭内部加入一定体积的气体，按下发射按钮，箭体可发射至高空。若充气和放气过程气体温度均不变，忽略空气阻力、瓶身和水的体积变化，整个装置气密性良好。下列说法正确的是（ ）
A．充气过程中，瓶内密闭的气体压强将变小
B．充气过程中，瓶内密闭的气体分子的平均动能将增加
C．在发射过程，封闭气体的内能全部转化为水的机械能
D．在发射过程，单位时间容器内壁单位面积受到气体分子的撞击次数将减小
10．气闸舱是载人航天器中供航天员进入太空或由太空返回时所使用的气密性装置，其原理图如图所示。座舱A与气闸舱B之间装有阀门K，座舱A中充满空气，气闸舱B内为真空。航天员从太空返回气闸舱时，打开阀门K，A中的气体进入B中，最终达到平衡。假设此过程中系统与外界没有热交换，舱内气体可视为理想气体，则（ ）
A．气体体积膨胀，对外做功，内能减小
B．B中气体可自发地全部退回到A中
C．在自由膨胀过程中，所有气体分子的运动方向相同
D．气体分子单位时间内与A舱壁单位面积上的碰撞次数将减少
11．下列说法正确的是（ ）
A．一定质量的理想气体吸热时，其温度一定升高
B．第一类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律
C．当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大
D．一定质量的气体，在压强不变时，分子每秒对器壁单位面积平均碰撞次数随着温度降低而减少
12．关于热力学定律，下列说法错误的是（ ）
A．做功与传热对改变系统的内能是等价的
B．热力学第一定律实际上是内能与其他形式能量发生转化时的能量守恒定律
C．一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆的
D．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
13．2022年4月16号上午，神舟13号飞船在内蒙古东风着陆场顺利降落，气闸舱是实验舱中供航天员进入太空或由太空返回用的气密性装置。气闸舱的工作原理简化图如图所示，座舱A充满一定质量的理想气体，座舱B内为真空。打开阀门K，气体会自发扩散至B中，气体最终达到平衡，整个系统不漏气且与外界没有热交换，下列说法正确的是（ ）
A．平衡后，气体系统的熵值在减小
B．座舱A中气体自发扩散过程中，气体对外做功，内能减小
C．平衡后，座舱B中气体可能自发的全部回到座舱A中
D．平衡后，气体分子单位时间内，与器壁单位面积的碰撞次数减少
14．根据所学的热学的有关知识，判断下列说法中正确的是（ ）
A．机械能可以全部转化为内能，内能也可以自发地全部转化成机械能
B．凡与热现象有关的自发的宏观过程都具有方向性。在热传递中，热量能够从高温物体传递给低温物体，但不能自发地从低温物体传递给高温物体
C．随着技术不断进步，制冷机可以使温度降到﹣300℃
D．满足能量守恒定律的物理过程都能自发进行
15．在日常生活中，将面制品悬放在水中煮，不会发黄，变焦，而悬放在油中加热，则会发黄、变焦．这一现象说明（ ）
A．油放出的热量比水多B．油的比热比水大
C．油的沸点比水高D．油的传热性能比水强
16．下列有关热力学定律的说法正确的是（ ）
A．热量可以自发地从低温物体传到高温物体
B．做功与热传递是改变内能的两种方式
C．黄河的水能是取之不尽，用之不竭的
D．内能可以全部转化成机械能而不产生其他影响
17．下列说法正确的是（ ）
A．布朗运动反映了花粉小颗粒内部分子的无规则运动
B．两个分子甲和乙距离变化过程中，只要两分子克服分子力做功，则分子势能一定增加
C．电冰箱能把热量从低温的箱内传到高温的箱外，违背了热力学第二定律
D．0℃的铁和0℃的冰，它们的内能相同
18．下列有关热学现象的说法正确的是（ ）
A．双手互相摩擦发热的现象是用热传递的方法来改变物体内能的
B．在散热的条件下被压缩的气体内能一定增加
C．第二类永动机不违反热力学第二定律，只违反热力学第一定律
D．宏观与热现象有关的自发的物理过程都是不可逆的
19．如图甲是在显微镜下追踪一粒小炭粒的运动，每隔30s记录炭粒的位置并连线得到的图线；图乙为热机工作时的能流分配示意图；图丙为用热熨斗在棉纸上来回烫熨来去除凝固在衣料上的蜡迹；分子间作用力F与分子间距离r，的关系如图丁所示。下列说法正确的是（ ）
A．图甲中，图线表明炭粒分子的运动是无规则的
B．根据图乙可知，热机的效率可能达到100%
C．图丙中，由于棉纸的毛细现象，当蜡受热熔化成液体后，它们就会被棉纸吸掉
D．图丁中，相距较远的两个分子距离减小到r0的过程中，分子势能先增大后减少
20．关于热学的说法中，下列表述正确的是（ ）
A．花粉颗粒在液体中的布朗运动，是由于花粉颗粒内部分子无规则热运动引起的
B．冰箱在制冷过程中，能将热量从温度低的物体传到温度高的物体，所以冰箱工作时不遵守热力学第二定律
C．在完全失重的状态下，密闭容器对容器壁压强为零
D．在绝热过程中，外界对一定质量的理想气体做功，气体的内能必然增加
21．如图所示，这是中国传统玩具饮水鸟。在鸟的面前放上一杯水，用手把鸟嘴浸到水里，“喝”了一口后，又直立起来。之后，无需人的干预，小鸟直立一会儿就会自己俯下身去使鸟嘴浸入水中“喝”水，然后又会直立起来。就这样周而复始，小鸟不停地点头“喝”水，则下列说法正确的是（ ）
A．饮水鸟上下运动的能量来源于周围空气的内能
B．水杯中的水干了之后，小鸟还能点头“喝”水
C．这种玩具饮水鸟是一架永动机
D．此现象违背了热力学第二定律
22．电冰箱由压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器四个部分组成一个密闭的连通系统，制冷剂在连通系统内循环流经这四个部分。各部分的温度和压强如图所示，则下列说法正确的是（ ）
A．制冷剂在蒸发器中的状态可以看成理想气体
B．该过程实现了热量从低温物体向高温物体传递，符合热力学第二定律
C．冷凝器向环境散失的热量可能小于蒸发器从冰箱内吸收的热量
D．制冷剂在通过冷凝器的过程中分子势能和分子动能都增大
23．“奋斗号”潜水器2020年成功坐底马里亚纳海沟，标志着我国载人深潜技术已达世界领先水平。现利用固定在潜水器体外的一个密闭气缸做验证性实验：如图，气缸内封闭一定质量的理想气体，轻质导热活塞可自由移动。在潜水器缓慢下潜的过程中，海水温度逐渐降低，则此过程中理论上被封闭的气体（ ）
A．从外界吸热
B．压强与潜水器下潜的深度成正比
C．体积与潜水器下潜的深度成反比
D．单位时间内气体分子撞击单位面积器壁的次数增多
（多选）24．下列说法中正确的是（ ）
A．放过煤的混凝土地面下一定深度内都有黑色颗粒，说明煤分子在做无规则的热运动
B．分子间表现为斥力时，分子间距离越小，分子势能越小
C．热量不能从低温物体传到高温物体
D．在绝热条件下压缩气体，气体的内能一定增加
E．有的物质微粒能够按照不同规则在空间分布，在不同条件下能够生成不同的晶体
（多选）25．下列说法正确的是（ ）
A．布朗运动就是液体分子的无规测热运动
B．温度相同的氢气和氧气，它们分子的平均速率不同
C．空调既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性
D．由同种元素构成的固体，可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体
E．荷叶上的露珠几乎呈球形是由于表面张力的作用
（多选）26．下列说法正确的是（ ）
A．液体的表面张力方向与液面相切
B．热量能自发地从低温物体传递到高温物体
C．分子间相互作用的引力和斥力总是同时存在的
D．晶体发生物态变化时，其温度保持不变
E．扩散现象证明分子间有间隙，但不能证明分子总是在永不停息地做无规则运动
（多选）27．下列说法正确的是（ ）
A．水管中水的流速越大，水分子的热运动越剧烈
B．单晶体和多晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点
C．当分子间的距离增大时，分子间的引力和斥力都减小，分子力可能先增大后减小
D．物体对外界做功同时吸收热量，物体的内能不可能减小
E．一切与热现象有关的宏观自然过程都具有方向性，是不可逆的
（多选）28．下列说法正确的是（ ）
A．物体中分子热运动动能的总和等于物体的内能
B．橡胶无固定熔点，是非晶体
C．饱和汽压与分子密度有关，与温度无关
D．热机的效率总小于1
E．对于同一种气体，温度越高，分子平均动能越大
（多选）29．关于热力学定律，下列说法正确的是（ ）
A．为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量
B．对某物体做功，必定会使该物体的内能增加
C．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功
D．不可能使热量从低温物体传向高温物体
E．功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程
（多选）30．下列说法正确的是（ ）
A．当分子间的作用力表现为斥力时，分子间的距离越小，分子势能越大
B．0℃的冰融化为0℃的水需要吸热，该过程中分子的平均动能增大
C．彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点
D．所有符合能量守恒定律的宏观过程都能真实发生
（多选）31．下列说法中正确的是（ ）
A．布朗运动反映的是液体分子的无规则运动
B．根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体
C．气体对容器壁的压强是由于大量气体分子对器壁的碰撞作用产生的
D．运送沙子的卡车停于水平地面，在缓慢卸沙过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内气体从外界吸热
E．晶体的物理性质都是各向异性的
（多选）32．如图所示，导热的汽缸固定在水平地面上，用活塞把一定质量的理想气体封闭在汽缸中，汽缸的内壁光滑．现用水平外力F作用于活塞杆，使活塞缓慢地向右移动，由状态①变化到状态②，在此过程中，如果环境温度保持不变，下列说法正确的是（ ）
A．气体分子平均动能不变
B．气体内能减少
C．气体吸收热量
D．气体内能不变，却对外做功，此过程违反热力学第一定律，不可能实现
E．气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律
（多选）33．以下说法中正确的是（ ）
A．热传递和扩散现象都具有方向性
B．若液态水凝结成冰后，水分子的热运动也不会停止
C．只要具有规则几何形状的物体就是晶体
D．悬浮在空气中的携带新冠病毒的气溶胶 （aersl） 颗粒所做的运动是布朗运动
E．只要能增加气体分子热运动的剧烈程度，气体的温度就可以升高
（多选）34．下列说法中正确的是（ ）
A．气体放出热量，其分子的平均动能可能增大
B．第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第一定律
C．当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大
D．某气体的摩尔体积为V，每个分子的体积为V0，则阿伏加德罗常数可表示为NA=VV0
E．布朗运动不是液体分子的运动，但它可以说明分子在永不停息地做无规则运动
（多选）35．下列说法正确的是 （ ）
A．花粉在液体中做布朗运动的剧烈程度只与花粉颗粒的大小有关
B．分子间的引力和斥力同时存在，且均随分子间距离的增大而减小
C．0℃的冰融化成0℃的水的过程中，水分子热运动的平均动能不变
D．一定质量的理想气体在等温压缩过程中，一定对外界放出了热量
E．冰箱能够将热量从低温物体传递到高温物体，所以它不遵循热力学第二定律
▉题型2 第二类永动机不可能制成
【知识点的认识】
1.第一类永动机不可能制成的原因是违背了能量守恒定律．
2.第二类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第二定律．
3.两类永动机的比较
36．下列说法中正确的是（ ）
A．在绝热条件下压缩气体，气体的内能一定增加
B．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
C．第二类永动机不违反能量守恒定律，所以它是能制造出来的
D．若一定质量的理想气体在被压缩的同时放出热量，则气体内能一定减小
37．关于热学知识，下列说法正确的是（ ）
A．尽管科技不断进步，热机的效率仍不能达到100%，制冷机却可以使温度降到﹣293℃
B．单晶体的光学性质一定各向异性
C．第二类永动机不可能制成是因为违背了热力学第一定律
D．若某固体气凝胶的密度为ρ，摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA，在忽略分子间隙的情况下，每个气凝胶分子的直径为36MπρNA
38．下列说法正确的是（ ）
A．第二类永动机不可能制成，是因为违反了能量守恒定律
B．物理性质表现为各向同性的固体一定是非晶体
C．如图所示，液体在器壁附近的液面发生弯曲的现象，表面层Ⅰ内分子的分布比液体内部疏
D．一定质量的0℃的冰融化成0℃的水，分子势能减小题型1 热力学第二定律的不同表述与理解
题型2 第二类永动机不可能制成