物理4 热力学第二定律综合训练题

这是一份物理4 热力学第二定律综合训练题，共14页。

1. （2023·全国·高三专题练习）下列宏观过程不能用热力学第二定律解释的是（ ）
A．大米和小米混合后小米能自发地填充到大米空隙中而经过一段时间大米、小米不会自动分开
B．将一滴红墨水滴入一杯清水中，会均匀扩散到整杯水中，经过一段时间，墨水和清水不会自动分开
C．冬季的夜晚，放在室外的物体随气温的降低，内能不会自发地转化为机械能而动起来
D．随着节能减排措施的不断完善，最终也不会使汽车热机的效率达到100%
2．（2023·全国·高三专题练习）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，在不产生其他影响的情况下，内能可以全部用来做功而转化成机械能
D．气体向真空的自由膨胀是可逆的
3．（2022·高三课时练习）根据热力学定律，下列说法错误的是（ ）
A．电冰箱的工作表明，热量可以从低温物体向高温物体传递
B．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
C．科技的不断进步使得人类有可能生产出从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化的热机
D．即使没有漏气、摩擦、不必要的散热等损失，热机也不可以把燃料产生的内能全部转化为机械能
4．（2023春·内蒙古赤峰·高二校考阶段练习）（多选）下面关于熵的说法中正确的是（ ）
A．在自然过程中一个孤立系统的总熵不会减小
B．热量只能由高温物体传递给低温物体
C．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
D．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是可能的
5．（2023·全国·高三专题练习）下列说法正确的是（ ）
A．一定质量的理想气体放出热量，则分子平均动能一定减少
B．热力学第二定律是反映宏观自然过程的方向性的定律
C．根据热力学第二定律可知，热机的效率不可能达到100%
D．一定质量的理想气体膨胀时对外界做了功，它的内能可能减少
6．（2023·天津·模拟预测）根据热学中的有关知识，判断下列说法中正确的是（ ）
A．机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部用来做功转化成机械能
B．自发的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的
C．尽管技术不断进步，热机的效率仍不能达到100%，制冷机却可以使温度降到－293℃
D．第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，随着科技的进步和发展，第二类永动机可以被制造出来
7．（2023·全国·高三专题练习）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，无论用任何办法都不可能加以消除
题组二 能源是有限的
8．（2021秋·吉林·高二统考学业考试）能源和环保问题是当今热门话题，以下选项属于清洁能源的是（ ）
A．太阳能B．柴薪C．煤炭D．石油
9．（2021秋·云南玉溪·高二阶段练习）下列说法不正确的是（ ）
A．利用太阳能、风能和氢能等能源替代化石能源，可减少环境污染
B．用纯电动汽车代替燃油汽车，可改善空气质量
C．能量是守恒的，我们不需要节约能源
D．能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性.能源的利用受这种方向性的制约，所以能源的利用是有条件的，也是有代价的
10．（2023秋·江西上饶·高二统考期末）（多选）关于能源的分类与应用，以下说法正确的是（ ）
A．煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能
B．煤、石油等常规能源是取之不尽、用之不竭的
C．煤、汽油是一种清洁能源
D．水能是可再生能源
11．（2021秋·全国·高二期末）（多选）关于能量和能源，下列说法正确的是（ ）
A．能量耗散会导致能量品质降低
B．可持续发展的核心是追求发展与资源、环境的平衡
C．煤炭、石油等石化能源是清洁的、可再生能源
D．能量在转化和转移过程中总量保持不变，所以没有必要节约能源
12．(多选)用两种不同材料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。关于这一现象的正确说法是( )
A．这一实验不违背热力学第二定律
B．在实验过程中，热水温度降低，冷水温度升高
C．在实验过程中，热水的内能全部转化成电能，电能则部分转化成冷水的内能
D．在实验过程中，热水的内能只有部分转化成电能，电能则全部转化成冷水的内能
13.图中汽缸内盛有一定质量的理想气体，汽缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与汽缸壁的接触是光滑的，但不漏气。现将活塞杆与外界连接使其缓慢地向右移动，这样气体将等温膨胀并通过杆对外做功。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．气体是从单一热库吸热，全用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律
B．气体是从单一热库吸热，但并未全用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律
C．气体是从单一热库吸热，全用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律
D．以上三种说法都不对
14．(多选)下列宏观过程能用热力学第二定律解释的是( )
A．大米和小米混合后，小米能自发地填充到大米空隙中，而经过一段时间大米、小米不会自动分开
B．将一滴红墨水滴入一杯清水中，会均匀扩散到整杯水中，经过一段时间，墨水和清水不会自动分开
C．冬季的夜晚，放在室外的物体随气温的降低，不会由内能自发地转化为机械能而动起来
D．随着节能减排措施的不断完善，最终也不会使汽车热机的效率达到100%
15．（2011·江苏·高考真题）如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有形状记忆合金制成的叶片，轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展面“划水”，推动转轮转动。离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动。下列说法正确的是（ ）
A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量
B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身
C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高
D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量
3.4热力学第二定律 分层作业
题组一 热力学第二定律
1. （2023·全国·高三专题练习）下列宏观过程不能用热力学第二定律解释的是（ ）
A．大米和小米混合后小米能自发地填充到大米空隙中而经过一段时间大米、小米不会自动分开
B．将一滴红墨水滴入一杯清水中，会均匀扩散到整杯水中，经过一段时间，墨水和清水不会自动分开
C．冬季的夜晚，放在室外的物体随气温的降低，内能不会自发地转化为机械能而动起来
D．随着节能减排措施的不断完善，最终也不会使汽车热机的效率达到100%
【答案】A
【详解】A．大米和小米混合后小米能自发地填充到大米空隙中，这种现象与温度无关，不是热现象，不能用热力学第二定律解释，A符合题意；
B．将一滴红墨水滴入一杯清水中，会均匀扩散到整杯水中，经过一段时间，墨水和清水不会自动分开，这种现象与温度有关，温度越高，分子运动越激烈，扩散越快，根据热力学第二定律，墨水和清水不会自动分开，B不符合题意；
C．冬季的夜晚，放在室外的物体随气温的降低，物体的内能减少，根据热力学第二定律，内能不会自发地转化为机械能而动起来，C不符合题意；
D．随着节能减排措施的不断完善，根据热力学第二定律，最终也不会使汽车热机的效率达到100%，D不符合题意。故选A。
2．（2023·全国·高三专题练习）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，在不产生其他影响的情况下，内能可以全部用来做功而转化成机械能
D．气体向真空的自由膨胀是可逆的
【答案】B
【详解】A．符合能量守恒定律，但违背热力学第二定律的宏观过程不能发生，A错误；
B．根据热力学第二定律可知热现象具有方向性，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，B正确；
C．机械能可以全部转化为内能，在不产生其他影响的情况下，内能无法全部用来做功而转化成机械能，C错误；
D．根据热力学第二定律可知热现象具有方向性，气体向真空的自由膨胀是不可逆的，D错误。故选B。
3．（2022·高三课时练习）根据热力学定律，下列说法错误的是（ ）
A．电冰箱的工作表明，热量可以从低温物体向高温物体传递
B．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
C．科技的不断进步使得人类有可能生产出从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化的热机
D．即使没有漏气、摩擦、不必要的散热等损失，热机也不可以把燃料产生的内能全部转化为机械能
【答案】C
【详解】A．热量可以在外界做功的情况下从低温物体向高温物体传递，但不能自发进行，故A正确，不符合题意；
B．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，故B正确，不符合题意；
C．不可能从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化，故C错误，符合题意；
D．根据热力学第二定律，即使没有漏气、摩擦、不必要的散热等损失，热机也不可以把燃料产生的内能全部转化为机械能，故D正确，不符合题意。故选C。
4．（2023春·内蒙古赤峰·高二校考阶段练习）（多选）下面关于熵的说法中正确的是（ ）
A．在自然过程中一个孤立系统的总熵不会减小
B．热量只能由高温物体传递给低温物体
C．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
D．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是可能的
【答案】AD
【详解】A．根据热力学第二定律可知，在自然过程中一个孤立系统的总熵不会减小，故A正确；
B．热量在自发过程中只能由高温物体传递给低温物体，故B错误；
C．第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，故C错误；
D．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是可能的，故D正确。故选AD。
5．（2023·全国·高三专题练习）下列说法正确的是（ ）
A．一定质量的理想气体放出热量，则分子平均动能一定减少
B．热力学第二定律是反映宏观自然过程的方向性的定律
C．根据热力学第二定律可知，热机的效率不可能达到100%
D．一定质量的理想气体膨胀时对外界做了功，它的内能可能减少
【答案】BCD
【详解】A．根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，一定质量的理想气体放出热量，Q为负值，但若外界同时对气体做功，W为正，则其内能不一定减少，分子平均动能不一定减少，A错误；
B．热力学第二定律就是反映宏观自然过程的方向性的定律，B正确；
C．由热力学第二定律的开尔文表述可知热机的效率不可能达到100%，C正确；
D．一定质量的理想气体膨胀时对外界做功，W为负值，当吸热Q＜|－W|时内能减小，当吸热Q＞|－W|时内能增大，当吸热Q＝|－W|时内能不变，故它的内能可能减少，D正确。故选BCD。
6．（2023·天津·模拟预测）根据热学中的有关知识，判断下列说法中正确的是（ ）
A．机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部用来做功转化成机械能
B．自发的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的
C．尽管技术不断进步，热机的效率仍不能达到100%，制冷机却可以使温度降到－293℃
D．第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，随着科技的进步和发展，第二类永动机可以被制造出来
【答案】AB
【详解】A．机械能可以全部转化为内能，而内能也可以全部转化为机械能，只是在这个过程中会引起其他变化，A正确；
B．根据热力学第二定律可知，自发的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的，B正确；
C．根据热力学第三定律可知，制冷机也不能使温度降到－293℃（低于绝对零度），C错误；
D．第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，但违背了热力学第二定律，第二类永动机不可能被制造出来，D错误。故选AB。
7．（2023·全国·高三专题练习）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，无论用任何办法都不可能加以消除
【答案】BD
【详解】C．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，是能量守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，故C错误；
AB．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，故A错误，B正确；
D．压缩机工作时会发热，将一部分电能转化为内能消耗掉，这种影响没法消除，故D正确。故选BD。
题组二 能源是有限的
8．（2021秋·吉林·高二统考学业考试）能源和环保问题是当今热门话题，以下选项属于清洁能源的是（ ）
A．太阳能B．柴薪C．煤炭D．石油
【答案】A
【详解】A．太阳能在使用时，不会对环境造成污染，属于清洁能源，A正确；
B．柴薪燃烧时能产生一氧化碳等空气污染物，不属于清洁能源，B错误；
C．煤在燃烧时能产生二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物等空气污染物，不属于清洁能源，C错误；
D．石油在燃烧时能产生二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物等空气污染物，不属于清洁能源，D错误。故选A。
9．（2021秋·云南玉溪·高二阶段练习）下列说法不正确的是（ ）
A．利用太阳能、风能和氢能等能源替代化石能源，可减少环境污染
B．用纯电动汽车代替燃油汽车，可改善空气质量
C．能量是守恒的，我们不需要节约能源
D．能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性.能源的利用受这种方向性的制约，所以能源的利用是有条件的，也是有代价的
【答案】C
【详解】A．利用太阳能、风能和氢能等能源替代化石能源，可减少环境污染，选项A正确，不符合题意；
B．用纯电动汽车代替燃油汽车，能减小尾气的排除，可改善空气质量，选项B正确，不符合题意；
C．能量虽然是守恒的，但是可利用的能源越来越少，所以我们需要节约能源，选项C错误，符合题意；
D．能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性；能源的利用受这种方向性的制约，所以能源的利用是有条件的，也是有代价的，选项D正确，不符合题意。故选C。
10．（2023秋·江西上饶·高二统考期末）（多选）关于能源的分类与应用，以下说法正确的是（ ）
A．煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能
B．煤、石油等常规能源是取之不尽、用之不竭的
C．煤、汽油是一种清洁能源
D．水能是可再生能源
【答案】AD
【详解】A．煤、石油.天然气等化石燃料，是由古代动植物的遗体转化来的，而动植物体内的能量最初都可以追溯到太阳能，A正确；
B．煤、石油等常规能源是不可再生资源，更是有限的。B错误；
C．煤、汽油燃烧过程中都会产生有害物质（有毒气体），C错误；
D． 水能是可再生能源，D正确。故选AD。
11．（2021秋·全国·高二期末）（多选）关于能量和能源，下列说法正确的是（ ）
A．能量耗散会导致能量品质降低
B．可持续发展的核心是追求发展与资源、环境的平衡
C．煤炭、石油等石化能源是清洁的、可再生能源
D．能量在转化和转移过程中总量保持不变，所以没有必要节约能源
【答案】AB
【详解】A．能量在转化和转移过程中，其总量保持不变，但品质越来越差，即可利用率越来越低，故A正确；
B．可持续发展的核心是追求发展与资源、环境的平衡，故B正确；
C．煤炭、石油等石化能源是不可再生能源，故C错误；
D．能量在转化和转移过程中总量保持不变，但能量的转化具有方向性，所以需要节约能源，故D错误。故选A B。
12．(多选)用两种不同材料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。关于这一现象的正确说法是( )
A．这一实验不违背热力学第二定律
B．在实验过程中，热水温度降低，冷水温度升高
C．在实验过程中，热水的内能全部转化成电能，电能则部分转化成冷水的内能
D．在实验过程中，热水的内能只有部分转化成电能，电能则全部转化成冷水的内能
【答案】AB
【详解】自然界中的任何自然现象或过程都不违反热力学定律，本实验现象也不违反热力学第二定律，A正确；在实验过程中，热水中的内能除转化为电能外，还通过传热、电流的热效应使金属丝及冷水的温度升高，热水的温度降低，所以内能没有全部转化为电能，电能除转化为冷水的内能外，还有部分转化成了金属丝的内能，B正确，C、D错误。
13.图中汽缸内盛有一定质量的理想气体，汽缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与汽缸壁的接触是光滑的，但不漏气。现将活塞杆与外界连接使其缓慢地向右移动，这样气体将等温膨胀并通过杆对外做功。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．气体是从单一热库吸热，全用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律
B．气体是从单一热库吸热，但并未全用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律
C．气体是从单一热库吸热，全用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律
D．以上三种说法都不对
【答案】C
【详解】“汽缸壁是导热的，缸外环境保持恒温”说明气体内能不变，因此气体吸收的热量全部用来对外做功，但这并不违背热力学第二定律，因为有外力控制着，活塞缓慢移动。故C正确。
14．(多选)下列宏观过程能用热力学第二定律解释的是( )
A．大米和小米混合后，小米能自发地填充到大米空隙中，而经过一段时间大米、小米不会自动分开
B．将一滴红墨水滴入一杯清水中，会均匀扩散到整杯水中，经过一段时间，墨水和清水不会自动分开
C．冬季的夜晚，放在室外的物体随气温的降低，不会由内能自发地转化为机械能而动起来
D．随着节能减排措施的不断完善，最终也不会使汽车热机的效率达到100%
【答案】BCD
【详解】热力学第二定律反映的是与热现象有关的宏观过程的方向性的规律，A不属于热现象，错误；由热力学第二定律可知B、C、D正确。
15．（2011·江苏·高考真题）如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有形状记忆合金制成的叶片，轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展面“划水”，推动转轮转动。离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动。下列说法正确的是（ ）
A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量
B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身
C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高
D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量
【答案】D
【详解】A．转轮转动的过程中克服摩擦力做功，转轮的速度越来越小，所以要维持转轮转动需要外力做功，故A错误；
B．要维持转轮转动需要外力做功，转轮转动所需能量不能由转轮自己提供，故B错误；
C．转动的叶片不断搅动热水的过程是水对转轮做功的过程，同时水会向四周放出热量，根据热力学第一定律可知水的内能减小，故水温降低，故C错误；
D．根据热力学第二定律，物体不可能从单一热源吸收能量全部用来对外做功而不引起其变化，故叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量，故D正确。
故选D。