高考物理一轮复习热力学第二定律热力学第二定律的微观解释课时作业含答案.docx

1、1 2020 届一轮复习人教版 热力学第二定律 热力学第二定律的微观解 释 课时作业 1 隔板将绝热的汽缸分为 A、 B 两部分，A 内充有气体，B 内为真空 (如图甲 )。 现把隔板抽去， A 中的气体自动充满整个容器 (如图乙 )， 这个过程称为气体的自由 膨胀。下列说法正确的是 ( ) 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 答案 C 解析 自由膨胀时，气体并不对外做功，绝热容器又没有热量交换，所以内 能不变，则气体的温度保持不变。故选 C。 2下列说法 中

2、，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 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 答案 C 解析 热力学第二定律反映的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，关键是否还产生其他影响， B 错误；气体扩散过程具有方向性， C 正确。 3 (多选 )以下说法正确的是 ( ) A 电冰箱内的食品温度比室内温度低， 说明在一定条件下热传导也可以由低 2 温物体向高温物体进行 B 内能可以转化为机械能 C 能 量 的 耗 散 否 定 了 能 量 的 转 化

3、 与 守 恒 定 律 D能量的耗散说明自然界的宏观过程有方向性 答案 BD 解析 热量从低温物体向高温物体传递，必须得通过做功等物理过程，电冰 箱制冷的过程电流做功，故 A 错误；在一定条件下，内能可以转化为机械能， B 正确；能量的耗散正说明了能量的转化与守恒，耗散的能量转化为物体的内能， 这个过程有方向性， 故 C 错误，D 正确。 4. 下列说法正确的是 ( ) A. 热量只能从内能高的物体传递给内能低的物体， 而不能从内能低的物体传 递给内 能高的物体 B. 热机的效率之所以小于 100%， 是因为设计、制造得不够好 C因为 能量守恒，所以不会存在能源危机 D 以上说法均不正确 答案

4、D 解析 能发生热传递的条件是存在温度差，而不是内能差，与物体内能的大 小无关，内能与温度是两个完全不同的概念，内能大的物体温度不一定高，故 A 错误；根据热机的原理，任何热机都不可能把它得到的内能完全转化为机械能， 它工作时，总要向低温热源 (冷凝器等 )放热，故热机的效率总小于 100%， 与设计 制 造的好坏无关，故 B 错误；能源是提供能量的资源，如煤、石油等，在人们利用能源的过程中， 从能源物质中获得的能量一部分转化为人们需要的机械能，一 部分以热量形式向外界放出，这些损失掉的能量无法回收再利用，又由于宏观现 象的不可逆性，即使宇 宙间的总能量守恒，最终也会造成可利用的资源越来越少，

5、 人类面临能源危机，故 C 错误，D 正确。 3 5. 第二类永动机 (“可能”或“不可能” )制成，这种永动机 (“违反”或“不违反” )能量守恒定律， 但机械能和内能的转化过程具有 ，机械能 (“可以”或“不可以” )全部转化成内能，内能 (“可以”或“不可以” )全部转化成机械能，而不引起其他影响。 答案 不可能 不违反 方向性 可以 不可以 解析 第二类永动机违反热力学第二定律，不违反能量守恒定律。 6. 热力学第二定律常见的表述有以下两种： 第一种表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体； 第二种表述：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。 图甲是根据热力学

6、第二定律的第一种表述画出的示意图：外界对制冷机做功， 使热量从低温物体传 递到高温物体。请你根据第二种表述完成示意图乙。根据你 的理解，热力学第二定律的实质是 。 4 答案 如图所示 一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性 解析 从高温物体向低温物体传递热量是通过热机的做功来完成的，热机应 5 对外界做功。 7. “热 量 能 够 从 高 温 物 体 传 到 低 温 物 体 ， 但 不 能 从 低 温 物 体 传 到 高 温 物 体 ” 这一说法是否正确？ 为什么？ 答案 这一说法是不正确的，热力学第二定律是说热量不能自发地从低温物 体传向高温物体。 此说法中略去了“自发地”，通过外力做功可以

7、把热量从低温物体传递到高温物体，例如电冰箱制冷。 知识点二 热力学第二定律的微观解释 8 (多选 )下列关于熵的观点中，正确的是 ( ) A 熵越大，代表系统分子运动越无序 B. 熵较大的宏观状态就是无序程度很小的宏观状态，也就是出现概率较小的 宏观状态 C. 在孤立系统中，一个自发的过程总是向熵减少的方向进行 D. 热力学第二定律的微观实质是熵是增加的， 因此热力学第二定律又叫熵增 加原理 答案 AD 解析 熵是分子运动无序程度的量度， 分子运动无序程度越大， 熵越大，故 A 正确；熵是物体内分子运动无序程度的量度，则熵较大的宏观状态就是无序程度 较大的宏观状态，也就是出现概率较大的宏观状态

8、，故 B 错误；在孤立系统中， 一个自发 的过程总是向熵增加的方向进行，总熵不会减小，故 C 错误；热力学第二定律的微 观实质是：孤立系统中的熵总是不会减少的，故 D 正确。故选 A、 D。 9 (多选 )关于有序和无序，下列说法正确的是 ( ) A有序和无序不是绝对的 B 一 个 “宏 观 态 ”可 能 对 应 着 许 多 的 “微 观 态 ” C一个“宏观态 ”对应着唯一的“微 观态” D 无序意味着各处一样、平均、没有差别 答案 ABD 解析 无序意味着各处都一样，平均、没有差别，有序则相反。有序和无序 6 是相对的。系统的宏观状态对应的微观态的多少表现为宏观态无序程度的大小， 一个“

9、宏观态”可能 对应着许多的 “ 微观态 ”。故 A、B、D 正确。 10下面关于熵的有关说法错误的是 ( ) A 熵 是 系 统 内 分 子 运 动 无 序 性 的 量 度 B在自然 过程中熵总是增加的 C热力学第二定律也叫做 熵减小原理D 熵值越大代表着越为无序 答案 C 解析 如果过程是可逆的，则熵不变；如果不可逆，则熵是增加的，而且一 切自然过程都是沿 着分子热运动的无序性增大的方向进行， C 错误。 11(多选 )根据对熵的理解，下列说法正确的是 ( ) A. 一 个 玻 璃 杯 破 碎 后 ， 玻 璃 渣 混 乱 地 散 落 一 地 ， 此 时 无 序 性 增 加 ， 我 们 也 说

10、 熵增加 B. 一 滴 红 墨 水 滴 到 一 杯 清 水 中 ， 红 墨 水 分 子 迅 速 扩 散 ， 直 至 均 匀 ， 此 时 无 序 性增加，我们也说熵 增加了 C. 下 课 铃 响 了 ， 同 学 们 纷 纷 走 出 教 室 来 到 操 场 ， 进 行 课 外 活 动 ， 此 时 无 序 性 增加，我们也说熵增 加了 D. 植物生长是通过光合作用将二氧化碳和水转化为葡萄糖， 显然是更为有序 了，但熵还是增加了 答案 ABC 解析 玻璃杯开始是完整的，显得很有序，但当玻璃杯破碎后，玻璃渣混乱 地散落一地，此时 无序性增加了，根据热力学第二定律的微观解释可知玻璃杯的 无序性增加了，也称

11、玻璃杯这个系统的熵增加了，故 A 正确，同理可知 B、 C 正 确；植物生长是通过光合作用将二氧化碳和水转化为葡萄糖，显然是更为有序了， 熵是减小了，故 D 错 误。 12如图所示，质量、温度相同的水，分别处于固态、液态和气态三种状态 下，它们的熵的大小有什么关系？为什么？ 7 答案 气态熵最大，液态次之，固态熵最小 原因见解析 解析 根据大量分子运动对系统无序程度的影响，热力学第二定律又有一种 表述：由大量分子 组成的系统自发变化时，总是向着无序程度增大的方向发展， 至少无序程度不会减少。这也就是说，任 何一个系统自发变化时，系统的熵要么增加，要么不变，但不会减少。质量相同、温度相同的水，可

12、以 由固态自发地向液态、气态转化，所以，气态时的熵最大，其次是液态，固态时的熵最小。 提升训练 一、选择题 1关于两类永动机和热力学两大定律，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热力学第一定律 B 第一类永动机不可能 制成是因为违反了热力学第二定律 C. 由 热 力 学 第 一 定 律 可 知 做 功 不 一 定 改 变 内 能 ， 热 传 递 也 不 一 定 改 变 内 能 ， 但同时做功和热传 递一定会改变内能 D. 由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的， 从单一热 库 吸收热量，完全变成功也是可能的 答案 D 解析 第一类永动机违反能量守恒

13、定律，第二类永动机违反热力学第二定律， A、 B 错误；由热力学 第一定律可知 W0， Q0， 但 U W Q 可以等于 0，C 错误；由热力学第二定律可知 D 中现象是可能 的， 但不引起其他变化是不可能的， D 正确。 2 (多选 )根据热力学第二定律，下列判断正确的是 ( ) 8 A 热机中燃气的内能不可能全部变成机械能 B 电流的能不可能全部变 成内能 C在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变成电能 D 在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体 答案 ACD 解析 凡是与热现象有关的宏观现象都具有方向性，无论采用任何设备和手段进行能量转化，总 遵循 “机械能可全部转化为内能

14、，而内能不能全部转化为机 械能 ”的规律，故 A 正确；火力发电机发电时，能量转化的过程为内能 机械能 电能，因为内能 机械能的转化过程中会对外放热，燃气的内能不能全部变成电能，C 正确；热量从低 温物体传给高温物体不能自发地进行，必须有外界做功， 结果会带来其他影响，故 D 正确；由电流热 效应的焦耳定律可知，电功可全部转化为内能，故 B 错误。 3 (多选 )关于热力学第二定律的微观意义，下列说法正确的是 ( ) A. 大量分子无规则的热运动能够自动转变为有序运动 B. 热传递的自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程 C 热 传 递 的 自 然 过 程 是 大 量 分 子

15、 从 无 序 程 度 小 的 运 动 状 态 向 无 序 程 度 大 的 运 动状态转化的过程 D 一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行 答案 CD 解析 分子热运动是大量分子的无规则运动，系统的一个宏观过程包含着大 量的微观状态，这 是一个无序的运动，根据熵增加原理，热运动的结果只能使分子热运动更加无序，而不是变成了有序， 热传递的自然过程从微观上讲就是大量 分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程，故选 C、 D。 4随着世界经济的快速发展，能源短缺问题日显突出，已对各国人民的日常 生活造成了各种影响， 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

16、转化的说法中正确的是 ( ) 9 A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B 只 要 对 内 燃 机 不 断 改 进 ， 就 可 以 把 内 燃 机 得 到 的 全 部 内 能 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 答案 A 解析 由热力学第二定律的开尔文表述可知 A 正确；热机效率总低于 100%， 故 B 错误；满足能量守恒定律的过程未必能自发进行，故 C 错误；由热力学第一定律 U WQ 可知， W0， U 不一定大于 0，即内能不一定增加，故 D 错误。 5 (多选 )对“覆水难收”的叙述正确

17、的是 ( ) A. 盛在盆中的水是一种宏观态，因盆的因素，对应的微观态数目较少，较为 有序 B. 盛在盆中的水是一种宏观态，因盆的因素，对应的微观态数目较多，较为 无序 C. 泼出的水是一种宏观态，因不受器具的限制，对应的微观态数目较多，较 为无序 D. 泼 出 的 水 是 一 种 宏 观 态 ， 因 不 受 器 具 的 限 制 ， 对 应 的 微 观 态 数 目 较 少 ， 较 为有序 答案 AC 解析 一切自然过程总是从有序转化成无序，因此盆中的水是有序的，泼出 去的水是无序的， 故选项 A、 C 正确。 6 (多选 )下列关于“永动机”的说法中正确的是 ( ) A 不 消 耗 任 何 燃

18、 料 ， 却 能 源 源 不 断 地 对 外 做 功 的 机 器 是 绝 对 不 能 制 造 成 功 的 ， 因 为 它 违 背 了 能 量 的 转 化 和 守 恒 定 律 B 只要不违背能量的转化和能量守恒定律的机器总是能够制造成功的 C 只 从 单 一 热 源 取 热 ， 使 之 完 全 变 为 有 用 功 而 不 产 生 其 他 影 响 的 机 器 是 可 以 制造出来的 D 热效率是百分之百的热机是绝对不可能制造出来的 答案 AD 10 解析 根据热力学第一定律，不消耗任何燃料，却能源源不断地对外做功的 机器是绝对不能制造成功的，因为它违背了能量的转化和能量守恒定律，故 A 正 确；根

19、据热力学第二定律，不违背能量的转化和能量守恒定律，但是只从单一热 源吸收热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响的机器是不可能制造出来的， 故 B、 C 错 误 ； 根 据 热 力 学 第 二 定 律 ， 热 效 率 是 百 分 之 百 的 热 机 是 绝 对 不 可 能 制 造 出 来 的 ， 故 D 正确。 7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

20、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 答案 B 解析 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的关系可知， C 错误； 温度升高时，物体中分子平均动能增大， 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。 8 (多选 )下列关于晶体熔化的说法中正确的是 ( ) A. 在 晶 体 熔 化 的 过 程 中 ， 温 度 不 变 ， 分 子 热 运 动 的

21、平 均 速 率 不 变 ， 则 无 序 程 度不变 B. 晶 体 熔 化 时 ， 分 子 的 平 衡 位 置 由 在 空 间 的 较 为 规 则 排 列 ， 变 为 分 子 的 平 衡 位置的较为无序排列， 则无序度增大 C. 在晶体熔化的过程中，熵将保持不变 D 在晶 体熔化的过程中，熵将增加 答案 BD 解析 在晶体熔化的过程中，分子的平衡位置由较有规则变为无规则，无序 11 度增大，熵将增加，故 B、 D 正确。 二、非选择题 9. 热 量 会 自 发 地 从 传给 ，但不会自发地从 传给 ，这说明：热传导的过程是有 的，这个过程可以向一个方向自 发地进行，但是向相反的方向不能 地进行，

22、要实现相反方向的过程，必 须有 ，因而产生 或引起 。 答案 高温物体 低温物体 低温物体 高温物体 方向性 自发 外力帮 助 影响 能量的消耗 解析 由热力学第二定律内容可知，热量不能自发地从低温物体传到高温物 体而不引起其他变化。 10. 在相对封闭的空间环境中 (如冰箱内的空间、公共卫生间等 )，常会充满异 味， 能否发明一种简单的除味装置，消除这些环境中的异味，且不引起其他的变 化。请说明判断理由。 答案 异味的产生是由带有异味的气体分子在空气中扩散造成的。根据热力 学第二定律，这种 由大量分子参与的宏观过程是具有方向性的。要逆着这个方向进行，就必然引起其他的变化，即在不引 起其他变化

23、的前提下，是不可能让这些带有异味的气体分子重新聚集在一起从而消除异味的。 11. 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。 12 答案 不违反。热水温度降低，冷水温度升高，转化效率低于 100%。解 析 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 13 电能，一部分传递给冷水，不违反热力学第二定律。 12. 一种冷暖两用型空调铭牌标注有如下指标：输入功率 1 kW， 制冷能力 1 2104 kJ/h，制热能力 1 3104 kJ/h。这样，该空调在制热时，每消耗 1 J 电 能，将放出 1 J的热量，是指标有错误还是能量不守恒呢？ 答案 是指标有错误。制冷能力 1 2104 kJ/h3 3 kW P 1 kW， 制热能 力 1 3104 kJ/h3 6 kWP 1 kW，这违背了能量守恒定律，是不可能的。