3.3热力学第二定律 课时练（Word版含答案）

3.3热力学第二定律 课时练（解析版）
一、选择题
1．根据热学中的有关知识，下列说法正确的是（　　）
A．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℃
B．第二类永动机是可以制造出来的，因为它不违反热力学第一定律
C．把装有不同压强、不同温度的气体的两容器连通，温度高的气体会向温度低的一方传递热量，压强大的气体会向压强小的一方流动
D．改进内燃机结构，提高内燃机内能转化率，最终可能实现内能完全转化为机械能
2．下列说法正确的是（　　）
A．质量和温度都相同的气体，内能一定相同
B．凡是能量守恒的过程一定能够自发地发生
C．当分子间距时，分子间的引力随着分子间距的增大而增大，分子间的斥力随着分子间距的增大而减小，所以分子力表现为引力
D．一定量的理想气体在等温膨胀过程中，一定吸收热量
3．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
4．下列说法正确的是（　　）
A．一切形式的能量间的相互转化都具有方向性
B．热量不可能从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
5．下列说法正确的是（　　）
A．布朗运动是液体分子的无规则热运动
B．一定质量的理想气体体积不变温度升高时，压强--定增大且内能增加
C．可以从单一热源吸收热量并将其完全转化为机械能而不带来其他影响
D．在失重状态下，密闭容器内气体对容器壁压强为零
6．下列各种叙述中正确的是 （　　）
A．一定质量的理想气体，若体积不变，当分子热运动变得剧烈时，压强可能不变
B．当液体与固体之间表现为浸润时，附着层内分子间的距离小于液体内部分子间距离
C．悬浮在水里的花粉颗粒越大，撞击花粉颗粒的水分子越多，布朗运动越明显
D．第二类永动机违反了热力学第二定律，也违反了能量守恒定律
7．由热学知识可知下列说法中正确的是（ ）.
A．布朗运动是液体分子的运动，它说明液体分子永不停息地做无规则运动
B．随着科技的发展，永动机是有可能被制造出来的
C．气体密封在坚固的容器中且温度升高，则分子对器壁单位面积的平均作用力增大
D．热量能够从高温物体传到低温物体，但不可能从低温物体传到高温物体
8．关于热现象，下列说法正确的是（　　）
A．多晶体在所有物理性质上都表现为各向异性
B．第二类永动机不可能实现是因为它违背了能量守恒定律
C．空气的相对湿度定义为空气中所含水蒸气的压强与相同温度时空气的压强之比
D．当分子间距离变小时，分子间的作用力可能减小，也可能增大
9．下列说法不正确的是（　　）
A．悬浮在液体里的花粉的无规则运动是布朗运动
B．晶体在熔化时要吸热，说明晶体在熔化过程中分子平均动能增加
C．热量可以从低温物体传递到高温物体
D．两个分子的间距从极近逐渐增大到10r0的过程中，它们的分子势能先减小后增大
10．关于热力学第二定律，下列表述正确的是（　　）
A．不可能使热量从低温物体传递到高温物体
B．不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功
C．一切自然过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行
D．在任何的自然过程中，一个孤立系统的总熵一定增加
11．一定量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态，其p-T图像如图所示，其中对角线ac的延长线过原点O。下列判断正确的是（　　）
A．气体在a、c两状态的体积不相等
B．气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能
C．在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功
D．在过程ab中气体从外界吸收的热量全部用于对外做功，违背了热力学第二定律
12．关于热现象，下列说法正确的是（　　）
A．所有晶体都有固定的熔点和各向异性
B．自然界中涉及热现象的宏观过程都具有方向性
C．液晶既有液体的流动性，又有晶体的各向异性
D．两个邻近的分子之间同时存在着引力和斥力它们都随分子间距离的增大而减小
E.扩散现象能证明分子间有间隙，但不能证明分子总是在永不停息地做无规则运动
13．关于热现象，下列说法中正确的是（　　）
A．热量能自发地从低温物体传递到高温物体
B．热量能自发地从高温物体传递到低温物体
C．任何热机都不可能使燃料释放的热量全部转化为机械能
D．机械能可以全部转化为内能
14．对下列物理现象的描述，正确的是（　　）
A．0°C的冰和0°C的铁块的分子平均动能相同
B．装有气体的密闭容器自由下落时气体压强将减小
C．自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性
D．第二类永动机不可能制成，因为它违反了能量守恒定律
E.气体对器壁的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力
二、解答题
15．在当今世界，研制各种机器都必需考虑节约能源和治理废气污染这一重要课题。在内燃机中，废气带走了很多能量，如果能将这些能量再利用起来，会使内燃机的效率提高许多。某工厂科研人员研制生产的四冲程汽车专用柴油发动机，就采用了很多新技术。其中最重要的一项叫“增压”技术，它是利用“废气涡轮增压器”使排气冲程中排出的高温、高压的废气去冲击“废气涡轮”高速旋转，它同时又带动同轴的进气系统中的“进气涡轮”也高速旋转，从而增加吸气冲程的进气量并增大进气气压，使做功冲程中柴油燃烧的更充分，燃气压强更大，同时也减少了废气中的有害物质，达到提高柴油发动机效率和减少废气污染的目的。这种柴油发动机有6个气缸，气缸直径为110mm，活塞行程为135mm，当转速为2300r/min时，发动机功率为220kW，最低油耗可达240g/(kW·h)，柴油的热值为4.3×107J/kg。请回答下列问题：
（1）该柴油发动机的效率最高可达多少？
（2）在做功冲程中气缸内的平均压强是多少？
（3）如果将我国这种机型的汽车柴油发动机都安装“增压器”后，能使它们的平均效率由原来约31%提高到近35%，安装前按每年消耗3亿吨柴油估算，这项技术每年能为我国节约多少吨柴油？
（4）如果目前我国柴油的平均价格为3750元/吨，根据上面的估算结果，计算使用“增压”技术后仅节约柴油一项可使我国每年节约多少资金。由此你有哪些认识？
16．流动的水带动水磨做功，由于磨盘和粮食之间的摩擦和挤压，使磨盘和粮食的温度升高，水流的一部分机械能转变成了内能，这些内能最终流散到周围的环境中，我们没有办法把这些流散的内能重新收集起来加以利用，可见，内能与机械能相比，哪种能量的品质低？
参考答案
1．C
【详解】
A．尽管技术不断进步，热机的效率仍不能达到100%，制冷机不可以使温度降到-293，只能接近-273.15，却不可能达到，故A错误；
B．第二类永动机不违背能量守恒定律，而是违背了热力学第二定律，第二类永动机不可能被制造出来，故B错误；
C．把装有不同压强、不同温度的气体的两容器连通，只要时间足够长，温度高的气体会向温度低的一方传递热量，压强大的气体会向压强小的一方流动，只要时间足够长，系统内各部分的状态参量均能达到稳定，故C正确；
D．即使改进内燃机结构，提高内燃机内能转化率，根据热力学第二定律，内燃机也不可能实现内能完全转化为机械能，故D错误。
故选C。
2．D
【详解】
A．质量和温度都相同的气体，分子平均动能相同，如果不是同种气体，则气体的摩尔数不相同，所以气体的内能不相等，故A错误；
B．根据热力学第二定律，热量能够自发地从高温物体传递到低温物体，但不能自发地从低温物体传递到高温物体，故B错误；
C．分子间的引力和斥力都随着距离的增加而减小，随着距离的减小而增加，只是斥力变化的比引力快，当分子间距r＞r0时，分子力表现为引力，故C错误；
D．一定质量的理想气体等温膨胀，温度不变，内能不变，根据热力学第一定律可知，气体对外做功，一定吸收热量，故D正确。
故选D。
3．B
【详解】
AB．由热力学第二定律可知，能量的传递具有方向性，A错误，B正确；
C．由分子间的引力和斥力变化快慢不同可知，分子力的大小随间距的变化较为复杂，不是与距离的变化而单调的变化，C项错误；
D．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，故D项错误。
故选B。
4．C
【详解】
AD．热力学第二定律反映了所有与热现象有关的宏观过程都具有方向性，选项AD错误；
B．热量不是不能从低温物体传给高温物体，关键是会不会产生其他影响，B错误；
C．气体扩散过程具有方向性，C正确。
故选C。
5．B
【详解】
A．布朗运动是悬浮在液体表面的固体颗粒的无规则运动，是液体分子的无规则热运动的表现，选项A错误；
B．根据，一定质量的理想气体体积不变温度升高时，压强一定增大，且内能增加，选项B正确；
C．根据热力学第二定律可知，不可以从单一热源吸收热量并将其完全转化为机械能而不带来其他影响，选项C错误；
D．气体的压强是大量气体分子单位时间作用在器壁上单位面积上的压力，在完全失重状态下，依然存在碰撞，依然产生气体压强，故D错误。
故选B。
6．B
【详解】
A．一定质量的理想气体，若体积不变，当分子热运动变得剧烈时，温度升高，则压强一定变大，选项A错误；
B．液体与固体之间表现为浸润时，附着层内分子间距离小于液体内部分子间距离，附着层内分子间作用表现为斥力，故B正确；
C．悬浮在水里的花粉颗粒越大，撞击花粉颗粒的水分子越多，越容易达到平衡，布朗运动越不明显，故C错误；
D．第二类永动机违反了热力学第二定律，但不违反能量守恒定律，选项D错误。
故选B。
7．C
【详解】
A. 布朗运动是微粒的运动，它说明液体分子永不停息地做无规则运动，故A错误。
B. 永动机违背了能量守恒定律，或违背热力学第二定律，故永远无法制成；故B错误；
C. 气体对容器壁的压强取决于分子数密度和热运动的平均动能；气体密封在坚固容器中且温度升高，分子热运动的平均动能越大，则分子对器壁单位面积的平均作用力增大，故C正确。
D. 热量能够从高温物体传到低温物体，也可能从低温物体传到高温物体，但会引起其他的变化，故D错误；
8．D
【详解】
A．多晶体是多个单晶体的结合体，在热传导中不具有各向异性，而是表现为各向同性，故A错误；
B．第二类永动机不可能制成是因为它违反了热力学第二定律，没有违反能量守恒定律，故B错误；
C．空气的相对湿度定义为相同温度时空气中所含水蒸气的压强与水的饱和蒸汽压之比，故C错误；
D．分子间有间隙，存在着相互作用的引力和斥力，当分子间距离比较大时，表现为引力，当分子间距离减小时，分子引力先增大后减小；当表现为斥力时，分子间距离变小时分子力增大，故D正确。
故选D。
9．B
【详解】
A．悬浮在液体里的花粉的无规则运动是布朗运动，反应液体分子的无规则运动，故A正确；
B．晶体在熔化时吸热，但温度不变，则晶体在熔化过程中分子平均动能不变，故B错误；
C．热量可以从低温物体传递到高温物体，但要引起其他方面的变化，故C正确；
D．两个分子的间距从极近逐渐增大到10r0的过程中，分子力先做正功后做负功，它们的分子势能先减小后增大，故D正确。
本题选择不正确的选项，故选B。
10．C
【详解】
A．热力学第二定律可描述为不可能使热量由低温物体传递到高温物体而不产生其它影响，A错误；
B．根据热力学第二定律知，不可能从单一热库源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化，B错误；
C．根据热力学第二定律可知，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，C正确；
D．由热力学第二定律可知，任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减少可能保持不变，D错误。
故选C。
11．B
【详解】
A．由图示图象可知，对角线ac的延长线过原点O，气体从c到a过程压强与热力学温度成正比，由理想气体状态方程可知，气体体积不变，即a、c两状态体积相等，选项A错误；
B．一定量的理想气体内能由温度决定，由图示图象可知，气体在状态a时的温度比在状态c时的温度高，因此气体在状态a时的内能大于在状态c时的内能，选项B正确；
C．由图示图象可知，从d到a过程气体的压强不变而温度升高，由理想气体状态方程可知，气体的体积增大，气体对外界做功，W<0，气体温度升高，内能增大， U>0，由热力学第一定律 U=W+Q可知
Q= U－W>0
气体从外界吸收热量，且吸收的热量大于气体对外界做的功，选项C错误；
D．在过程ab中气体温度保持不变，故内能不变。气体膨胀，对外界做功，根据热力学第一定律，吸收的热量和对外界做的功数值相等。但由于该过程不是自发进行的，因此不违背热力学第二定律，选项D错误。
故选B。
12．BCD
【详解】
A．多晶体具有各向同性，故A错误；
B．根据热力学第二定律定律可知，自然界中涉及热现象的宏观过程都具有方向性，故B正确；
C．液晶既有液体的流动性，又有晶体的各向异性，故C正确；
D．两个邻近的分子之间同时存在着引力和斥力，它们都随分子间距离的增大而减小，只是斥力比引力减小得更快，故D正确；
E．扩散现象能证明分子总是在永不停息地做无规则运动，故E错误。
故选BCD。
13．BCD
【详解】
AB．热传递的过程具有单向性，热量只能从高温物体自发地传递给低温物体，但是热量不能够自发地由低温物体传递给高温物体，要使热量从低温物体传递给高温物体，必须借助于外界的帮助（如制冷机），故A错误， B正确；
C．将内能从物体中取出，使它转化为机械能，总会有一部分能量散失到低温环境中，故C正确；
D．但是机械能可以全部转化为内能，如行驶的机车渐渐地停下来，机械能全部转化为内能，故D正确。
故选BCD。
14．AC
【解析】
【分析】
温度是方向的平均动能的标志；密闭容器中的气体对器壁的压强是由于气体分子频繁碰撞器壁而产生的．自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性；第二类永动机不可能制成，因为它违反了热力学第二定律．
【详解】
A．温度是分子的平均动能的标志，0℃的冰和0℃的铁块的分子平均动能相同，故A正确；
B．气体压强由于分子热运动时气体分子不断撞击容器壁形成持续压力而形成的，装有气体的密闭容器自由下落时气体压强将不变．故B错误．
C．根据热力学第二定律可知，自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性；故C正确；
D．第二类永动机不可能制成，因为它违反了热力学第二定律，但没有违反能量守恒定律；故D错误；
E．气体压强由于分子热运动时气体分子不断撞击容器壁形成持续压力而形成的；由压强的定义可知，气体的压强等于压力与面积的比值，即气体对器壁的压强在数值上等于大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力，不能说“就是”．故E错误，
故选AC．
【点睛】
本题考查对压强的微观和宏观含义的理解能力．要注意区别密闭容器中的气体的压强与大气压强产生原因的区别．
15．（1）35%；（2） ；（3）0.34亿吨；（4）见解析
【详解】
(1)有题意可知1kW·h=3.6×106J；该发动机的效率最高为
(2)根据题意可知
每秒钟的做功冲程数为
设做功冲程中的平均压强为p，则有用功率P为
代入数据可得
(3)已知，，亿吨。因为安装“增压器”前后有用功是相同的，所以有
可得
亿吨
(4)安装“增压器”后，仅节约柴油一项每年可为国家节约的资金为
0.34亿吨×3750元/吨＝1275亿元
由此可以看出，如果这项技术能得到广泛的应用，会给人类带来巨大的利益。但是，任何新技术在实际中的应用会受到各方面条件的影响和制约。应该说，节约和有效利用能源始终是人类需要努力的。
16．内能
【详解】
略