3.4热力学第二定律基础巩固（Word版含答案）

3.4热力学第二定律基础巩固2021—2022学年高中物理人教版（2019）选择性必修第三册
一、选择题（共15题）
1．某校中学生参加电视台“异想天开”节目的活动，他们提出了下列四个设想方案．从理论上讲可行的是（ ）
A．制作一个装置从海水中吸收内能全部用来做功而不产生其它影响
B．制作一种制冷设备，使温度降至绝对零度以下
C．汽车尾气中各类有害气体排入大气后严重污染空气，想办法使它们自发地分离，既清洁了空气，又变废为宝
D．在房屋顶上装太阳能板，可直接用太阳能来解决照明和热水问题
2．关于热力学定律，下列说法中正确的是（　　）
A．随着高科技的不断发展，绝对零度是可以达到的
B．热力学第二定律是热力学第一定律的推论
C．因为第二类永动机不违反能量守恒定律，所以它将会被制造出来
D．热量能自发地从高温物体传递到低温物体，不能自发地从低温物体传到高温物体
3．下列说法正确的是（　　）
A．能量的耗散反映出自然界的宏观过程是没有方向性的
B．能量守恒表明，节约能源是无意义的
C．随着科技的发展，永动机是可以制成的
D．能量守恒定律是自然界遵循的普遍规律
4．斯特林热气机是一种效率高、环境特性好的外燃式发动机，如图所示为热气机的一个理想循环的V-T图像，一定质量理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再次回到状态A，完成一个循环过程。则（　　）
A．该热机的效率可以达到100%
B．气体从状态A变化到状态B的过程中，气体放热
C．气体从状态A变化到状态C的过程中，气体的压强减小
D．气体从状态C变化到状态D的过程中，气体分子单位时间内碰撞容器壁的次数增多
5．下列说法正确的是（　　）
A．德国物理学家克劳修斯在研究热机时提出：不可能从单一热库吸热使之完全变成功，而不产生其它影响
B．一个孤立系统的总熵可以增加
C．不浸润现象中附着层内液体分子的间距小于液体内部分子的间距
D．晶体可以转化为非晶体，非晶体不可以转化为晶体
6．下列关于能量转化或转移过程的说法中正确的是（ ）.
A．所有能量守恒的过程都能自发地发生
B．摩擦生热的过程是不可逆过程
C．人们对太阳能的开发和利用，说明能量可以凭空产生
D．能的转化过程符合能量守恒定律，因此不会发生能源危机
7．下述做法能改善空气质量的是（　　）
A．以煤等燃料作为主要生活燃料
B．利用太阳能、风能和氢能等干净能源替代化石能源
C．鼓励私人购买和使用汽车代替公交车
D．限制使用电动车
8．下列说法正确的是（　　）
A．能量耗散说明能量在不断减少
B．能量耗散从能量转化角度反映出自然界的宏观过程具有方向性
C．热量不可能从低温物体传给高温物体
D．根据热力学第二定律，在火力发电机中，燃气的内能可以全部转化为电能
9．（单）下列有关热现象和热规律的说法中正确的是 （ ）
A．给自行车轮胎打气，越来越费力，说明气体分子间斥力在增大
B．布朗运动的实质是颗粒分子的无规则运动
C．“酒好不怕巷子深、花香扑鼻”与分子热运动有关
D．热量不能从低温物体传给高温物体
10．下列说法正确的是（　　）
A．能量耗散表明，能量守恒定律具有一定的局限性
B．熵较大的宏观状态就是无序程度较大的宏观状态
C．外界对物体做功，同时物体向外界放出热量，物体的内能一定不变
D．根据热力学第二定律可知，各种形式的能可以自发地相互转化
11．下列说法正确的是（）
A．温度升高时物体内的每个分子的运动速率一定增大
B．同种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现
C．物体吸热内能一定增大
D．不断改进工艺，热机的效率可能达到100%
12．下列说法正确的是（　　）
A．因为能量守恒，所以能源危机是不可能的
B．热力学第二定律可表述为所有自发的热现象的宏观过程都具有方向性
C．摩擦力做功的过程，必定有机械能转化为内能
D．第二类永动机不可能制造成功的原因是违背了能量守恒定律
13．下列说法中正确的是（　　）
A．压缩气体也需要用力，这表明气体分子间存在着斥力
B．若分子势能增大，则分子间距离减小
C．分子间的距离增大时，分子间相互作用的引力和斥力都减小
D．自然界中热现象的自发过程不一定沿分子热运动无序性增大的方向进行
14．关于物理学的发展历史，下列说法正确的是（　　）
A．第二类永动机不能实现正是能量守恒定律的又一种表述
B．伽利略首先对自由落体运动进行了系统的研究，并测出了自由落体加速度
C．经典力学既适用于宏观低速运动的物体，也适用于高速运动的微观粒子
D．牛顿首先利用万有引力定律测出了地球的质量
15．关于气体与内能，以下说法中正确的是（　　）
A．气体的体积是所有气体分子的体积之和
B．能量转化没有方向性
C．气体的内能是所有分子热运动的动能和分子间的势能的总和
D．气体的温度变化时，其分子平均动能和分子间势能也随之改变
二、填空题（共4题）
16．能够提供可利用能量的物质资源叫______
17．热量会自发地从高温物体传给低温物体，_________（选填“能”“不能”）实现相反过程，这说明热传导具有_________性。
18．在自然界发生的种种变化中，能量的总值虽然保持不变（守恒），但是能量可被利用的价值却越来越小，或者说能量的品质在逐渐降低，这就是______。
19．现代科学技术的发展与材料科学、能源的开发密切相关，下列关于材料、能源的说法正确的是______________（填选项前的编号）
①化石能源为清洁能源
②纳米材料的粒度在1-100μm之间
③半导体材料的导电性能介于金属导体和绝缘体之间
④液晶既有液体的流动性，又有光学性质的各向同性
三、综合题（共4题）
20．设一台蒸汽机中，煤完全燃烧后，产生的热量，其分配情况如下：锅炉损失，传送蒸汽损失，蒸汽冷凝损失，废气带走损失，机械磨损损失。试画出其能流图。这台蒸汽机输出的机械能是多少？热机的效率是多少？
21．有人把热力学第二定律的克劳修斯表述简化为“热量不能由低温物体传到高温物体”，这种说法是否正确？为什么？
22．横截面积为3 dm2的圆筒内有0.6 kg的水，太阳光垂直照射了2 min，水温升高了1 ℃.设大气顶层的太阳能只有45%到达地面，试估算出太阳的全部辐射功率(保留一位有效数字，设太阳与地球之间平均距离为1.5×1011m)．
23．一间密闭的房间里放置了一台电冰箱，为了使房间降温，有人出了一个主意，建议把冰箱接通电源，打开冰箱门，让冰箱的“冷气”进入房间中，房间就变冷了。这种方法可行吗？请说明道理。
参考答案
1．D
2．D
【详解】
A．绝对零度是不可以达到的，A错误；
B．热力学第二定律和热力学第一定律是两个不同的定律，分别解释不同方面的热力学的规律，B错误；
C．第二类永动机违反了热力学第二定律，所以它不会被制造出来，C错误；
D．热量能够自发地从高温物体传递到低温物体，不能自发地从低温物体传递到高温物体，说明能量的转移具有一定的方向性，D正确。
故选D。
3．D
【详解】
能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性，故A错误；热力学第二定律表面，能量虽然守恒，但可利用的品质降低了，故B错误；永动机违背了热力学定律，故是无法制造成功的，故C错误；能量守恒定律是19世纪自然科学的三大发现之一，也是自然界最普遍、最重要的基本规律之一，小到原子世界，大到宇宙天体，只要有能的变化，无论是什么变化，都遵循它，故D正确．故选D.
4．B
【详解】
A．根据热力学第二定律可知，任何热机的效率都不可以达到100%，选项A错误；
B．气体从状态A变化到状态B的过程中，气体体积减小，外界对气体做功，温度不变，内能不变，则气体放热，选项B正确；
C．根据
则
即V-T线中该状态与原点连线的斜率倒数与压强成正比，可知气体从状态A变化到状态C的过程中，气体的压强变大，选项C错误；
D．气体从状态C变化到状态D的过程中，气体温度不变，分子平均速率不变，体积增加，气体数密度减小，则气体分子单位时间内碰撞容器壁的次数减小，选项D错误。
故选B。
5．B
【详解】
A．德国物理学家克劳修斯提出：热量不可能自发从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，A错误；
B．熵增加原理是一个孤立系统的熵不可能减少，B正确；
C．不浸润现象中附着层内液体分子的间距大于液体内部分子的间距，分子力表现为引力，附，C错误；
D．晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化，D错误；
故选B。
6．B
【详解】
A. 并非所有能量守恒的过程都能自发的进行，如没有在引起其它变化的情况下，热量不能自发地从低温向高温传递，故A错误；
B. 根据热力学第二定律可知，摩擦生热的过程是不可逆过程，故B正确；
C. 能量是不能凭空产生的，此说法违背了能量守恒定律，故C错误。
D. 能的转化过程虽然符合能量守恒定律，但是在转化过程中存在着“能量耗散”和“品质降低”，能量向品质低的大气内能转化，不能再重复利用，因此会发生能源危机，故D错误。
7．B
【详解】
A．以煤作为主要生活燃料会产生大量污染物，如：CO、CO2、SO2等有害气体，污染大气，温室效应、导致酸雨等环境问题，故A错误；
B．利用太阳能、风能等替代化石能源可以减少有害气体的排放，解决能源问题的最佳方法是开发新能源（如风能、地热能、氢能、水能、核能、生物质能等），故B正确；
C．汽车尾气中含有氮氧化物和硫氧化物，会严重污染大气，故C错误；
D．使用电动车不会产生污染，故限制使用电动车不能改善空气质量，故D错误。
故选B。
8．B
【详解】
A．能量耗散是指能量的可利用率越来越低，由于能量守恒，故能量不会减少，A错误；
B．根据热力学定律可知，与热现象有关的宏观自然过程具有方向性，能量耗散就是从能量的角度反映了这种方向性，B正确；
C．根据热力学第二定律可知，能量转化和转移具有方向性，热量不能自发地从低温物体传给高温物体，但可以借助其他办法实现，C错误；
D．火力发电机发电时，能量转化的过程为化学能—内能—机械能—电能，因为内能—机械能的转化过程中会对外放出热量，故燃气的内能必然不能全部变为电能，D错误。
故选B。
9．C
【详解】
试题分析：给自行车轮胎打气，越来越费力，并不是分子斥力越来越大而打不进气，而是轮胎内的气体对外界的产生压强太大了，而使得要想让气筒产生同样的压强会花费很大力气，所以A项错误；布朗运动的实质是固体颗粒的运动，反映了液体分子的无规则运动，不是颗粒分子的运动，所以B项错误；温度越高，分子运动越剧烈，分子永不停息的做无规则运动，所以C项正确；热量能从低温物体传给高温物体，要引起其他变化，所以D项错误．
10．B
【详解】
A．能量耗散表明，能量转化具有方向性，而能量守恒定律是普遍适用的，故A错误；
B．根据熵的定义，熵较大的宏观状态就是无序程度较大的宏观状态，故B正确；
C．由热力学第一定律可知，当外界对物体做的功与物体向外界放出的热量相等时，物体的内能才能保持不变，故C错误；
D．热力学第二定律反映了能量转化是具有方向性的，故D错误。
故选B。
11．B
【分析】
热现象的微观理论认为，构成物体的各个分子的运动都是无规则的、带有偶然性的，但大量分子的运动却有一定的规律；同种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现；由热力学定义定律△U=W+Q求解；热机的效率不可能达到100%．
【详解】
温度是分子的平均动能的标志，是大量分子的运动的规律，温度升高，分子的平均动能增大，分子的平均速率增大，不是每个分子的运动速率一定增大．故A错误；同种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，如天然水晶是晶体．而熔化后再凝固的水晶是非晶体，故B正确．由热力学定义定律得：△U=W+Q，吸收热量Q＞0，对外做功W＜0，但是不知道W与Q大小关系，所以内能可能改变，可能不变，故C错误；根据热力学第二定律，即使不断改进工艺，热机的效率也不可能达到100%．故D错误．故选B．
12．B
【详解】
A．能量虽然是守恒的，总量不变，但是我们可以利用的能源是有限的，故一定要注意节约能源，防止能源危机，故A错误；
B．热力学第二定律可表述为所有自发的热现象的宏观过程都具有方向性，故B正确；
C．一对滑动摩擦力做功，两物体之间存在相对运动时，系统机械能转化为内能，如果没有相对运动，即一对静摩擦力做功，系统没有机械能转化为内能，故C错误；
D．第二类永动机是指只需从单一热源吸收热能便能永远对外做功的动力机械，虽然不违反能量的转化和守恒，但是违反了机械能和内能转化的方向性，故D错误；
故选B。
13．C
【详解】
A．压缩气体也需要用力是为了克服气体内外的压强的差。不能表明气体分子间存在着斥力。故A错误；
B．当分子力表现为斥力时，分子力随分子间距离的减小而增大，间距减小，斥力做负功分子势能增大，当分子表现为引力时，分子力随距离增加先增大后减小，间距减小，引力做正功，分子势能减小，故B错误；
C．分子间同时存在引力和斥力，都随着距离的增加而减小，随着距离的减小而增加，故C正确；
D．热力学第二定律的内容可以表述为：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，故D错误。
故选C。
14．A
【详解】
A．第二类永动机不能实现，并不是因为违背了能量守恒定律，而是因为违背了热学现象的方向性，A正确；
B．伽利略通过斜面实验结合逻辑推理的方法对自由落体运动进行了系统的研究，但没有测出了自由落体加速度，B错误；
C．经典力学适用于做低速运动的宏观物体，不适用于做高速运动的微观粒子，C错误；
D．卡文迪许测量出了万有引力常量，利用万有引力定律测出了地球的质量，D错误。
故选A。
15．C
【详解】
A．气体分子间空隙很大，气体的体积大于所有气体分子的体积之和，故A错误；
B．任何形式的能量可以相互转化，但有方向性，自然界与热现象有关的宏观过程都有方向性，故B错误；
C．根据物体内能的定义可知，气体的内能等于其所有分子热运动的动能和分子之间势能的总和，故C正确；
D．温度是分子平均动能的标志，气体的温度变化时，其分子平均动能会发生变化，而分子间势能不一定随之改变，故D错误。
故选C。
16．能源
【详解】
[1]能量与能源是不同的概念。所谓能量，是指物体做功的能力。能量的形式很多，如热能、光能、电能、机械能。凡是能够提供可利用的能量的物质的资源统称为能源。
17．不能 方向
【详解】
[1][2]根据热力学第二定律知，热量可以自发地由高温物体传到低温物体，不能自发地由低温物体传到高温物体．所以热量会自发地从高温物体传给低温物体，不能自发实现相反过程，这说明热传导具有方向性。
18．能量的耗散与退化
【详解】
[1] 能量的耗散与退化是指在自然界发生的各种变化中能的总量虽然保持不变，但能量的品质在逐步降低。
19．③
【详解】
①．化石能源燃烧时产生二氧化碳，造成温室气体效应；煤碳和石油中含有硫，燃烧时产生二氧化硫等物质使雨水的酸度增高等等，说明化石能源不是清洁能源；①错误；
②．纳米材料的粒度在1-100nm，而不是1-100μm，②错误；
③．半导体材料的导电性能介于金属导体和绝缘体之间，③正确；
④．液晶既有液体的流动性，又有光学性质的各向异性（不是同性），④错误。
故选③。
20．能流图见解析；；。
【详解】
能流图，如图
这台蒸汽机输出的机械能是
热机的效率是
21．不正确，原因见解析
【详解】
不正确。
应该是“热量不能由低温物体传到高温物体而不引起其他变化”，在引起其他变化的情况下，热量也可以由低温物体传到高温物体。
22．4×1026 W
【详解】
水温升高所吸收的热量设为Q，则
，
设地球表面单位时间、单位面积上获得的热量为，则
太阳向地球表面单位面积上发送的能量功率为
以太阳与地球间距离为半径的球体的表面积为
，
太阳的全部辐射功率为
．
23．不可行，见解析
【详解】
冰箱的作用是将冰箱内部的热量通过压缩机的工作“拿“到冰箱外面（注意不是室外），总的能量还是在室内。当冰箱的门开着的时候，冰箱的压缩机将一直处于工作状态，电能一直在转化为热能（室内的温度不会降低），所以房间的温度将一直上升。