3.4热力学第二定律 课时提升练-2021—2022学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册（word含答案）

3.4热力学第二定律 课时提升练（含解析）
一、选择题
1．下列关于热现象的描述正确的是（　　）
A．根据热力学定律，热机的效率可能达到100%
B．做功和传热都是通过能量转化的方式改变系统内能的
C．温度是描述热运动的物理量，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同
D．根据热力学第二定律可知，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
2．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
3．对于热力学第一定律和热力学第二定律的理解，下列说法正确的是（　　）
A．一定质量的气体膨胀对外做功100J，同时从外界吸收120J的热量，则它的内能增大20J
B．物体从外界吸收热量，其内能一定增加；物体对外界做功，其内能一定减少
C．凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量只能从高温物体传递给低温物体，而不能从低温物体传递给高温物体
D．第二类永动机违反了热力学第一定律
4．下列说法错误的是（　　）
A．自然发生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．液体表面层内分子间的相互作用力表现为斥力
C．若一定质量的理想气体被压缩且吸收热量，则压强一定增大
D．分子势能随着分子间距离的增大，可能先减小后增大
5．下列说法正确的是（　　）
A．晶体熔化时，其温度不断升高
B．分子间距离减小，分子间作用力一定增大
C．热力学系统总是自发地从无序向有序的方向进行
D．饱和汽压随随温度的升高而增大，它与水蒸气的体积无关
6．对于实际的气体，下列说法正确的是（ ）
A．气体的内能包括气体整体运动的动能
B．冰箱能够把热量从低温物体传递到高温物体，所以它遵循热力学第二定律
C．第二类永动机因为违反了能量守恒定律所以无法实现
D．两个分子间势能可能随这两个分子间距离减小而减小
7．关于热力学，下列说法中正确的是（　　）
A．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
B．气体对器壁的压强就是大量气体分子单位时间作用在器壁上的平均冲量
C．热量不可以从低温物体传递到高温物体
D．气体对外做功，其内能一定减小
8．关于能量和能源，下列说法中正确的是（　　）
A．化石能源是清洁能源，水能是可再生能源
B．能量的转化和转移有方向性
C．人类在不断地开发新能源，所以能量可以被创造
D．能量耗散说明能量不能凭空产生，但可以凭空消失
9．下列说法中错误的是（　　）
A．不可能从单一热源吸热使之完全转换为有用功而不引起其它变化
B．从单一热源吸热并全部转化为功是可能的
C．热量可以从低温物体传向高温物体
D．物体吸收热量，内能一定增大
10．下列说法中正确的是（　　）
A．能量耗散说明自然界的总能量在不断减少
B．物体的内能增加了，一定是物体吸收了的热量
C．物体放出热量，同时对外做功，其内能可能不变
D．从单一热库吸收热量，使之全部变成功是可以实现的
11．气闸舱是空间站中供航天员进入太空或由太空返回用的气密性装置，其原理如图所示．座舱A与气闸舱B间装有阀门K，A中充满空气，B内为真空．航天员由太空返回到B时，将B封闭，打开阀门K，A中的气体进入B中，最终达到平衡，假设此过程中系统保持温度不变，舱内气体可视为理想气体，不考虑航天员的影响，则此过程中（　　）
A．气体膨胀做功，内能减小
B．气体从外界吸收热量
C．气体分子在单位时间内对A舱壁单位面积碰撞的次数减少
D．一段时间后，A内气体的密度可以自发地恢复到原来的密度
12．下列说法正确的是（　　）
A．熵增加原理说明一切自然过程总是向着分子热运动的无序性减小的方向进行
B．质量相等的80 ℃的液态萘和80 ℃的固态萘相比，具有相同的分子势能
C．液体具有流动性是因为液体分子具有固定的平衡位置
D．气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数与单位体积内气体的分子数和温度都有关
13．下列说法中，正确的是（　　）
A．一定质量的理想气体，在体积不变的情况下，温度升高，压强增大
B．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能
C．一定质量的理想气体体积增大，但既不吸热也不放热，内能一定减小
D．布朗运动是指在显微镜下观察到的组成悬浮颗粒的固体分子的无规则运动
E.在一定条件下，一定量0℃的水结成0℃的冰，内能一定减小
14．关于热现象，下列说法正确的是（　　）
A．在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，油酸分子的直径（也就是单层油酸分子组成的油膜的厚度）等于一小滴溶液中纯油酸的体积与它在水面上摊开的面积之比
B．两个邻近的分子之间同时存在着引力和斥力，它们都随距离的增大而减小，当两个分子的距离为r0时，引力与斥力大小相等，分子势能最小
C．同种物质要么是晶体，要么是非晶体，不可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现
D．如果用Q表示物体吸收的能量，用W表示物体对外界所做的功，ΔU表示物体内能的增加，那么热力学第一定律可以表达为Q=ΔU+W
E.如果没有漏气没有摩擦，也没有机体热量的损失，这样的热机的效率可以达到100%
15．下列说法正确的是（　　）
A．单晶体有确定的熔点，而多晶体没有确定的熔点
B．理想气体等压膨胀时一定吸收热量
C．布朗运动是分子热运动，而扩散现象不是分子热运动
D．叶面上的小露珠呈球形是由于液体表面分子引力大于分子斥力
E.热量不能自发地从低温物体传到高温物体
二、解答题
16．炎炎夏日，两位同学在凉爽的空调室内，就空调机的工作过程是否遵循热力学第二定律的问题发生了争论。
一位同学说：空调机工作时，不断地把热量从室内传到室外，即从低温物体传到高温物体，可见它并不遵循热力学第二定律。
另一位同学说：热力学第二定律是热力学系统的普遍规律，空调机的工作过程不可能违反它。
两人各执一词，都无法使对方信服。请你对他们的论点作出评价。
17．据《中国环境报》报道：从一份简单科技攻关课题研究结果显示，1999年我国酸雨区已占国土面积的40%以上，研究结果还表明，我国农业每年因遭受酸雨而造成的经济损失高达15亿多元。为了有效控制酸雨，目前国务院已批准《酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分方案》等法规。在英国进行的一项研究结果表明：高烟囱可有效地降低地面SO2浓度。在20世纪的60~70年代的10年间，由发电厂排放的SO2增加了35%，但由于建造高烟囱的结果，地面浓度降低了30%之多。
（1）请你从全球环境保护的角度，分析这种做法是否可取？说明其理由并举出几种控制酸雨的有效途径。
（2）用传统的煤、石油作燃料，其主要缺点是什么？与传统的煤、石油作燃料相比，哪种物质可以作为新能源？主要优点是什么，缺点又是什么？
参考答案
1．C
【详解】
A．根据热力学定律，热机的效率不可能达到100%，A错误；
B．做功是通过能量转化的方式改变系统内能，传热是通过能量转移的方式改变系统内能，B错误；
C．达到热平衡的两系统温度相同，C正确；
D．由热力学第二定律可知，热量能够自发地从高温物体传到低温物体，热量不可以自发地从低温物体传到高温物体，但在外界的影响下热量能从低温物体传到高温物体，D错误。
故选C。
2．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。
3．A
【详解】
A．根据热力学第一定律知
ΔU=W＋Q=－100J＋120J=20J
故A正确；
B．根据热力学第一定律
ΔU=W＋Q
可知物体从外界吸收热量，其内能不一定增加，物体对外界做功，其内能不一定减少，故B错误；
C．通过做功的方式可以让热量从低温物体传递给高温物体，如电冰箱，故C错误；
D．第二类永动机没有违反能量守恒定律，热力学第一定律是能量转化和守恒定律在热学中的反映，因此第二类永动机没有违反热力学第一定律，不能制成是因为它违反了热力学第二定律，故D错误。
故选A。
4．B
【详解】
A．根据热力学第二定律，自然发生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，故A正确；
B．液体表面层内的分子之间距离大于，所以表面层内分子间的相互作用力表现为引力，故B错误；
C．一定质量的理想气体被压缩，则分子数密集程度增加，同时吸收热量，则温度升高，分子运动激烈，从压强的微观角度分析可知，压强一定增大，故C正确；
D．当分子间距小于时，分子间作用力表现为斥力，分之间距离变大分子力做正功势能降低，当距离大于，分子力表现为引力，距离变大做负功势能增加，故D正确。
本题选错误的，故选B。
5．D
【详解】
A．晶体熔化时，其温度不变，选项A错误；
B．分子间距离减小，分子间作用力不一定增大，也有可能减小，选项B错误；
C．热力学系统总是自发地从有序向无序的方向发展，选项C错误；
D．饱和汽压只与温度有关，随温度的升高而增大，与水蒸气的体积无关，选项D正确。
故选D。
6．D
【详解】
A．气体的内能包括所有分子做无规则热运动的动能和势能之和，故A错误。
B．冰箱遵循热力学第二定律的原因是消耗了电能，不是因为使热量从低温物体传递到高温物体，故B错误。
C．第二类永动机不违反能量守恒定律，违反了物理过程的方向性．故C错误。
D．当分子间引力和斥力大小相等时，分子势能最小，设此时的间距为r0，当分子间距大于r0时，分子间势能随这两个分子间距离减小而减小，故D正确。
故选D。
7．A
【详解】
A．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，选项A正确；
B．气体对器壁的压强就是大量气体分子单位时间作用在器壁单位面积上的平均冲量，选项B错误；
C．热量可以从低温物体传递到高温物体，但是要引起其他的变化，选项C错误；
D．气体对外做功，若气体吸热，则其内能不一定减小，选项D错误。
故选A。
8．B
【详解】
A．化石能源不是清洁能源，水能是可再生能源。故A错误；
B．根据热力学第二定律可知，不同形式的能量之间可以相互转化，能量在转化和转移中有方向性。故B正确；
CD．能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变，故CD错误。
故选B。
9．D
【详解】
A．根据热力学第二定律，不可能从单一热源吸热使之完全转换为有用功而不引起其它变化，选项A正确；
B．有外力做功，从单一热源吸热并全部转化为功是可能的，选项B正确；
C．在外界影响下，热量可以从低温物体传向高温物体，选项C正确；
D．影响内能变化有做功和热传递两种方式，物体吸收热量，若同时对外做功，内能可能不变或者减小，选项D错误，符合题意。
故选D。
10．D
【详解】
A．能量耗散仍遵循能量守恒定律，自然界的总能量是不变的，故A错误；
B．物体的内能增加了，即 U=20J；根据热力学第一定律可知，W+Q=20J，即物体不一定吸收了的热量，故B错误；
C．物体放出热量，即
同时对外做功，即
根据热学第一定律
可知
即物体的内能一定减小，故C错误；
D．根据热力学第二定律可知，在引起其他变化的前提下，可以从单一热库吸收热量，使之全部变成功，故D正确。
故选D。
11．C
【详解】
AB．气闸舱B内为真空，打开阀门K，A中的气体进入B的过程中A内的气体自由扩散，对舱壁不做功，同时系统对外界没有热交换，根据热力学第一定律
可知气体内能不变，AB错误；
C．气体体积增大，温度不变，气体分子的密集程度减小，气体分子单位时间对A舱壁单位面积碰撞的次数减少，C正确；
D．根据熵增加原理可知，B中气体不能自发地全部退回到中，即A内气体的密度不可能自发地恢复到原来的密度，D错误。
故选C。
12．D
【详解】
A．熵增加原理说明一切自然过程总是向着分子热运动的无序性增大的方向进行，选项A错误；
B．80℃的液态萘凝固成80℃的固态萘的过程中放出热量，温度不变，则分子的平均动能不变，萘放出热量的过程中内能减小，而分子平均动能不变，所以一定是分子势能减小，故B错误；
C．液体具有流动性是因为液体分子没有固定的平衡位置，选项C错误；
D．气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数与单位体积内气体的分子数和温度都有关，选项D正确。
故选D。
13．ACE
【详解】
A．对一定量质的理想气体，根据
可知在体积不变的情况下，温度升高，压强一定增大，A正确；
B．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能也可能全部转化为机械能，但一定会引起其他变化，B错误；
C．一定质量的理想气体体积增大，对外做功，如果既不吸热也不放热，根据热力学第一定律
内能一定减小，C正确；
D．布朗运动是指在显微镜下观察到的悬浮颗粒的无规则运动，D错误；
E．在一定条件下，一定量0℃的水结成0℃的冰，放出热量，内能一定减小，E正确。
故选ACE。
14．ABD
【详解】
A．根据用“油膜法”估测分子大小的实验原理可知，让一定体积的纯油酸滴在水面上形成单分子油膜，由于油酸分子是紧密排列的，而且形成的油膜为单分子油膜，然后用每滴油酸酒精溶液所含油酸体积除以油膜面积得出的油膜厚度即为油酸分子直径，A正确；
B．当分子间的距离 时，分子力表现为斥力，减小分子间的距离，分子力做负功，分子势能增加；当分子间的距离 时，分子力表现为引力，增大分子间的距离，分子力做负功，分子势能增加，所以当两个分子的距离为r。时，引力与斥力大小相等，分子势能最小，B正确；
C．物质是晶体还是非晶体，并不是绝对的，有些非晶体在一定条件下也可以转化为晶体，C错误；
D．根据热力学第一定律可知，如果用Q表示物体吸收的能量，用W 表示物体对外界所做的功， 表示物体内能的增加，那么热力学第一定律可以表达为
D正确；
E．根据热力学第二定律可知，热机的效率不可以达到100%，E错误。
故选ABD。
15．BDE
【详解】
A．单晶体和多晶体都有固定的熔点。选项A错误；
B．理想气体等压膨胀时温度一定升高，且气体对外做功，气体一定吸收热量，选项B正确；
C．扩散现象是分子的热运动，选项C错误；
D．叶面上的小露珠呈球形是由于液体表面分子引力大于分子斥力，选项D正确；
E．热量不能自发地从低温物体传到高温物体，选项E正确。
故选BDE。
16．见解析
【详解】
单冷空调机和电冰箱都是制冷机，它们的工作原理基本相同。为了便于分析，我们以电冰箱为研究对象，认识它的基本结构和工作过程。
从图可以知道，压缩机是空调机的“心脏”，它消耗电能对来自蒸发器的制冷剂蒸汽做功，使它变成高温高压的蒸汽。然后这些高温高压的蒸汽来到冷凝器，向低温的环境放热，同时自身被冷却而凝成低温高压的液体。
这些低温高压的液体制冷剂由过滤器滤掉水分和杂质，进入毛细管，经节流阀膨胀，变为低温低压的液体，随后进入空调机的蒸发器。在蒸发器内，这些低温低压的液态制冷剂在低压条件下迅速汽化，从外界（空调机内）吸收热量，使空调机的温度降低。这样就完成了一个制冷循环。
由此可见乙同学的论点正确。
17．（1）不可取；一是对煤、石油等传统能源进行处理，使其燃烧过程不产生SO2；二是对SO2回收；三是开辟“绿色能源”，主要是氢能源；（2）①煤，石油是不易再生的化工燃料，其资源是有限的；②燃烧后产生的SO2、NO2等严重污染大气，进而形成酸雨；③燃烧后产生的CO2又会造成温室效应。与传统的燃料相比，氢可以作为目前最理想的燃料，优点：①H2可以用水作为原料来制取，取之不尽，用之不竭；②H2燃烧时放热多，放出的热量约为同质量汽油的3倍；③氢燃料的最大优点是燃烧产物为水，不易污染环境，还可循环使用。
缺点：氢能源的提取、开发和利用的技术发明成为当务之急。
【详解】
（1）这种做法不可取。建设高烟囱只能降低地面SO2的浓度，不能从根本上降低大气中SO2的浓度。控制酸雨的途径主要有三个：一是对煤、石油等传统能源进行处理，使其燃烧过程不产生SO2；二是对SO2回收；三是开辟“绿色能源”，主要是氢能源。
（2）传统的燃料主要缺点是：①煤，石油是不易再生的化工燃料，其资源是有限的；②燃烧后产生的SO2、NO2等严重污染大气，进而形成酸雨；③燃烧后产生的CO2又会造成温室效应。与传统的燃料相比，氢可以作为目前最理想的燃料，优点：①H2可以用水作为原料来制取，取之不尽，用之不竭；②H2燃烧时放热多，放出的热量约为同质量汽油的3倍；③氢燃料的最大优点是燃烧产物为水，不易污染环境，还可循环使用。
缺点：氢能源的提取、开发和利用的技术发明成为当务之急。