4.3热力学第二定律课后练习-2021-2022学年高二下学期物理沪教版（2019）选择性必修第三册（word 含答案）

4.3热力学第二定律
一、选择题（共15题）
1．下列说法错误的是（　　）
A．液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点
B．杯中的茶水慢慢冷却，该过程中有的水分子的运动速率反而增大了
C．在南方的梅雨季节，湿衣服较不容易晾干，这是相对湿度较大的缘故
D．空调可以把热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外而不引起其他变化
2．下列叙述正确的是（ ）
A．悬浮在液体中的固体微粒越大，布朗运动就越明显
B．物体的温度越高，分子热运动的平均动能越大
C．当分子间的距离增大时，分子间的引力变大而斥力减小
D．物体的温度随着科学技术的发达可以降低到绝对零度
3．如图所示，绝热的汽缸被一个绝热的活塞分成左、右两部分，活塞质量不计，活塞用销钉锁住，活塞与汽缸之间没有摩擦，汽缸左边装有一定质量的理想气体，右边为真空。现在拔去销钉，抽去活塞，让气体向右边的真空做绝热自由膨胀，下列说法正确的是（　　）
A．气体在向真空膨胀的过程中对外做功，气体内能减少
B．气体在向真空膨胀的过程中，分子平均动能变小
C．气体在向真空膨胀的过程中，气体内能不变
D．若无外界的干预，气体分子可以自发地退回到左边，使右边重新成为真空
4．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80J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．热现象过程中不可避地出现能量耗散现象，能量耗散符合热力学第二定律
5．下列说法正确是（　　）
A．只要是能量守恒的过程就一定会发生
B．新能源是指新开发的能源
C．一次能源是直接来自于自然界的能源
D．石油是二次能源
6．下列说法中错误的是（ ）
A．毛细现象是液体的表面张力作用的结果，温度越高表面张力越小
B．液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质和某些晶体相似具有各向异性
C．饱和汽的压强称为饱和汽压，大小随温度和体积的变化而变化
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
7．下列说法正确的是（　　）
A．空调可以把热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外而不引起其他变化
B．一定质量的单晶体在熔化过程中分子势能一定是增大的
C．清晨时阳光透过窗户射入房间，观察到空中飞舞的粉尘在做布朗运动
D．水在涂有油脂的玻璃板上能形成水珠，而在干净的玻璃板上却不能，这是油脂使水的表面张力增大的缘故
8．根据你所学过的知识判断以下说法不正确的是（　　）
A．在图1中，向上拉动下表面紧贴水面的玻璃板时，拉力大于重力，主要是分子力作用的影响
B．在图2中，随着活塞上砝码个数的增加，气缸内封闭的气体越来越难压缩（始终为气体状态），主要原因是由于随着气体体积的减小，分子间的斥力越来越大
C．用烧热的针尖接触表面涂有蜂蜡层的云母片，蜂蜡层形成了如图3所示的熔化区域，说明云母片对于导热性存在着各向异性
D．图4为热机能流图，随着机械制造工艺、机械材料等科学技术的不断发展，热机的效率仍无法达到100%
9．下列说法不正确的是（　　）
A．农民在干旱天气里锄松土壤是为了破坏土壤中的毛细管
B．布朗运动是液体中的悬浮微粒的无规则运动，是液体分子无规则运动的反映
C．由热力学第二定律可知，不可能从单一热源吸收热量把它全部用来做功而不引起其他变化
D．标准状况下1mol氧气的体积为V，一个氧气分子的体积为V0，则阿伏加德罗常数
10．下列叙述中，正确的是
A．物体温度越高，内能增加，每个分子的动能也越大
B．布朗运动就是液体分子的运动
C．空气容易被压缩说明分子间存在分子力
D．热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体
11．下列说法正确的是（　　）
A．热量不可以从低温物体向高温物体传递
B．某冰水混合物的温度为，则其分子的平均动能为零
C．10克水蒸气你内能大于10克水的内能
D．气体如果失去了容器的约束就会散开，原因是气体分子之间斥力大于引力
12．一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
13．下列说法正确的是（　　）
A．外界对物体做功，物体的内能必定增加
B．一定质量的理想气体保持压强不变时，气体分子的热运动可能变得更缓慢
C．因为布朗运动是悬浮在液体中的固体颗粒的运动，所以布朗运动的剧烈程度与自身体积有关，而与液体的温度无关
D．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
14．下列说法中正确的是（ ）
A．热量可以自发的由低温物体传到高温物体
B．物体的内能增加了，一定是物体吸收了的热量
C．物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能增加
D．不可能从单一热库吸收热量，使之全部变成功，而不产生其它变化
15．下列说法正确的是___________．（填正确答案标号．选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分．每选错1个扣3分，最低得分为0分）
A．一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行
B．晶体有一定的熔化温度，非晶体没有一定的熔化温度
C．扩散现象和布朗运动的剧烈程度都与温度有关
D．第二类永动机不可能制成，是因为它违反了能量守恒定律
E．两个分子从很远处逐渐靠近，直到不能再靠近为止的过程中，分子间相互作用的合力先变大后变小，再变大
二、填空题
16．物理学中讨论的三类典型的单向性过程为热传递、___________、___________。
17．关于热现象，下列说法中正确的是__________．
A．一定质量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加
B．两个铁块用力挤压不能粘合在一起，说明分子之间存在斥力
C．热量不能自发地低温物体传递到高温物体
D．液晶显示器是利用了液晶对光具有各向同性的特点
E．把一枚针轻放在水面上，它会浮在水面，这是水表面存在表面张力的缘故
18．根据热力学定律，下列说法正确的是______________
A．电冰箱的工作过程表明，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．科技的进步可以使内燃机成为单一的热源热机
D．对能源的过度消耗使自然界的能量不断减少，形成“能源危机”
E．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
19．下列说法正确的是__________
A．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
B．被踩扁的乒乓球（表面没有开裂）放在热水里浸泡，恢复原状的过程中，球内气体对外做正功的同时会从外界吸收热量
C．由于液体表面分子间距离小于液体内部分子间的距离，液面分子间表现为引力，所以液体表面具有收缩的趋势
D．两个分子间分子势能减小的过程中，两分子间的相互作用力可能减小
E．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
三、综合题
20．为什么热机的效率不可能达到100%？
21．热力学第二定律的开尔文表述指出：内能与机械能的转化具有方向性。请结合无序程度的变化加以解释。
22．如图所示，将一滴红墨水滴入一杯清水中，红墨水会逐渐扩散到整杯水中。试说明这个过程中无序程度的变化。
23．寒冷的冬季，室外的水很容易结冰。液态水分子的无序度比冰高。那么，结冰的过程违反熵增加原理吗？为什么？
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
【详解】
A．液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点，故A正确，不合题意；
B．根据麦克斯韦速率分布规律，当温度降低时，大部分液体分子的速率减小，但个别分子的速率可能增大了，故B正确，不合题意；
C．在南方的梅雨季节，空气中的相对湿度较大，蒸发变慢，湿衣服不容易晾干，故C正确，不合题意；
D．根据热力学第二定律，空调把热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外需要消耗电能，故D错误，符合题意。
故选D。
2．B
【详解】
悬浮在液体中的固体微粒越小，布朗运动就越明显，选项A错误； 物体的温度越高，分子热运动的平均动能越大，选项B正确； 当分子间的距离增大时，分子间的引力和斥力都减小，选项C错误；绝对零度是低温的极限，不可能达到，选项D错误；故选B.
3．C
【详解】
ABC．气体在向右边的真空膨胀的过程中没有力的作用，所以气体不做功，即W＝0，绝热过程，Q＝0，根据热力学第一定律
ΔU＝Q＋W
可知
ΔU＝0
所以气体内能不变，温度不变，分子的平均动能不变，故AB错误，C正确；
D．无外界的干预，根据热力学第二定律可知，涉及热现象的宏观过程具有方向性，因此气体分子不可能自发地退回到左边，使右边重新成为真空，故D错误。
故选C。
4．D
【详解】
A．根据热力学第一定律知
ΔU＝W＋Q＝－100J＋80J＝-20J
它的内能减小20J，故A错误；
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．能量耗散过程体现了宏观自然过程的方向性，符合热力学第二定律。故D正确；
故选D。
5．C
【详解】
A．热力学第一定律说明能量守恒，热力学第二定律反映了宏观自然过程的方向性，自然界中的宏观过程既要满足能量守恒定律，又要满足热力学第二定律，即能量守恒的过程不一定会发生，故A错误；
B．新能源是指新近才开始使用的可以重复使用的能源，故B错误；
C．一次能源是直接来自自然界而未经加工转换的能源，如石油，故C正确；
D．石油属于一次能源，故D错误。
故选C。
6．C
【详解】
试题分析：毛细现象是液体的表面张力作用的结果，温度越高表面张力越小，故A正确；液晶像液体一样可以流动，又具有某些晶体结构特征的一类物质．所以液晶的光学性质与某些晶体相似，具有各向异性，故B正确；饱和汽的压强只与温度有关，与体积无关，故C错误；利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，根据能量守恒定律得知可以将海水的一部分内能转化为机械能，故D正确．
7．B
【详解】
A．空调可以把热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外，但是要消耗电能，即能够引起其他变化，选项A错误；
B．一定质量的单晶体在熔化过程中，吸收热量，温度不变，即分子平均动能不变，则分子势能一定是增大的，选项B正确；
C．布朗运动用肉眼是观察不到的，即清晨时阳光透过窗户射入房间，观察到空中飞舞的粉尘不是布朗运动，选项C错误；
D．水在涂有油脂的玻璃板上能形成水珠，而在干净的玻璃板上却不能，这是水对油脂是不浸润的，而水相对于玻璃是浸润的，故D错误。
故选B。
8．B
【详解】
A．玻璃板被拉起时，要受到水分子间的引力，所以拉力大于玻璃板的重力， A正确；
B．压缩气体越来越费力，是因为气体的体积减小，单位体积内的分子数增多，使得在相同时间内撞击活塞的气体分子数目增多，气体的压强增大，需要用的外力增大，B错误；
C．烧热的针尖，接触涂上薄蜂蜡层的云母片上某点，经一段时间后形成图丙的形状，由于是椭圆，则说明云母具有各向异性，是单晶体，C正确；
D．根据热力学第二定律，热机把内能转化为机械能时，能量的耗散是不可以避免的，所以热机的效率不可以达到100%，D正确。
故选B。
9．D
【详解】
A．农民在干旱天气里锄松土壤是利用毛细现象，为了破坏土壤中的毛细管，来阻碍水分的蒸发．故A正确，但不符合题意；
B．布朗运动是液体中的悬浮微粒的无规则运动，是液体分子无规则运动的反映，故B正确，但不符合题意；
C．由热力学第二定律可知，不可能从单一热源吸收热量把它全部用来做功而不引起其他变化，故C正确，但不符合题意；
D．气体分子间的间距较大，不能用气体体积和氧气的体积来计算阿伏伽德罗常数，故D错误，符合题意。
故选D。
10．D
【详解】
试题分析：温度越高，物体内分子运动越剧烈，所以温度越高，分子动能越大，因为内能是指物体内所有分子由于热运动而具有的分子动能，以及分子之间分子势能的总和，故内能不一定增加，所以A错误；布朗运动是固体微粒的运动，不是液体分子的运动，所以B错误；空气容易被压缩是因为空气分子间隙大，不能说明分子间存在分子力，所以C错误；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，所以D正确．
11．C
【详解】
A．热量不可以“自己”从低温物体向高温物体传递，能在“一定”的条件下是可以实现的，故A错误；
B．分子在做永不停息的无规则运动，因此其分子的平均动能不是零，故B错误；
C．同样质量同样温度的水蒸气和水的平均动能相等，可同样温度的水变成水蒸气需要吸收热量，因此水蒸气的内能更大，故C正确；
D．气体分子间的距离很大，相对作用力近似是零，气体如果没有容器的约束，气体分子散开原因是分子做杂乱无章的运动的结果，故D错误。
故选C。
12．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。
13．BD
【详解】
A．外界对物体做功，若物体放热，则物体的内能不一定增加，选项A错误；
B．一定质量的理想气体保持压强不变时，若体积变小，温度降低，则气体分子的热运动会缓慢，选项B正确；
C．因为布朗运动是悬浮在液体中的固体颗粒的运动，所以布朗运动的剧烈程度与自身体积有关，与液体的温度也有关，选项C错误；
D．根据热力学第二定律可知，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，选项D正确；
故选BD。
14．CD
【详解】
A．热量不能自发由低温物体传到高温物体，要产生其它影响，比如电冰箱，A错误；
B．改变内能的方式有做功和热传递，物体内能增加，有可能是外界对该物体做功产生的，B错误；
C．根据热力学第一定律
吸收热量，同时对外做功，只要吸收的热量大于对外做功的能量，内能可能增加，故C正确；
D．热力学第二定律指出：不可能从单一热库吸收能量，使之完全变成功，而不引起其他影响，故D正确。
故选CD。
15．BCE
【详解】
由熵增加原理知，一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行，故A错误；晶体有一定的熔化温度，非晶体没有一定的熔化温度，故B正确；扩散现象和布朗运动的剧烈程度都与温度有关，但扩散现象和布朗运动并不是热运动，故C正确；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，故D错误；两个分子从很远处逐渐靠近，直到不能再靠近为止的过程中，分子间相互作用的合力先变大后变小，再变大，E正确．故BCE正确，AD错误．
16． 摩擦生热 气体自由膨胀
【详解】
物理学中讨论的三类典型的单向性过程为热传递、摩擦生热、气体自由膨胀。
17．ACE
【详解】
A、根据理想气体状态方程，一定量的某种理想气体在压强不变的情况下，体积变大，则温度一定升高，内能一定增加，故A正确；
B、两个铁块挤压时，分子之间的距离超过了分子力作用的范围，所以不能说明分子斥力的存在，故B错误；
C、热传送具有方向性，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C正确；
D、液晶显示器是利用了液晶对光具有各向异性的特点，故D错误；
E、一枚针轻放在水面上，它会浮在水面，是由于水表面存在表面张力的缘故， E正确；
故选ACE．
18．ABE
【详解】
根据热力学第二定律知热量只能够自发从高温物体传到低温物体，但也可以通过热机做功实现从低温物体传递到高温物体，电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递，故A正确．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量小于向室外放出的热量，因为工作过程还有电热释放，故B正确．根据热力学第二定律，可知内燃机不可能成为单一热源的热机，故C错误；对能源的过度消耗将形成能源危机，但自然界的总能量守恒，故D错误；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，选项E正确；故选ABE.
19．ABD
【详解】
A、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，故A正确；
B、被踩扁的乒乓球（表面没有开裂）放在热水里浸泡，恢复原状的过程中，球内气体对外做正功，温度升高，内能增加，根据热力学第一定律△U=Q+W知会从外界吸收热量，故B正确．
C、由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离，液面分子间表现为引力，所以液体表面具有收缩的趋势，故C错误．
D、分子间分子势能与距离的关系如图所示：
从图可以看出，分子势能变小，分子间距可能增加，也可能减小；若分子间距大于平衡间距，分子势能减小，分子间距变小，分子力可能增加，也可能减小，故D正确．
E、布朗运动是悬浮颗粒的无规则运动，而组成小颗粒的分子有成千上万个，颗粒的运动是大量分子集体的运动，并不是颗粒分子的无规则运动，布朗运动是液体分子无规则运动的反映，故E错误．
点睛：解决本题的关键是掌握分子动理论，要知道布朗运动既不是固体颗粒分子的运动，也不是液体分子的运动，而是液体分子无规则运动的反映．
20．热机在工作过程中，燃料不可能完全燃烧，尾气带走较多的热量，机器本身散热，克服机械间摩擦做功，剩余的能量才是有用的能量，在燃料完全燃烧提供的能量中只占很少一部分，所以热机效率不可能达到100%。
21．机械运动是宏观情况下物体在空间位置上的变化，物体运动状态的变化完全遵循牛顿运动定律所反映的因果关系，这是一种有序的运动。热运动是大量分子的无规则运动，系统的一个宏观状态包含着大量的微观状态，这是一种无序的运动。机械运动向热运动的转化，属于从有序向无序的转化，会导致无序程度的增加，符合热力学的规律，因此机械能可以全部转化为内能。反之，热运动向机械运动的转化，属于从无序向有序的转化，不符合无序程度增加的原理，因此内能向机械能的转化不能全部实现。
22．一滴红墨水滴入一杯清水中，红墨水会自发地进入清水中，最终整杯水均匀地变红了，但这杯均匀的红水中的小碳粒绝不会自发地聚集在一起，成为一滴红墨水，而其余部分又变成了清水。此过程中从有序变成无序，无序程度增加了，即熵增加了。
23．不违反；见解析
【详解】
不违反熵增加原理；液体的水比冰的无序度大，但我们看孤立系统的熵，而不是看个别不孤立的物体。一盆水在寒冷的天气中并不是孤立系统，因为水和外界大气及地面有能量交换。熵增加原理指的是孤立遵守能量守恒的系统。本说法中，水与大气及地面为一个孤立系统，水结冰时放热，使周围大气以及地面内能增加，无序度增加，系统总熵值还是增加的，并没有违反熵增加原理。