3.3热力学第二定律同步训练（Word版含答案）

3.3热力学第二定律
一、选择题（共15题）
1．关于物体的内能和机械能，以下说法正确的是（ ）
A．物体的内能包含物体的机械能
B．物体的机械能大，则它的内能也一定大
C．物体具有内能，同时又可以具有机械能
D．物体的机械能和内能间都可以自发地发生转化．
2．下列叙述和热力学定律相关，其中正确的是（　　）
A．第二类永动机不可能制成，是因为违背了热力学第一定律
B．能量耗散过程中能量不守恒
C．夏天打开电冰箱的门，可以起到室内降温作用
D．一切自发过程总是沿着分子无序性增大的方向进行
3．关于热现象和热学规律，有以下说法中正确的是
A．布朗运动就是液体分子的运动
B．物体的温度越高，分子平均动能越大
C．分子间的距离增大，分子间的引力增大，分子间的斥力减小
D．第二类永动机不可能制成的原因是违反了能量守恒定律
4．下列说法正确的是（　　）
A．液体表面存在着张力是因为液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离
B．一定质量的理想气体，在等压膨胀过程中，对外做功，分子平均动能减小
C．理论上，第二类永动机并不违背能量守恒定律，所以随着人类科学技术的进步，第二类永动机是有可能研制成功的
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
5．下列说法正确的是（　　）
A．晶体一定具有规则的形状且有各向异性的特征
B．液晶光学性质与某些多晶体相似，具有各向同性
C．机械能可以全部转化为内能，内能却不能全部转化为机械能，而不引起其他变化
D．布做的雨伞，虽然纱线间有空隙，却不漏雨水，这属于毛细现象
6．下列有关热力学第二定律的说法正确的是（ ）
A．气体自发地扩散运动总是向着更为无序的方向进行，是可逆过程
B．第二类永动机虽然不违反能量守恒定律，但它是制造不出来的
C．空调既能制冷又能制热，说明热传递不具有方向性
D．一定质量的理想气体向真空自由膨胀时，体积增大，熵减小
7．以下说法中正确的是
A．分子力做正功，分子势能一定增大
B．气体的压强是由气体分子间的吸引和排斥产生的
C．分子间距离增大时，分子间的引力和斥力都减小
D．绝对零度就是当一定质量的气体体积为零时，用实验方法测出的温度
8．如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态、和后再回到状态A。其中，和为等温过程，和为绝热过程（气体与外界无热量交换）。这就是著名的“卡诺循环”。在该循环过程中，下列说法正确的是（　　）
A．过程中，气体从外界吸热并全部用来对外做功，所以违反了热力学第二定律
B．过程中，气体分子的平均动能增大
C．过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多
D．过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化
9．关于热现象，下列说法正确的是（　　）
A．单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
10．下列说法正确的是（　　）
A．若已知气体的摩尔质量、密度，可以计算出每个气体分子的体积
B．扩散现象是物质分子永不停息地做无规则运动的证明
C．玻璃、橡胶、蜂蜡、食盐、沥青都是非晶体
D．电冰箱的制冷系统能够不断把冰箱内的热量传递到外界，违背了热力学第二定律
11．下列说法中，能够发生且不违背热力学第二定律的是（　　）
A．一杯热茶自然放置，茶会自动变得更热
B．电冰箱正常工作时把箱内低温物体的热量传递到箱外高温物体
C．只要对蒸汽机不断革新，它就可以把蒸汽的内能全部转化成机械能
D．利用降低海水温度放出大量的热量来发电，从而解决能源短缺的问题
12．关于热学的说法中，下列表述正确的是（　　）
A．花粉颗粒在液体中的布朗运动，是由于花粉颗粒内部分子无规则热运动引起的
B．冰箱在制冷过程中，能将热量从温度低的物体传到温度高的物体，所以冰箱工作时不遵守热力学第二定律
C．在完全失重的状态下，密闭容器中的气体对容器壁压强为零
D．在绝热过程中，外界对一定质量的理想气体做功，气体的内能必然增加
13．下列说法正确的是（ ）
A．当人们感到潮湿时，空气的绝对湿度一定较大
B．气体压强本质上就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力
C．能量耗散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
D．在各种晶体中，原子（或分子、离子）都是按照一定的规则排列的，具有空间上的周期性
E．悬浮在液体中的微粒越小，在某一瞬间跟它相撞的液体分子数就越少，布朗运动越不明显
14．下列说法中正确的是（　　）
A．物体是由大量分子组成的，分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小
B．悬浮在水中的花粉颗粒的运动不是水分子的运动，而是花粉分子的运动
C．物体的机械能可能为零，而内能不可能为零
D．第二类永动机违反能量守恒定律
E．一定质量的理想气体压强不变，温度升高时吸收的热量一定大于内能的增加量
15．下列说法中正确的是（　）
A．温度越高，每个分子的热运动速率一定越大
B．从微观角度看，气体对容器的压强是大量气体分子对容器壁的频繁碰撞引起的
C．随着分子间距离的增大，分子间引力和斥力减小
D．浸润和不浸润现象都是分子力作用的表现
E．机械能不可能全部转化为内能，内能也无法全部用来做功以转化
二、填空题
16．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______。
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．根据能的转化和守恒定律及能量转化的方向性，人们认识到，自然界中进行的涉及______现象的宏观过程都具有______性，例如机械能可以______转化为内能，但内能______全部转化成机械能，而不引起其他变化。
19．如图所示是压缩式电冰箱的工作原理示意图。经过干燥过滤器后液体制冷剂进入蒸发器，汽化吸收箱体内的热量，压缩机使低温低压的制冷剂气体变成高温高压的气体，然后制冷剂在冷凝器中液化放出热量到箱体外。电冰箱将热量从低温物体转移到高温物体的工作过程_______（填“违背”或“不违背”）热力学第二定律。制冷剂在蒸发器中由液态变成气态的过程中，________（选填“气体对外做功”“外界对气体做功”或“气体对外不做功”）。
三、综合题
20．查阅资料，简述“熵与负熵”。
21．古代没有玻璃透镜，但用冰制成透镜，称为“阳燧”，用它将阳光聚到木材上取火。这是热量从低温物体传到高温物体的例子吗
22．(1)随着科技的迅猛发展和人们生活水平的提高，下列问题一定能够实现或完成的是 (　　)
A．假如全世界60亿人同时数1 g水的分子个数，每人每小时可以数5000个，不间断地数，则大约20年能数完(阿伏加德罗常数NA取6.0×1023个/mol)
B．热量可以从低温物体传到高温物体
C．热机的效率达到100 %
D．太阳能的利用普及到老百姓的日常生活中
(2)某学校研究性学习小组组织开展一次探究活动，想估算地球周围大气层空气的分子个数和早晨同中午相比教室内的空气的变化情况．一学生通过网上搜索，查阅得到以下几个物理量数据：地球的半径R＝6.4×106 m，地球表面的重力加速度g＝9.8 m/s2，大气压强p0＝1.0×105 Pa，空气的平均摩尔质量M＝2.9×10－2 kg/mol，阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023个/mol.另一个同学用温度计测出早晨教室内的温度是7℃，中午教室内的温度是27℃.
①第一位同学根据上述几个物理量能估算出地球周围大气层空气的分子数吗？若能，请说明现由；若不能，也请说明理由．
②根据上述几个物理量能否估算出中午跑到教室外的空气是早晨教室内的空气的几分之几？
23．我国航天员漫步太空已变成现实．已知飞船在航天员出舱前先要“减压”，在航天员从太空返回进入航天器后要“升压”，因此飞船将此设施专门做成了一个舱，叫“气闸舱”，其原理图如图所示，相通的舱A、B间装有阀门K，指令舱A中充满气体，气闸舱B内为真空，整个系统与外界没有热交换．打开阀门K后，A中的气体进入B中，最终达到平衡．若将此气体近似看成为理想气体，则下列说法正确的是_____ ．
A．气体体积膨胀，对外做功，内能减小
B．气体体积变大，气体分子单位时间对气缸壁单位面积碰撞的次数将变少
C．气体并没有对外做功，气体内能不变
D．B中气体不可能自发地全部退回到A中
E．气体温度变小，体积增大，压强减小
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
【详解】
AB.内能和机械能是两种不同形式的能，两者有本质的区别．内能跟组成物体的微粒——分子的运动和分子之间的相互作用有关，而机械能跟物体的宏观运动及势能有关．故A错误，B错误；
C.物体可以同时具有多种形式的能．故C正确；
D.根据热力学第二定律，机械能可以自发地转化成内能，内能不能自发地转化成机械能，故D错误．
故选：C
2．D
【详解】
A．第二类永动机不可能制成，是因为违背了热力学第二定律，选项A错误；
B．能量耗散过程中能量也是守恒的，选项B错误；
C．电冰箱制冷机工作后，冰箱冷冻室内的蒸发器温度降低，吸收空气中的热量，而与此同时，冰箱外部的冷凝器温度升高，将热量传给空气，室内空气的热量只是被冰箱吸收后又被放出，所以室温不会下降，不可以起到室内降温作用，选项C错误；
D．根据熵原理， 一切自发过程总是沿着分子无序性增大的方向进行，选项D正确。
故选D。
3．B
【详解】
试题分析：布朗运动指的是悬浮微粒永不停息地做无规则运动的现象，是固体颗粒的运动，所以A项错误；物体的温度越高，分子运动越距离，分子平均动能越大，所以B项正确；分子间距增大，分子间的引力和斥力都在减小，斥力减小的快，分子间表现为引力，所以C项错误；第一类永动机不可能制成的原因是违反了能量守恒定律，第二类永动机不可能制成的原因是违反了热现象的方向性，所以D项错误．
4．A
【详解】
A．液体表面存在着张力是因为液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，选项A正确；
B．一定质量的理想气体，在等压膨胀过程中，对外做功，温度升高，则分子平均动能增大，选项B错误；
C．理论上，第二类永动机并不违背能量守恒定律，但是违背热力学第二定律，所以即使随着人类科学技术的进步，第二类永动机也不可能研制成功，选项C错误；
D．根据热力学第二定律可知，热机的效率不能达到百分之百，即使改进内燃机结构，提高内燃机内能转化率，最终也不可能实现内能完全转化为机械能，选项D错误。
故选A。
5．C
【详解】
A．多晶体各向同性。A错误；
B．液晶 具有各向异性。B错误；
C．机械能可以全部转化为内能，内能却不能全部转化为机械能，而不引起其他变化。这符合能量转化的方向性。C正确；
D．布做的雨伞，虽然纱线间有空隙，却不漏雨水，这是液体有表面张力的结果。D错误。
故选C。
6．B
【详解】
气体向真空的自由膨胀是不可逆的，故A错误．第二类永动机虽然不违反能量守恒定律，但它违反了热力学第二定律，是制造不出来的．故B正确．热力学第二定律的内容可以表述为：热量不能自发的由低温物体传到高温物体而不产生其他影响，即只要产生其他影响，热量就能从低温物体传到高温物体．故C错误．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B.
7．C
【详解】
A、分子力做正功，分子势能减小，A错误
B、气体压强产生的原因是大量气体分子对容器壁的持续的、无规则撞击产生的，B错误
C、分子间引力和斥力随分子间的距离的增大而减小，随分子间的距离的减小而增大，C正确
D、绝对零度是不可能达到的最低温度，自然界的温度只能无限逼近．D错误
8．C
【详解】
A．过程中，体积增大，从外界吸收的热全部用来对外做功，没有违反热力学第二定律，因为引起了其他的变化，故A错误；
B．过程中，绝热膨胀，气体对外做功，内能减小，温度降低，气体分子的平均动能减小，故B错误；
C．过程中，等温压缩，体积变小，分子数密度变大，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，故C正确；
D．过程中，绝热压缩，外界对气体做功，内能增加，温度升高，分子平均动能增大，气体分子的速率分布曲线发生变化，故D错误。
故选C。
9．D
【详解】
A．单晶体可在某些物理性质上表现为各向异性，故A错误；
B．第二类永动机不可能实现是因为它违背了热力学第二定律，故B错误；
C．空气的相对湿度定义为水在空气中的蒸汽压与同温度同压强下水的饱和蒸汽压的比值，故C错误；
D．当分子间距离变小时，根据r0位置的不同，分子间的作用力可能减小，也可能增大，故D正确。
故选D。
10．B
【详解】
A．若已知气体的摩尔质量、密度，可以计算出每个气体分子运动占据的空间的体积，选项A错误；
B．扩散现象是物质分子永不停息地做无规则运动的证明，选项B正确；
C．玻璃、橡胶、蜂蜡、沥青都是非晶体，食盐是晶体，选项C错误；
D．电冰箱的制冷系统能够不断把冰箱内的热量传递到外界，要消耗电能，此过程并不违背了热力学第二定律，选项D错误。
故选B。
11．B
【详解】
A．热传递具有方向性，热量能自发的从高温物体传到低温物体，故一杯热茶自然放置，茶会自动变得凉，不会自动变得更热，违背热力学第二定律，故A错误；
B．电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体，此过程中消耗了电能，所以不违背热力学第二定律，能发生，故B正确；
C．蒸汽机的能量损失不可避免，不可能把蒸汽的内能全部转化为机械能，违背了热力学第二定律，不能发生，故C错误；
D．利用降低海水温度放出大量的热量来发电，需要消耗更多的其它能量，违背了热力学第二定律，故不能解决能源短缺问题，故D错误。
故选B。
12．D
【详解】
A．花粉颗粒在液体中的布朗运动，是由于液体分子无规则热运动对花粉颗粒的撞击不平衡引起的，故A错误；
B．冰箱在制冷过程中，需要消耗额外的能量才能将热量从温度低的物体传到温度高的物体，冰箱工作时遵守热力学第二定律，故B错误；
C．气体对容器壁的压强是由于气体分子的无规则热运动对容器壁的连续撞击产生的，所以在完全失重的状态下，密闭容器中的气体对容器壁的压强不为零，故C错误；
D．根据
可知，在绝热过程中，外界对一定质量的理想气体做功，气体的内能必然增加，故D正确。
故选D。
13．BCD
【详解】
A．人感到闷热时，是因为空气中的相对湿度较大，故A错误；
B．气体压强本质上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B正确；
C．根据热力学第二定律可知，能量耗散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C正确；
D．在各种晶体中，原子(或分子离子)都是按照一定的规则排列的，具有空间上的周期性，选项D正确；
E．悬浮微粒越小，在某一瞬间撞击它的液体分子数就越少，受力越不平衡，布朗运动越明显，故E错误．
14．ACE
【详解】
A．根据分子动理论的内容可知，物体是由大量分子组成的，分子间的引力和斥力同时随分子间距离的增大而减小，故A正确；
B．布朗运动是悬浮在液体中固体微粒的无规则运动，是由大量分子撞击引起的，反应了液体分子的无规则运动，故B错误。
C．物体的宏观速度相对于参考系的速度为0时，其动能可以为0，选定合适的参考面则势能可以为零，因此机械能可以为零；而内能是物体内所有分子的分子动能与分子势能的和，分子动能不可能为0，所以物体 的内能不可能为0，故C正确；
D．第二类永动机不违反能量守恒定律，违反了热力学第二定律，故D错误；
E．一定质量的理想气体压强不变，温度升高时，根据理想气体的状态方程：，可知气体的体积一定增大，所以气体对外做功，然后根据热力学第一定律可知，吸收的热量一定大于内能的增加量。故E正确。
故选ACE。
15．BCD
【详解】
温度越高，分子的热运动平均速率一定越大，但每个分子热运动的速率不一定大，选项A错误；从微观角度看，气体对容器的压强是大量气体分子对容器壁的频繁碰撞引起的，选项B正确；随着分子间距离的增大，分子间引力和斥力减小，选项C正确；浸润和不浸润现象都是分子力作用的表现，选项D正确；根据热力学第二定律，机械能可能全部转化为内能，但是内能无法全部用来做功以转化，选项E错误；故选BCD.
16．能量的耗散与退化
【详解】
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。
17． 不能 方向
【详解】
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． 热 方向 全部 不能
【详解】
根据能的转化和守恒定律及能量转化的方向性，人们认识到，自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，例如机械能可以全部转化为内能，但内能不能全部转化成机械能，而不引起其他变化。
19． 不违背 气体对外做功
【详解】
热力学第二定律的克劳修斯表述为热量不能自发地从低温物体传到高温物体，电冰箱依靠压缩机实现了将热量从低温物体转移到高温物体，不违背热力学第二定律。
制冷剂在蒸发器中由液态变成气态的过程中，体积膨胀，对外做功。
20．1850年，克劳修斯首次提出熵的概念，熵可以用来表达一个系统无序程度，系统从有序向无序的发展过程中熵在增加。在物理学中，不与外界进行物质和能量交换的系统叫做孤立系统。在自发过程中，系统总是自发地向无序方向发展，即一个孤立系统的熵值总是不断减小的，这就是熵增加原理。
负熵即熵减少，是系统有序化、组织化、复杂化状态的一种量度。1929年，匈牙利裔美国科学家齐拉德首次提出了“负熵”这个经典热力学中从未出现过的概念和术语。1940年，薛定谔跨界写了本生物学著作——《生命是什么》，在这本书中他提出了生物就是负熵的过程。生命体是开放系统，是不可逆的非热力学平衡体系。而平衡态是无序的，非平衡态则是有序的根源，薛定谔形容为“生命是依赖负熵为生存”的。
物理学采用“熵函数”来描述系统的无序化或有序化程度，熵值增长就意味着系统的无序化提高或有序化降低，熵值减少就意味着系统的无序化降低或有序化提高。从系统的外界输入“负熵”可抵消系统的熵值增长，从而维持和发展系统的有序化。由此可见：从物理学角度来看，人类社会的一切生产与消费实际上就是“负熵”的创造与消耗；从在社会学角度来看，人类社会的一切生产与消费实际上就是“价值”的创造与消耗。因此“负熵”与“价值”之间存在着某种必然的联系。
21．在“阳燧取火”中，冰块起到的是汇聚光线的作用，热量并不是从冰块传递到木材上，其本质还是太阳上的热量通过光传递到了木材上，即热量从高温物体传递到低温物体上。
22．(1)B、D　(2)①能，理由见解析　②
【详解】
(1)可估算需要10万年才能数完，所以A错；热力学第二定律告诉我们B正确；热机是把内能转化为机械能的机器，根据热力学第二定律可知C错；太阳能的开发和利用是人类开发新能源的主要思路，完全可以实现全民普及太阳能，所以D正确．正确的答案为B、D.
(2)①能．因为大气压强是由大气重力产生的，
由p0＝＝，得m＝
把查阅得到的数据代入上式得m≈5.2×1018kg
大气层空气的分子数为
N＝NA＝×6.0×1023个
≈1.1×1044个
②可认为中午同早晨教室内的压强不变，根据等压变化规律＝，
将T1＝280 K、T2＝300 K，代入得
V2＝V1
故跑到室外的空气体积ΔV＝V2－V1＝V1
所以跑到室外空气占早晨室内的比例为
＝＝.
23．BCD
【详解】
ACE．气体自由膨胀，没有对外做功，故内能不变，温度不变，故AE错误，C正确；
B．气体体积变大，气体的分子密度减小，则气体分子单位时间对气缸壁单位面积碰撞的次数将变少，选项B正确；
D．一切宏观热现象均具有方向性，故B中气体不可能自发地全部退回到A中，故D正确；
故选BCD。
答案第1页，共2页