4.3热力学第二定律 基础巩固（Word版含答案）

4.3热力学第二定律基础巩固2021—2022学年高中物理沪教版（2019）选择性必修第三册
一、选择题（共15题）
1．下列说法正确的是（　　）
A．不计分子之间的分子势能，质量和温度相同的氢气和氧气具有相同的内能
B．悬浮在液体中的微粒越小，在某一瞬间撞击它的液体分子数越少，布朗运动越明显
C．一切不违背能量守恒与转化定律的物理过程都是可以实现的
D．当分子之间作用力表现为斥力时，分子力随分子间距离的增大而增大
2．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
3．在一定速度下发生变化的孤立体系,其总熵(　　 )
A．不变
B．可能增大或减小
C．总是增大
D．总是减小
4．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
5．下列叙述正确的是（　　）
A．科技在发展，今后温度可以达到绝对零度 B．布朗运动就是液体分子的热运动
C．对一定质量的气体加热，其内能可能减小 D．相对湿度越大说明空气越干燥
6．下列说法正确的是（　　）
A．大气中PM2.5的运动是分子的无规则运动
B．理想气体的压强是由气体分子间斥力产生的
C．密闭在汽缸里一定质量理想气体发生等压膨胀时，单位时间碰撞器壁单位面积的气体分子数一定减少
D．热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体
7．下列说法正确的是（　　）
A．甲图中的酱油蛋是布朗运动的结果
B．乙图中的水黾可以停在水面，是因为水具有表面张力
C．丙图中酱油与左边材料不浸润，与右边材料浸润
D．丁图中电冰箱能把热量从低温的箱内传到高温的箱外，违背了热力学第二定律
8．下列说法中正确的是（　　）
A．第一类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第一定律
B．机械能全部转化为内能是不可能的
C．从单一热源吸收的热量全部变成功而不产生其他影响是不可能的
D．第二类永动机不可能制造成功的原因是能量不会凭空产生
9．关于热学知识，以下说法中正确的是（ ）
A．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．在绝热条件下压缩理想气体，气体的内能一定增加
C．布朗运动是在显微镜中看到的液体分子的无规则运动
D．空气中水蒸气的实际压强与相同温度下饱和汽压相差越大，越不利于蒸发
10．下列说法中正确的是 （ ）
A．当两个分子间的距离小于平衡距离时，分子间只有斥力作用
B．根据热力学第二定律可知，机械能不可能全部转化成物体的内能
C．根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传给高温物体
D．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变
11．热力学第二定律常见的表述方式有两种：一是不可能使热量由低温物体传递到高温物体而不引起其他变化；二是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．第一种表述方式可以用如右图示意图来表示，根据你对第二种表述的理解，如果也用类似的示意图来表示，你认为下列示意图中正确的是(　　)
A．A B．B C．C D．D
12．关于热现象和热学规律，下列说法中正确的是（ ）
A．只要知道气体的摩尔体积和阿伏伽德罗常数，就可以计算出气体分子的体积
B．悬浮在液体中的固体颗粒越大，布朗运动就越明显
C．一定质量理想气体，保持气体的压强不变，温度越高，体积越大
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
13．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
14．下列说法中正确的是(　　)
A．扩散现象和布朗运动的剧烈程度都与温度有关，所以扩散现象和布朗运动也叫做热运动
B．若两分子间距离增大，分子势能一定增大
C．热量可能从低温物体传到高温物体
D．外界对物体做功，物体的内能一定增加
15．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
二、填空题（共4题）
16．根据热力学定律，下列说法正确的是__________
A．电冰箱的工作表明，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．科技的不断进步使得人类有可能生产出单一热源的热机
D．即使没有漏气、摩擦、不必要的散热等损失，热机也不可以把燃料产生的内能全部转化为机械能
E．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”
17．如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经状态B、C和D后回到状态A，图中曲线AB、CD为反比例函数图线，直线BC平行于V轴，直线DA平行于p轴。该理想气体经过的A→B、B→C、C→D、D→A四个过程中，气体吸热的过程有______；外界对气体做功的过程有______；气体内能减少的过程有______；吸收热量等于气体对外界做功的过程有______。
18．对于热现象，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．每选铺1个扣3分、最低得分为0分)
A气体吸收热量，其温度定升高
B．在绝热条件下压缩气体，气体的内能一定增加
C．温度相同的两种物质，其分子的平均动能一定相同
D．第二类永动机不能造成的根本原因是其违反了热力学第二定律
E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
19．下列说法正确的是______________
A．热量不可以从低温物体传到高温物体
B．当分子间的引力与斥力平衡时，分子势能最小
C．0℃的水和0℃的冰具有相同的内能
D．布朗运动是固体小颗粒的无规则运动
E.气体的温度升高时，分子的热运动变得剧烈，分子的平均动能增大，撞击器壁时对器壁的作用力增大
三、综合题（共4题）
20．一辆汽车的发动机输出功率为66.15kW，每小时耗(柴)油14kg，请计算发动机的效率。(柴油的燃烧值为4.3×107J/kg)
21．如图，一根粗细均匀的细玻璃管开口朝上竖直放置，玻璃管中有一段长为h＝24 cm的水银柱封闭了一段长为x0＝23 cm的空气柱，系统初始温度为T0＝200 K，外界大气压恒定不变，为p0＝76 cmHg。现将玻璃管开口封闭，将系统温度升至T＝400 K，结果发现管中水银柱上升了2 cm，若空气可以看做理想气体，试求：
①升温后玻璃管内封闭的上下两部分空气的压强分别为多少cmHg？
②玻璃管总长为多少？
22．历史上有哪些永动机的设计？怎样理解“第一类永动机不可能制成”？
23．(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？
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
2．D
3．C
4．D
5．C
6．C
7．B
8．C
9．B
10．D
11．B
12．C
13．C
14．C
15．D
16．ABD
17． 、
18．BCD
19．BDE
20．39.6%
21．①160 cmHg，184 cmHg；②87cm
22．
永动机的想法起源于印度，公元1200年前后，这种思想从印度传到了伊斯兰教世界，并从这里传到了西方。在欧洲，早期最著名的一个永动机设计方案是十三世纪时一个叫亨内考的法国人提出来的（装置示意图见教材）：轮子中央有一个转动轴，轮子边缘安装着12个可活动的短杆，每个短杆的一端装有一个铁球。方案的设计者认为，右边的球比左边的球离轴远些，因此，右边的球产生的转动力矩要比左边的球产生的转动力矩大。这样轮子就会永无休止地沿着箭头所指的方向转动下去，并且带动机器转动。这个设计被不少人以不同的形式复制出来，但从未实现不停息的转动。仔细分析一下就会发现，虽然右边每个球产生的力矩大，但是球的个数少，左边每个球产生的力矩虽小，但是球的个数多。于是，轮子不会持续转动下去而对外做功，只会摆动几下，便停下来。后来，文艺复兴时期意大利的达·芬奇（Leonardo da Vinci，1452-1519）也造了一个类似的装置，他设计时认为，右边的重球比左边的重球离轮心更远些，在两边不均衡的作用下会使轮子沿箭头方向转动不息，但实验结果却是否定的。达·芬奇敏锐地由此得出结论：永动机是不可能实现的。事实上，由杠杆平衡原理可知，上面两个设计中，右边每个重物施加于轮子的旋转作用虽然较大，但是重物的个数却较少。精确的计算可以证明，总会有一个适当的位置，使左右两侧重物施加于轮子的相反方向的旋转作用（力矩）恰好相等，互相抵消，使轮子达到平衡而静止下来。16世纪70年代，意大利的一位机械师斯特尔又提出了一个永动机的设计方案。他在设计时认为，由上面水槽流出的水，冲击水轮转动，水轮在带动水磨转动的同时，通过一组齿轮带动螺旋汲水器，把蓄水池里的水重新提升到上面的水槽中。他想，整个装置可以这样不停地运转下去，并有效地对外做功。实际上，流回水槽的水越来越少，很快水槽中的水就全部流进了下面的蓄水池，水轮机也就停止了转动。浮力也是设计永动机的一个好帮手。是一个著名的浮力永动机设计方案。一连串的球，绕在上下两个轮子上，可以像链条那样转动。右边的一些球放在一个盛满水的容器里。设计者认为，右边如果没有那个盛水的容器，左右两边的球数相等，链条是会平衡的。但是，现在右边这些球浸在水里，受到了水的浮力，就会被水推着向上移动，也就带动整串球绕上下两个轮子转动。上面有一个球露出水面。下面就有一个球穿过容器底，补充进来。这样的永动机也没有制成，是不是因为要下面的球能够通过容器底，而又不能让水漏出来，制造起来技术上有困难呢？技术上的困难并不是主要问题，主要问题还是出在设计的原理上。当下面的球穿过容器底的时候，它和容器底一样，要承受上面水的压力，而且是因为在水的最下部，所以它受到的压力很大。这个向下的压力，就会抵消上面几个球所受的浮力，这个水动机也就无法永动了。此外，人们还提出过利用轮子的惯性，细管子的毛细作用，电磁力等获得有效动力的种种永动机设计方案，但都无一例外地失败了。其实，在所有的永动机设计中，我们总可以找出一个平衡位置来，在这个位置上，各个力恰好相互抵消掉，不再有任何推动力使它运动。所有永动机必然会在这个平衡位置上静止下来，变成不动机。从哥特时代起，这类设计方案越来越多。17世纪和18世纪时期，人们又提出过各种永动机设计方案，有采用“螺旋汲水器”的，有利用轮子的惯性、水的浮力或毛细作用的，也有利用同性磁极之间排斥作用的。宫廷里聚集了形形色色的企图以这种虚幻的发明来挣钱的方案设计师。有学识的和无学识的人都相信永动机是可能的。这一任务像海市蜃楼一样吸引着研究者们，但是，所有这些方案都无一例外的以失败告终。他们长年累月地在原地打转，创造不出任何成果。通过不断的实践和尝试，人们逐渐认识到：任何机器对外界做功，都要消耗能量。不消耗能量，机器是无法做功的。这时的一些著名科学家斯台文、惠更斯等都开始认识到了用力学方法不可能制成永动机。9世纪中叶，一系列科学工作者为正确认识热功能转化和其它物质运动形式相互转化关系做出了巨大贡献，不久后伟大的能量守恒和转化定律被发现了。人们认识到：自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式，可从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，在转化和传递的过程中能量的总和保持不变。能量守恒的转化定律为辩证唯物主义提供了更精确、更丰富的科学基础。有力地打击了那些认为物质运动可以随意创造和消灭的唯心主义观点，它使永动机幻梦被彻底的打破了。在制造第一类永动机的一切尝试失败之后，一些人又梦想着制造另一种永动机，希望它不违反热力学第一定律，而且既经济又方便。比如，这种热机可直接从海洋或大气中吸取热量使之完全变为机械功。由于海洋和大气的能量是取之不尽的，因而这种热机可永不停息地运转做功，也是一种永动机。然而，在大量实践经验的基础上，英国物理学家开尔文于1851年提出了一条新的普遍原理：物质不可能从单一的热源吸取热量，使之完全变为有用的功而不产生其它影响。这样，第二类永动机的想法也破产了。层出不穷的永动机设计方案，都在科学的严格审查和实践的无情检验下一一失败了。1775年，法国科学院宣布"本科学院以后不再审查有关永动机的一切设计"。
不消耗能量而能永远对外做功的机器即第一类永动机，它违反了热力学第一定律，故称为“第一类永动机”。
在没有温度差的情况下，从自然界中的海水或空气中不断吸取热量而使之连续地转变为机械能的机器，它违反了热力学第二定律，故称为“第二类永动机”。
23．
(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
＝＝.
答案第1页，共2页