3.3热力学第二定律 综合训练（Word版含答案）

3.3热力学第二定律
一、选择题（共15题）
1．根据热力学定律判断下列说法中正确的是（　　）
A．第一类永动机不违反能量守恒定律
B．当人类的科学技术发展到一定程度时永动机是可以制造出来的
C．自发的热传导是不可逆的
D．冰箱可以自发地使热量由温度较低的冰箱内向温度较高的冰箱外转移
2．下列关于热力学第二定律微观意义的说法正确的是(　　)
A．从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律
B．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
C．有的自然过程沿着分子热运动无序性增大的方向进行，有的自然过程沿着分子热运动无序性减小的方向进行
D．在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵会减小
3．下列说法正确的是（　　）
A．一个绝热容器中盛有气体，假设把气体中速率很大的如大于v的分子全部取走，则气体的温度会下降，此后气体中不再存在速率大于v的分子
B．温度高的物体的分子平均动能一定大，内能也一定大
C．气体压强的大小跟气体分子的平均动能、分子的密集程度、气体的重力都有关
D．熵值越大，代表系统分子运动越无序
4．根据学过的热学中的有关知识，判断下列说法中正确的是(　　)
A．机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部用来做功转化成机械能
B．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
C．尽管科技不断进步，热机的效率仍不能达到100%，制冷机却可以使温度降到－293℃
D．第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，随着科技的进步和发展，第二类永动机可以制造出来
5．关于永动机和热力学定律的讨论，下列叙述正确的是（　　）
A．第二类永动机违反能量守恒定律
B．如果物体从外界吸收了热量，则物体的内能一定增加
C．外界对物体做功，则物体的内能一定增加
D．做功和热传递都可以改变物体的内能，但从能量转化或转移的观点看这两种改变方式是有区别的
6．下列说法正确的是（　　）
A．液体表面张力的方向与液面相切
B．单晶体和多晶体的物理性质都是各向异性，非晶体都是各向同性
C．空气相对湿度越大时，空气中水蒸气压强越接近饱和汽压，水蒸发越快
D．第二类永动机既违背能量守恒定律，又违背热力学第二定律
7．有关热的现象和规律，下列说法正确的是（　　）
A．电冰箱工作时把热量由温度较低的箱内传递到箱外，违背了热力学第二定律
B．用打气简给自行车打气，越来越费劲，说明气体分子间表现为斥力
C．气体的温度升高，每个气体分子运动的速率都增大
D．一定质量的理想气体，经历绝热压缩过程，气体分子的平均动能增大
8．下列说法正确的是（　　）
A．物体吸收热量，其内能一定增加
B．不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响
C．第二类永动机不能制成是因为违背了能量守恒定律
D．热量能够自发地从低温物体传递到高温物体
9．下列说法中正确的是（　　）
A．随着科学技术和制造工艺的发展，将来有可能制造出效率为100%的高效热机
B．凡是不违反能量守恒定律的过程一定能够实现
C．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
D．第二类永动机并不违背能量守恒定律，但违背了能量转化和转移的不可逆性，因此无法制成。
10．关于热现象和热学规律，下列说法中正确的是（　　）
A．随着低温技术的发展，我们可以使温度逐渐降低，并达到绝对零度
B．气体被压缩时，内能可能不变
C．第二类永动机违背了能量守恒定律，故不能制成
D．活塞对气缸里的空气做功-2.0×105 J，同时空气向外界放出热量1.5×105 J，则空气的内能减少了0.5×105 J
11．以下关于热学的说法正确的是（　　）
A．物体温度升高时，物体内所有分子的动能都增大
B．水表面层的分子间的作用表现为相互吸引
C．气体产生压强是由于分子间相互排斥
D．符合能量守恒定律的过程都能自发进行
12．下列说法正确的是（　　）
A．地面附近有一正在上升的空气团（视为理想气体），它与外界的热交换忽略不计，已知大气压强随高度增加而降低，则该气团在此上升过程中体积增大，温度升高
B．荷叶上的小水滴呈球形是水的表面张力作用的结果
C．空气相对湿度越大，空气中水蒸气压强越接近同温度下水的饱和气压，水蒸发越慢
D．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
E．教室内看到透过窗子的“阳光柱”里粉尘颗粒杂乱无章地运动，这种运动是布朗运动
13．关于分子动理论，下列叙述正确的是(　　)
A．机械能可以全部转化成内能，但内能不能全部转化成机械能
B．液体表面张力的方向和液面相切，垂直于液面上的各条分界线
C．在任一温度下，气体分了的速率分布呈现“中间多、两头少”的分布规律
D．有的物质微粒能够按照不同规则在空间分布，在不同条件下能够生成不同的晶体
E．温度不变时，液体的饱和汽压随体积增大而增大
14．关于热力学定律，下列说法正确的是（　　）
A．气体吸热后温度一定升高
B．对气体做功可以改变其内能
C．理想气体等压膨胀过程一定放热
D．理想气体绝热膨胀过程内能一定减少
E．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体
15．下列说法正确的是（　　）
A．气体的内能包括气体分子的重力势能
B．布朗运动是指悬浮在液体中固体颗粒的运动
C．随着科技的发展，内燃机的效率可能达到100%
D．晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点
E．脱脂棉脱脂的目的在于使它从不被水浸润变为可以被水浸润，以便吸取药液
二、填空题
16．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。
17．热量总是自发地从高温物体传递给低温物体，这说明热传递过程具有　 　；冰箱工作时，能把冰箱内的热量传递到冰箱外，这　 　（填“违反“或“不违反“）热力学第二定律。
18．空调制冷工作过程（热量从室内温度较低的空气中传递到室外温度较高的空气中）是否违反热传递过程的单向性，请说明理由　 　；若在与外界无热传递的封闭房间里。打开冰箱门，让冰箱内的冷气不断流出，经过一段时间后能否起到和空调一样让室内降温的效果，请说明理由　 　。
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．某学习小组做了如下实验：先把空的烧瓶放入冰箱冷冻，取出烧瓶，并迅速把一个气球紧套在烧瓶颈上，封闭了一部分气体，然后将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气球逐渐膨胀起来，如图。
（1）在气球膨胀过程中，下列说法正确的是_____
A．该密闭气体分子间的作用力增大
B．该密闭气体组成的系统熵增加
C．该密闭气体的压强是由于气体重力而产生的
D．该密闭气体的体积是所有气体分子的体积之和
（2）若某时刻该密闭气体的体积为V，密度为ρ，平均摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA，则该密闭气体的分子个数为　 　
（3）若将该密闭气体视为理想气体，气球逐渐膨胀起来的过程中，气体对外做了0.6J的功，同时吸收了0.9J的热量，则该气体内能变化了　 　J；若气球在膨胀过程中迅速脱离瓶颈，则该气球内气体的温度　 　（填“升高”或“降低”）。
21．
（1）下列关于能量转换过程的叙述，违背热力学第一定律的有　 　，不违背热力学第一定律、但违背热力学第二定律的有　 　。（填正确答案标号）
A．汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热
B．冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低
C．某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，而不产生其他影响
D．冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内
（2）潜水钟是一种水下救生设备，它是一个底部开口、上部封闭的容器，外形与钟相似。潜水钟在水下时其内部上方空间里存有空气，以满足潜水员水下避险的需要。为计算方便，将潜水钟简化为截面积为S、高度为h、开口向下的圆筒；工作母船将潜水钟由水面上方开口向下吊放至深度为H的水下，如图所示。已知水的密度为ρ，重力加速度大小为g，大气压强为p0，H h，忽略温度的变化和水密度随深度的变化。
⑴求进入圆筒内水的高度l；
⑵保持H不变，压入空气使筒内的水全部排出，求压入的空气在其压强为p0时的体积。
22．如图所示，用轻质活塞在汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间摩擦忽略不计，开始时活塞距离汽缸底部高度h1=0.50m，气体的温度t1=27℃．给汽缸缓慢加热至t2=207℃，活塞缓慢上升到距离汽缸底某一高度h2处，此过程中缸内气体增加的内能△U=300J．已知大气压强p0=1.0×105Pa，活塞横截面积S=5.0×10﹣3m2．求：
（ⅰ）活塞距离汽缸底部的高度h2；
（ⅱ）此过程中缸内气体吸收的热量Q．
23．如图所示在绝热气缸内，有一绝热活塞封闭一定质量的气体，开始时缸内气体温度为27℃，封闭气柱长为9 cm，活塞横截面积S＝50 cm2。现通过气缸底部电阻丝给气体加热一段时间，此过程中气体吸热22 J，稳定后气体温度变为127℃。已知大气压强等于105 Pa，活塞与气缸间无摩擦，不计活塞重力。求：
①加热后活塞到气缸底部的距离；
②此过程中气体内能改变了多少。
答案部分
1．C
【解答】第一类永动机违反能量守恒定律，则即使人类的科学技术发展到什么程度，永动机也是不可以制造出来的，AB不符合题意；根据热力学第二定律可知，自发的热传导是不可逆的，C符合题意；热量只能自发地从高温物体转移到低温物体，但不能自发地从低温物体转移到高温物体；D不符合题意.
故答案为：C
2．A
【解答】从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律，A符合题意；根据熵原理，一切自然过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行，BC不符合题意；根据热力学第二定律可知，在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵一定不会减小，D不符合题意。
故答案为：A
3．D
【解答】A．把气体中分子速率很大的如大于v的分子全部取走，则气体的温度会下降，此后气体的由于碰撞等原因，仍然会出现速率大于v的分子；A不符合题意；
B．温度高的物体的分子平均动能一定大，而内能与物体的温度、体积和物质的量有关，所以温度高的物体内能不一定大。B不符合题意；
C．气体对容器壁的压强是由于大量气体分子对器壁碰撞作用产生的，压强的大小跟气体分子的平均动能、分子的密集程度有关。C不符合题意；
D．微观状态的数目 是分子运动无序性的一种量度，由于 越大，熵也越大，那么熵自然也是系统内分子运动无序性的量度，所以熵越大，代表系统分子运动越无序，D符合题意。
故答案为：D。
4．A
【解答】A.机械能可以全部转化为内能，而内能在引起其他变化时也可以全部转化为机械能，A符合题意；B.凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量可以自发地从高温物体传递给低温物体，也能从低温物体传递给高温物体，但必须借助外界的帮助，B不符合题意；C.尽管科技不断进步，热机的效率仍不能达到100%，制冷机也不能使温度降到－293℃，只能无限接近－273.15℃，C不符合题意；D.第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，而是违背了热力学第二定律，第二类永动机不可能制造出来，D不符合题意.
故答案为：A
5．D
【解答】A．第二类永动机没有违反能量守恒定律，但却不能成功制成。A不符合题意；
B．如果物体从外界吸收了热量，且又对外做功，则物体的内能不一定增加。B不符合题意；
C．外界对物体做功，若与外界无热量交换，则物体的内能一定增加。C不符合题意；
D．做功和热传递都可以改变物体的内能，但从能量转化或转移的观点来看这两种改变方式是有区别的。D符合题意。
故答案为：D。
6．A
【解答】液体表面张力有使液面的面积收缩到最小的趋势，其方向与液面相切，A符合题意；单晶体的物理性质是各向异性，多晶体和非晶体都是各向同性，B不符合题意；空气相对湿度越大时，空气中水蒸气压强越接近饱和汽压，水蒸发越慢，C不符合题意；第二类永动机不违背能量守恒定律，但是违背热力学第二定律，D不符合题意；
故答案为：A.
7．D
【解答】A．电冰箱工作时把热量由温度较低的箱内传递到箱外消耗了电能，没有违背热力学第二定律，A不符合题意；
B．用打气简给自行车打气，越来越费劲是因为自行车轮胎内气体的压强在逐渐增大，而不是体分子间的斥力造成的；B不符合题意；
C．气体的温度升高，分子的平均动能增大，并不是每个气体分子运动的速率都增大，C不符合题意；
D．一定质量的理想气体，经历绝热压缩过程，根据热力学第一定律可知气体的内能增加，分子的平均动能增大，D符合题意。
故答案为：D。
8．B
【解答】A. 物体吸收热量，同时对外做功，则其内能不一定增加，A不符合题意；
B. 根据热力学第二定律可知，不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响，B符合题意；
C. 第二类永动机不能制成是因为违背了热力学第二定律，不违背能量守恒定律，C不符合题意；
D. 根据热力学第二定律可知，热量不能自发地从低温物体传递到高温物体，D不符合题意.
故答案为：B
9．D
【解答】A．根据热力学第二定律，热机的效率不可能为100%，A不符合题意；
B．不违反能量守恒定律，但违反热力学第二定律的过程也不能实现，B不符合题意；
C．热量能够从高温物体传到低温物体，也能从低温物体传到高温物体。比如电冰箱通电后，内部温度比外部低，但热量仍能从内部传到外部，C不符合题意；
D．第二类永动机并不违背能量守恒定律，但违背了能量转化和转移的不可逆性，即热力学第二定律，因此无法制成，D符合题意。
故答案为：D。
10．B
【解答】A、根据热力学第三定律可知，绝对零度不可达到；A不符合题意.
B、做功与热传递都可以改变物体的内能，可知气体被压缩时，内能可能不变；B符合题意.
C、第二类永动机不可能制成是因为它违背了热力学第二定律；即不可能从单一热源吸收热量，而源源不断的对外做功；C不符合题意.
D、根据热力学第一定律，对空气做功2.0×105J，同时空气向外界放出热量1.5×105J，则空气的内能增加了:△E=W+Q=-2.0×105J+(-1.5×105J)=-3.5×105J;D不符合题意.
故答案为：B.
11．B
【解答】A．温度是表征物体内所有分子平均动能的物理量，物体温度升高，说明物体内所有分子的平均动能增大了，并不是所有分子的动能都增大了，A不符合题意；
B．水面表层分子很容易脱离水而进入空气中，所以水面表层的分子相对于水面以下较为稀疏，分子间距较大，分子间表现出相互吸引力，B符合题意；
C．气体产生压强是由于气体分子不停息的运动而对接触物表面产生了持续的作用力，而不是由于分子间相互排斥的原因，C不符合题意；
D．电冰箱能将热量从低温物体转移到高温物体，其工作过程符合能量守恒定律，但不能自发的进行，需要消耗电能才能进行，D不符合题意。
故答案为：B。
12．B,C,D
【解答】A项：地面附近有一正在上升的空气团（视为理想气体），它与外界的热交换忽略不计。已知大气压强随高度增加而降低，则根据 可知，该气团在此上升过程中气团体积增大，温度降低；A不符合题意；
B项：荷叶上的小水滴呈球形是水的表面张力，使水滴表面有收缩趋势的结果，B符合题意；
C项：相对湿度是空气中水蒸气的压强与同温度下的饱和蒸汽压的比值，空气相对湿度越大时，空气中水蒸气压强越接近同温度水的饱和汽压，水蒸发越慢，C符合题意；
D项：根据热力学第二定律可知，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，D符合题意；
E项：布朗运动是指悬浮在液体中颗粒的运动，所以空气中粉尘颗粒杂乱无章的运动是气体的流动引起的，不是布朗运动，E不符合题意。
故答案为：BCD
13．B,C,D
【解答】A．机械能可以自发地全部转化为内能，而内能全部转化为机械能必须受外界影响或引起外界变化；A不符合题意.
B．表面张力跟液面相切，跟这部分液面的分界线垂直；B符合题意.
C．气体中的大多数分子的速率都接近某个数值，与这个数值相差越多，分子数越少，表现出“中间多，两头少”的分布规律。当温度升高时，分子最多的速率区间移向速度大的地方，速率小的分子数减小，速率大的分子数增加，分子的平均动能增大，总体上仍然表现出“中间多，两头少”的分布规律，气体分子速率分布规律也是一种统计规律；C符合题意.
D．有的物质微粒能够按照不同规则在空间分布，在不同条件下能够生成不同的晶体，例如石墨和金刚石；D符合题意.
E．温度不变时，液体的饱和汽压和体积无关；故E不符合题意.
故答案为：BCD
14．B,D,E
【解答】A．气体吸热，若同时对外做功，则气体内能可能减小，温度也可能降低，A不符合题意；
B．改变气体的内能的方式有两种：做功和热传递，B符合题意；
C．理想气体等压膨胀，根据盖—吕萨克定律
可知理想气体温度升高，内能增大，根据热力学第一定律
理想气体膨胀对外做功，所以理想气体一定吸热，C不符合题意；
D．理想气体绝热膨胀过程，理想气体对外做功，没有吸放热，根据热力学第一定律可知内能一定减少，D符合题意；
E．根据热力学第二定律，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，E符合题意。
故答案为：BDE。
15．B,D,E
【解答】A．气体的内能包括气体分子的平均动能和分子间相互作用的势能，不包括气体分子的重力势能，A不符合题意；
B．布朗运动是指悬浮在液体中的固体颗粒的运动，符合定义，B符合题意；
C．根据热力学第二定律，热机的效率不可能达到100%，C不符合题意；
D．晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点，符合事实，D符合题意；
E．脱脂棉脱脂的目的在于使它从不被水浸润变为可以被水浸润，符合实际，E符合题意。
故答案为：BDE。
16．不能；方向
【解答】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。
17．方向性；不违反
【解答】热量总是自发地从高温物体传递给低温物体，这说明热传递过程具有方向性；由热力学第二定律知，热量不能自发的有低温物体传到高温物体，除非施加外部的影响和帮助；电冰箱把热量从低温的内部传到高温外部，需要压缩机的帮助并消耗电；故热量不可以自发地从冰箱内传递到冰箱外，但借助压缩机可以实现热量传到冰箱外，故电冰箱的工作原理没有违反热力学第二定律。
18．空调机作为制冷机使用时，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，并不是自发进行的，而是通过压缩做功来实现的，制冷机的工作违反热传递过程的单向性；若将一台正在工作的电冰箱的门打开，尽管它可以不断地向室内释放冷气，但同时冰箱的箱体向室内散热，就整个房间来说，由于外界通过电流不断有能量输入，室内的温度会不断升高
19．不违背；气体对外做功
【解答】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．（1）B
（2）
（3）0.3；降低
【解答】(1)气体膨胀，分子间距变大，分子间的引力和斥力同时变小，A不符合题意；根据热力学第二定律，一切宏观热现象过程总是朝着熵增加的方向进行，故该密闭气体组成的系统熵增加，B符合题意；气体压强是有气体分子对容器壁的碰撞产生的，C不符合题意；气体分子间隙很大，该密闭气体的体积远大于所有气体分子的体积之和，D不符合题意。(2)气体的量为： ，该密闭气体的分子个数为 。(3)气体对外做了0.6J的功，同时吸收了0.9J的热量，根据热力学第一定律，有△U=W+Q=-0.6J+0.9J=0.3J
若气球在膨胀过程中迅速脱离瓶颈，气压气体迅速碰撞，对外做功，内能减小，温度降低。
21．（1）B；C
（2）⑴解：设潜水钟在水面上方时和放入水下后筒内气体的体积分别为V0和V1，放入水下后筒内气体的压强为p1，由玻意耳定律和题给条件有p1V1= p0V0①
V0=hS ②
V1=（h–l）S ③
p1= p0+ ρg（H–l） ④
联立以上各式并考虑到H h，h >l，解得 ⑤
⑵设水全部排出后筒内气体的压强为p2；此时筒内气体的体积为V0，这些气体在其压强为p0时的体积为V3，由玻意耳定律有p2V0= p0V3 ⑥
其中p2= p0+ ρgH ⑦
设需压入筒内的气体体积为V，依题意V = V3–V0 ⑧
联立②⑥⑦⑧式得 ⑨
【解答】（1）A．燃烧汽油产生的内能一方面向机械能转化，同时热传递向空气转移。既不违背热力学第一定律，也不违背热力学第二定律；
B．冷水倒入保温杯后，没有对外做功，同时也没有热传递，内能不可能减少，故违背热力学第一定律；
C．某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，必然产生其他影响故违背热力学第二定律；
D．制冷机消耗电能工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内，发生了内能的转移，同时对外界产生了影响。既不违背热力学第一定律，也不违背热力学第二定律。
22．解：（ⅰ）气体做等压变化，根据气态方程可得 ，解得h2＝0.80m
（ⅱ）在气体膨胀的过程中，气体对外做功为
W0＝pΔV＝1.0×105×(0.80－0.50)×5.0×10－3J＝150 J
根据热力学第一定律可得气体内能的变化为
ΔU＝W＋Q，得Q＝ΔU+W0＝450 J
23．解：①取封闭的气体为研究对象，开始时气体的体积为L1S
温度为：T1=273+27=300K
末状态的体积为L2S，温度为：T2=273+127=400K
气体做等压变化，则
解得：L2=12cm
②在该过程中，气体对外做功
由热力学第一定律 U=Q-W
解得 U=7J.