2022-2023学年高二物理粤教版（2019）选择必修三3.3 热力学第二定律 课时作业 解析版

3.3 热力学第二定律
一、单选题
1．下列说法中正确的是（　　）
A．对某物体做功，必定会使该物体的内能增加
B．热量不可能从低温物体传到高温物体
C．第二类永动机没有违背能量守恒定律，所以可以制造出来
D．温度越高的物体，分子热运动的平均动能越大
2．下列热现象说法正确的是（　　）
A．物体的温度越高，说明物体分子的平均动能越大
B．波涛汹涌的海水上下翻腾，说明水分子热运动剧烈
C．布朗运动是指液体分子的运动
D．不可能把热量从低温室内传到高温室外
3．随着世界经济的快速发展，能源短缺问题日显突出，已对各国人民的日常生活造成了各种影响，能源成为困扰世界经济发展的重大难题之一，下列有关能量转化的说法正确的是（ ）
A．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
B．只要对内燃机不断改进，就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能
C．满足能量守恒定律的物理过程都能自发地进行
D．外界对物体做功，物体的内能必然增加
4．关于热力学第二定律，下列说法中不正确的是（　　）
A．所有符合能量守恒定律的宏观过程都能真实发生
B．气体向真空的自由膨胀是不可逆的
C．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
D．机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功以转化成机械能而不引起其他变化
5．如图所示，左边表示高温物体中的分子，右边表示低温物体中的分子，两物体接触后，热量从高温物体向低温物体传递，导致高温物体中的分子运动减慢，低温物体中的分子运动加快，直到两物体达到相同的中间温度为止。这个过程中整个系统的无序程度（　　）
A．不变 B．变大 C．变小 D．无法判断
6．下列说法正确的是（　　）
A．热力学温度的单位“K”是国际单位制中的导出单位
B．热力学温标的零度为-273.15℃，在实验室中已经能达到
C．温度由t℃升至2t℃，对应的热力学温度升高了t+273.15℃
D．量体温时温度计需和身体接触十分钟左右是为了让温度计跟身体达到热平衡
7．下列说法正确的是（　　）
A．能量的转移具有方向性
B．牛顿测量了万有引力常量
C．做离心运动的物体是因为受到了离心力的作用
D．速度的合成与分解不符合矢量计算法则
8．国家速滑馆（又名“冰丝带”）是北京 2022 年冬奥会冰上运动的主场馆，为确保运动项目的顺利完成，需要对场馆内降温。若将场馆内的空气看做理想气体，已知降温前场馆内、外的温度均为7℃，降温后场馆内温度为－8℃，该过程中场馆内气体压强不变。以下说法正确的是（　　）
A．场馆内空气质量不变
B．场馆内空气的热量是由场馆内自发传递到场馆外的
C．场馆内所有空气分子的分子动能都减小
D．场馆内空气分子单位时间内与冰场碰撞次数增多
二、多选题
9．下列说法正确的是（ ）
A．饱和气压与温度无关
B．热量可以从低温物体传到高温物体
C．空气的绝对湿度可用空气中所含水蒸气的压强来表示
D．第二类永动机不可能制成的原因，在与其违背了能量守恒定律
E．当人们的皮肤感到潮湿时，空气相对湿度一定较大
10．下列说法正确的是（　　）
A．当分子力表现为引力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而增大
B．液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，所以液体表面分子间的作用表现为相互吸引，即存在表面张力
C．液体中悬浮微粒的布朗运动使液体分子永不停息地做无规则运动
D．热力学第二定律告诉我们一切自发进行的热现象总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行
E．一定质量的理想气体体积不变时，温度越高，单位时间内容器壁单位面积受到气体分子撞击的次数越多
11．下列说法正确的有（　　）
A．热量一定从高温物体传向低温物体
B．温度升高，所有分子热运动的速率一定增大
C．温度相同的氢气分子与氧气分子的平均动能相同
D．若已知液体的摩尔体积和分子体积，可以计算出阿伏伽德罗常数
12．关于热力学第二定律，下列说法正确的是（　　）
A．空调既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性
B．可以从单一热库吸收热量，使之完全变为功
C．“第二类永动机”不可能制成是因为它违反了能量守恒定律
D．自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的
三、解答题
13．下表所示为某品牌的空调器铭牌上的部分参数，其中KFRD表示该空调为家用分体式具有电辅热功能的冷暖空调器．请根据表中的数据，回答下面的问题．（已知：空气的密度为1．29kg/m3，空气的比热容取103J/（kg ℃）。注：空调的电辅热功能有两方面的作用，一是在室外温度不太低时开启电辅热功能可以增加制热量，实现室内温度的快速提升，二是当室外温度很低，空调器的压缩机制热效能过低时，开启电辅热功能可以辅助制热，弥补单纯靠压缩机工作制热量不足的问题。
XXXKFRD﹣23GW/Z1分体式房间空调器
电源 IPH220V﹣50Hz
制冷运行 制冷量 2300W
额定输入功率 830W
制热运行 制热量 2600W
额定输入功率 780W
电热功率 500W
（1）如果房间的面积为15m2，高度为2.6m，问：如果按照表中的数据工作，该空调器至少多长时间才能将室内的空气由10℃加热升高至20℃？
（2）在（1）中，若室外温度不太低，实际加热时间约为4.0min，则在利用空调器对室内空气加热的过程中，室内空气向外散热的平均功率约为多少？空调器总共消耗的电能为多少？
（3）该空调器在制冷时的额定输入功率为830W，而它的制冷量却是2300W，比输入功率还要大，这是为什么？
14．《科学美国人》杂志刊登了一篇题为“地球的能量资源”的文章，提供了到达地球表面的太阳辐射的几个主要去向的一些数据，如下表所示。请选用表中数据计算：
（1）地球对太阳能的利用率是多少？
（2）每年按365天计算，有多少太阳能通过光合作用转化为化学能？
每秒直接反射的能量 每秒以热能方式离开地球的能量 每秒水循环的能量 大气流动的能量 光合作用的能量
15．课桌上的课本掉落到地面的过程中，能量是否守恒？这个过程可以反向发生吗？
参考答案：
1．D
【详解】A．改变物体内能的方式有两种，做功和热传递，对某物体做功，如果同时物体向外放出热量，则物体的内能可能不变或减小，A错误；
B．有外力做功时，热量可能从低温物体传到高温物体，B错误；
C．第二类永动机虽然没有违背能量守恒定律，但是违背了热力学第二定律，所以不可能制造出来，C错误；
D．温度越高的物体，分子热运动的平均动能越大，D正确。
故选D。
2．A
【详解】A．物体的温度越高，物体分子的平均动能越大，故A正确；
B．海水上下翻腾是宏观的机械运动，不能说明水分子热运动剧烈，故B错误；
C．布朗运动是指固体小颗粒的无规则运动，不是液体分子的运动，故C错误；
D．在外界条件的帮助下，能把热量从低温室内传到高温室外，如空调，故D错误。
故选A。
3．A
【详解】A．由热力学第二定律的开尔文表述：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，可知选项A正确；
B．热机效率总低于100%，故选项B错误；
C．由热力学第二定律可知与有些与热现象有关的宏观过程满足能量守恒定律但是不能自发进行，如热量不能自发的从低温物体传递给高温物体，故选项C错误；
D．由可知，，，可能小于0，即内能不一定增加，故选项D错误。
故选A。
4．A
【详解】AD．热运动的宏观过程会有一定的方向性，符合能量守恒定律的宏观过程并不能都真的发生，根据热力学第二定律，不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，所以机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功以转换成机械能，故A错误，D正确。
B．根据熵增原理可知，气体向真空的自由膨胀是不可逆的，故B正确；
C．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，但要引起其它变化，故C正确；
本题选不正确的，故选A。
5．B
【详解】热传递是一个不可逆的过程，因此在这个过程中无序程度增加了。
A． 不变与分析不符，故A错误；
B． 变大与分析相符，故B正确；
C． 变小与分析不符，故C错误；
D． 无法判断与分析不符，故D错误；
故选：B。
6．D
【详解】A．热力学温度的单位“K”是国际单位制中的基本单位，故A错误；
B．热力学温标的零度是-273.15℃，叫绝对零度，不可达到，故B错误；
C．温度由t℃升至2t℃，对应的热力学温度升高了t，故C错误；
D．量体温时温度计需和身体接触十分钟左右是为了让温度计跟身体达到热平衡，故D正确。
故选D。
7．A
【详解】A．根据热力学第二定律可知能量的转移具有方向性，A正确；
B．卡文迪许利用扭秤装置测量了万有引力常量，B错误；
C．做离心运动的物体是因为所能提供的向心力小于物体做圆周运动所需要的向心力，并没有离心力作用，C错误；
D．速度是矢量，合成与分解满足矢量运算法则，D错误。
故选A。
8．D
【详解】A D．从气体压强微观方面解释，温度降低，分子平均动能减小，单位体积内的分子数增大，场馆内空气分子单位时间内与冰场碰撞次数增多，从而使压强维持不变。单位体积内的分子数增大，所以场馆内空气质量变大。A错误，D正确。
B．由热力学第二定律，场馆内空气的热量是不可能自发由场馆内传递到场馆外。B错误；
C．温度降低，分子平均动能减小，并不是场馆内所有空气分子的分子动能都减小。C错误。
故选D。
9．BCE
【详解】A．饱和汽压与温度有关，A错误；
B．热量在外界做功的情况下，可以从低温物体传到高温物体，如电冰箱，B正确；
C．绝对湿度指大气中水蒸气的实际压强，空气的绝对湿度用空气中所含水蒸气的压强表示，C正确；
D．第二类永动机违背了热力学第二定律，但不违背能量守恒定律，D错误；
E．当人们感到潮湿时，空气的相对湿度一定较大，E正确。
故选BCE。
10．BDE
【详解】A．当分子力表现为引力时，分子力随分子间距离的增大可能先增大后减小，分子势能总是随分子间距离的增大而增大，A错误；
B．液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，所以液体表面分子间的作用表现为相互吸引，即存在表面张力，B正确；
C．液体中悬浮微粒的布朗运动反映了液体分子永不停息地做无规则运动，因为微粒的布朗运动是由液体分子的撞击产生的不平衡引起的，C错误；
D．热力学第二定律告诉我们一切自发进行的热现象总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行，D正确；
E．一定质量的理想气体体积不变时，温度越高，分子的平均动能越大，单位时间内容器壁单位面积受到气体分子撞击的次数越多，E正确。
故选BDE。
11．CD
【详解】A．热量不能自发地从高温物体传向低温物体，选项A错误；
B．温度升高，分子平均动能变大，但非所有分子热运动的速率都一定增大，选项B错误；
C．温度是分子平均动能的标志，则温度相同的氢气分子与氧气分子的平均动能相同，选项C正确；
D．液体分子与分子之间可认为紧密排列，若已知液体的摩尔体积和分子体积，用摩尔体积除以分子体积可以计算出阿伏伽德罗常数，选项D正确。
故选CD。
12．BD
【详解】A．热传递存在方向性是说热量只能自发的从高温物体传向低温物体，空调的制冷过程是热量从温度较高的室内传到温度较低的制冷剂，再通过压缩制冷剂将热量传到室外，故A错误；
B．根据热力学第二定律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；如果允许产生其他影响则可以实现，故B正确；
C．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，不违反能量守恒定律，故C错误；
D．根据熵增加原理可知，自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的，故D正确。
故选BD。
13．（1）2.7min；（2）1000W，3.07×105J；（3）空调器在工作过程中，压缩机通过使工作物质不断发生液化和汽化，将室内的热量搬至室外，因此压缩机消耗的功率可以小于制冷功率
【详解】（1）室内空气体积
V=15m2×2.6m=39m3
空调需要制热空气的质量
m=ρV=1.29kg/m3×39m3=50.31kg
空调需要放出的热量
Q放=c空气m△t=1．0×103×50.31×（20﹣10）J=5.03×105J
由可得，将室内温度从10℃调升至20℃，需要的时间
（2）散热功率为
空调器总共消耗的电能
W=Pt′=（500W+780W）×4×60s=3.07×105J
（3）空调器在工作过程中，压缩机通过使工作物质不断发生液化和汽化，将室内的热量搬至室外，因此压缩机消耗的功率可以小于制冷功率。
14．（1）；（2）
【详解】(1)地球获得太阳能的途径有水循环和光合作用两种，每秒获得的太阳能
而每秒射向地球表面的太阳能是
所以，地球对太阳能的利用率
(2)每年365d通过光合作用将太阳能转化为化学能
15．见解析
【详解】课桌上的课本掉落到地面的过程中，课本的重力势能一部分克服空气阻力做功转化为内能，另一部分转化为动能，课本与地面碰撞后，课本的动能全部转化为内能，因此，课桌上的课本掉落到地面的过程中，能量守恒。根据热力学第二定律可知，课本不可能吸收掉落过程中产生的内能后，使之完全用来克服重力做功，将内能转化为重力势能而不产生其他影响，所以这个过程不可以反向发生。