3.3热力学第二定律同步练习（含解析）2023——2024学年高物理鲁科版（2019）选择性必修第三册

3.3热力学第二定律 同步练习
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1．下列关于热现象的说法中正确的是（　　）
A．布朗运动是液体分子无规则的运动
B．分子间不可能同时存在引力和斥力
C．热量可以从低温物体传递到高温物体，但一定要引起其他的变化
D．一定质量的理想气体发生等压膨胀过程，其温度可能不变
2．如图所示，两个相通的容器P、Q间装有阀门K，P中充满气体，Q为真空，整个系统与外界没有热交换。打开阀门K后，P中的气体进入Q中，最终达到平衡，则（ ）
A．气体体积膨胀，内能减少 B．气体分子势能减少，内能增加
C．气体分子动能增加，内能不变 D．Q中气体不可能自发的全部退回到P中去
3．半导体掺杂对于半导体工业有着举足轻重的作用，其中一种技术是将掺杂源物质与硅晶体在高温（800到1250摄氏度）状态下接触，掺杂源物质的分子由于热运动渗透进硅晶体的表面，温度越高掺杂效果越显著，下列说法正确的是（　　）
A．这种渗透过程是自发可逆的
B．硅晶体具有光学上的各向同性
C．这种渗透过程是分子的扩散现象
D．温度越高掺杂效果越好是因为温度升高时，所有分子的热运动速率都增加
4．油炸爆米花的基本原理是：高温的油让玉米粒内的水分迅速气化形成水蒸气，形成的水蒸气被玉米粒的外皮密封在内部。随着温度的升高水蒸气压强变大，当玉米粒的内、外压强差达到一定程度时玉米的表皮突然破裂，导致玉米粒内高压水蒸气也急剧膨胀，瞬时爆开玉米粒。关于这一过程，下列说法正确的是（　　）
A．在玉米粒温度升高的过程中，每个水蒸气分子的动能都一定增加
B．大米虽然没有玉米那样的外壳密封，照样可以用油炸的方式做爆米花
C．炸裂的过程，气体对玉米表皮做功，该过程违背了热力学第二定律，能量从内能转变成了动能
D．玉米粒温度升高但表皮没有炸裂的过程中，玉米表皮单位时间内单面积上受到水蒸气分子撞击的次数增多
5．海底火山活跃的海域，火山附近的海水会受到加热形成水蒸气从而产生气泡。当气泡浮上水面的过程中温度下降，压强减小，体积减小。该过程中水蒸气可视作理想气体。下列关于该过程说法正确的是（　　）
A．水蒸气上升过程中吸收热量
B．水蒸气分子的平均动能增大
C．水蒸气放出的热量大于其减小的内能
D．该过程违反了热力学第二定律
6．下列说法正确的是（　　）
A．一定质量的100℃的水变成100℃的水蒸气时，其内能不变
B．用打气筒给自行车打气时需要的力越来越大，这是由于轮胎内气体分子间斥力越来越大
C．干旱天气里不宜锄松土壤，因为蓬松的土壤有利于水分蒸发，会使得土地更加干旱
D．初速度v0的物块在地面上滑动，最终停下来，产生的热量为Q。如果不计摩擦力及一切损耗，给物块相同的热量Q，物块获得的速度小于v0.
7．一辆汽车以的速度行驶时，每耗油约。根据汽油的热值进行简单的计算可知，这时的功率约为。如图是一辆小汽车行驶时功率分配的大致比例图。下列判断正确的是（ ）

A．每小时耗油 B．汽车热功率是
C．进入发动机的功率为 D．整辆汽车的总效率约为
8．地球上有大量的海水，若使海水温度降低0.1℃就能释放出5.8×1023J的热量。有人设想用一热机将海水放出的热量完全转化为机械能，但这种使内能转化成机械能的机器是不能实现的，其原因是（　　）
A．内能不能转化成机械能
B．内能转化成机械能不满足能量守恒定律
C．只从单一热源吸收热量并完全转化成机械能而不引起其他变化的机器不满足能量转化和转移的方向性
D．上述三种原因都不正确
二、多选题
9．下列说法正确的是（　　）
A．分子间距离增大时，分子间引力和斥力都减小，分子势能可能增大
B．一定质量的气体，在体积不断膨胀的过程中，内能可能增加
C．液体与空气接触的表面层分子的势能比液体内部分子的势能小
D．单位时间内气体分子对容器壁单位面积上的碰撞次数减小，气体的压强一定减小
E．一切自发过程总是向着分子热运动无序性增大的方向进行的
10．根据热力学定律，下列说法正确的是（ ）
A．电冰箱的工作原理表明，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，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，这一过程不遵守热力学第二定律
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．尽管科技不断进步，热机的效率仍不能达到100%
11．关于热现象，则下列说法正确的有（　　）
A．叶面上的小露珠呈球形是由于液体表面张力的作用
B．两分子间距离越大，分子势能就越大
C．水的温度越高，悬浮在水中的花粉布朗运动越显著
D．第二类永动机不可能制成，说明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，同时不引起其他变化
E．一定质量理想气体的内能随温度的升高而减小
12．关于热力学的理论，下列说法不正确的是（　　）
A．空气中水蒸气的压强越大，空气的相对湿度就越大
B．空调制冷时热量是从低温物体传向高温物体，说明热传递不存在方向性
C．布朗运动是液体或气体分子的无规则运动的体现
D．一定质量的理想气体吸热时，温度一定升高
E．一定质量的理想气体，当它的压强、体积都增大时，其内能一定增大
三、实验题
13．小明同学设计了一种测温装置，用于测量室内的气温（室内的气压为一个标准大气压，相当于76cm汞柱产生的压强），结构如图所示，大玻璃泡 A内有一定量的气体，与A相连的B管插在水银槽中，管内水银面的高度x可反映泡内气体的温度，即环境温度，将这个简易温度计放入冰箱，静置一段时间后
（1）玻璃泡内的气体分子平均动能 ，气体压强 （填“变大”、“变小”或“不变”），请用分子动理论的观点从微观角度解释气体压强变化的原因：
（2）温度计放入冰箱后，B管内水银柱液面会 （选填“升高”、“降低”或“不变”）。设玻璃泡内气体内能变化的绝对值为，气体做功的绝对值为，则气体在这个过程中 （选填“吸热”或“放热”），变化的热量大小为
（3）冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气，这说明( )
A．热量能自发地从低温物体传到高温物体
B．热量不可以从低温物体传到高温物体
C．热量的传递过程不具有方向性
D．热量从低温物体传到高温物体，必然引起其他变化
四、解答题
14．汽车内燃机汽缸内汽油燃烧时，气体体积膨胀推动活塞对外做功，已知在某次对外做功的过程中汽油燃烧释放的化学能为1×103J，因尾气排放、汽缸发热等对外散失的热量为2.5×102J，则：
（1）该内燃机对外所做的功为多少
（2）该内燃机的效率为多少
（3）随着科技的进步，不断设法减小热量损失，则内燃机的效率不断提高，效率有可能达到100%吗 为什么
15．如图所示，一个固定在水平面上的绝热容器被隔板A分成体积均为的左右两部分。面积为的绝热活塞B被锁定，隔板A的左侧为真空，右侧中一定质量的理想气体处于温度、压强的状态1。抽取隔板A，右侧中的气体就会扩散到左侧中，最终达到状态2。然后解锁活塞B，同时施加水平恒力F，仍使其保持静止，当电阻丝C加热时，活塞B能缓慢滑动（无摩擦），使气体达到温度的状态3，气体内能增加。已知大气压强，隔板厚度不计。
（1）气体从状态1到状态2是___（选填“可逆”或“不可逆”）过程，分子平均动能____（选填“增大”、“减小”或“不变”）；
（2）求水平恒力F的大小；
（3）求电阻丝C放出的热量Q。
16．如图所示，用轻质活塞在汽缸内封闭一定质量理想气体，活塞与汽缸壁间摩擦忽略不计，开始时活塞距汽缸底高度，气体的温度。给汽缸加热，活塞缓慢上升到距离汽缸底处，同时缸内气体对外做功，并且吸收的热量。 求：
（1）此过程中缸内气体增加的内能；
（2）活塞距离汽缸底时的温度。

17．（1）试分析判断“利用空调将热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外环境”是否违背热力学第二定律？并比较“该过程空调排放到室外环境的热量与从室内吸收的热量”哪个多？
（2）玻璃瓶可作为测量水深的简易装置。如图所示，潜水员在水面上将80mL水装入容积为380mL的玻璃瓶中，拧紧瓶盖后带入水底，倒置瓶身，打开瓶盖，让水进入瓶中，稳定后测得瓶内水的体积为230mL。将瓶内气体视为理想气体，全程气体不泄漏且温度不变。大气压强p0取1.0×105Pa，重力加速度g取10m/s2，水的密度ρ取1.0×103kg/m3。求水底的压强p和水的深度h。

18．如下图所示，老师做了一个实验。转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有形状记忆合金制成的叶片，轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动。离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动。小明说，老师的这个装置就是一个“第二类永动机”，它能从单一的热源——热水中吸收热量并全部用于做功，使它不断地发生转动。对此，你的意见如何？
19．小张同学试用如图所示的高压锅，她盖好密封锅盖，将压力阀套在出气孔上，给高压锅加热，当锅内气体压强达到一定值时，气体把压力阀顶起。在压力阀恰好被顶起瞬间，她停止加热。
（1）根据分子动理论，从微观上说明定容加热过程中锅内气体压强的变化；
（2）小张试用结束后撤走压力阀放气，锅内气体对外界做功，同时向外界放出的热量。锅内原有气体的内能如何变化；变化了多少；放出的气体可以自发地从出气孔流回高压锅吗；为什么；
（3）若大气压强随海拔高度H线性减小，即（常数）。分析小张在不同海拔地区使用该压力锅，当压力阀被顶起时，锅内气体的温度有何差异。
第1页 共4页 ◎ 第2页 共4页
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参考答案：
1．C
【详解】A．布朗运动是悬浮的固体小颗粒的运动，故A错误；
B．分子间同时存在斥力和引力，故B错误；
C．根据热力学第二定律可知，热量只有在外界的影响下才可以从低温物体传递到高温物体，故C正确；
D．一定质量的理想气体发生等压膨胀过程，根据盖吕萨克定律
可知，压强一定，体积增大时，其温度一定升高，故D错误。
故选C。
2．D
【详解】ABC．打开阀门K后，P中气体进入Q中，由于Q内为真空，气体体积增大时并没有对外做功，分子势能不变，又因为系统没有热交换，由热力学第一定律可知，其内能不变，温度不变，则气体分子动能不变，选项ABC错误；
D．由热力学第二定律可知，自然界涉及热现象的宏观过程都具有方向性，则Q中气体不可能自发的全部退回到P中去，选项D正确。
故选D。
3．C
【详解】AC．掺杂源物质的分子由于热运动渗透进硅晶体的表面，所以这种渗透过程是分子的扩散现象该过程为自发过程，其逆过程不能自发进行，故A错误，C正确；
B．由于硅晶体的晶格结构，硅晶体具有光学上的各向异性，故B错误；
D．温度越高掺杂效果越好是因为温度升高时，分子的平均速率增大，并不是所有分子的热运动速率都增加，故D错误。
故选C。
4．D
【详解】A．温度是大量分子无规则热运动的集体表现，含有统计的意义，对于个别分子，温度是没有意义的．所以物体温度升高时，个别分子的动能可能减小，也可能不变，故A错误；
B．大米虽然没有玉米那样的外壳密封，油炸形成的水蒸气不能被大米的外皮密封在内部，不可以用油炸的方式做爆米花，故B错误；
C．炸裂的过程，气体对玉米表皮做功，能量从内能转变成了动能，遵循能量守恒定律，该过程不违背了热力学第二定律，故C错误；
D．玉米粒温度升高但表皮没有炸裂的过程中，体积不变，则分子分布的密集程度不变，温度升高，分子运动的平均速率增大，可知，单位时间内水蒸气分子对玉米表皮单位面积的撞击次数增多，故D正确。
故选D。
5．C
【详解】A．根据热力学第一定律
可知，气体温度下降，故内能减小，即
体积减小可以判断外界对气体做功，故
因此Q必须为负，故放出热量。故A错误；
B．水蒸气的温度下降，故分子平均动能减小。故B错误；
C．根据热力学第一定律，因外界对气体做功，故水蒸气放出的热量大于其减小的内能。故C正确；
D．该过程不单是从热源吸热并用于做功，同时也引起了海水重力势能变化，故没有违反热力学第二定律。故D错误。
故选C。
6．D
【详解】A．一定质量的100℃的水变成100℃的水蒸气时，发生汽化现象，要吸热，内能增加，故A错误；
B．用打气筒给自行车打气时，越下压越费力这是气体压强作用的缘故，与分子力无关，故B错误；
C．土壤里有很多毛细管，将地面的土壤锄松后破坏了土壤里的毛细管，不再发生毛细现象，水分保留在土壤内部，故C错误；
D．在由热力学第二定律，由有序性较高的能量向内能转化具有方向性，由有序性较低的能量到有序性较高的能量转化需要条件。故D正确。
故选D。
7．D
【详解】
A．汽车以的速度行驶，则每小时耗油8L，A错误；
B．汽车热功率等于排气管热损与散热器损失之和，即52kW，B错误；
C．进入发动机的功率等于总功率减去排气管热损、汽油蒸发损失、散热器损失，即17kW，C错误；
D．整辆汽车的总效率约为
D正确。
故选D。
8．C
【详解】A．根据热力学第二定律可知，内能能够转化成机械能，只不过需要外界的影响，故A错误；
B．能量守恒定律普遍成立，内能转化成机械能仍然满足能量守恒定律，故B错误；
C．根据热力学第二定律可知，只从单一热源吸收热量并完全转化成机械能而不引起其他变化的机器不满足能量转化和转移的方向性，故C正确；
D．结合上述，前方所设计的三种情景中，第三种是正确的，故D错误。
故选C。
9．ABE
【详解】A．分子势能随分子间距离变化如图
若分子间距从增大到无穷远时时，分子间引力和斥力都减小，分子势能增大，故A正确；
B．一定质量的气体，气体的内能有分子动能和分子势能，体积膨胀时，温度可能升高，则分子动能增加，内能可能增加，故B正确；
C．液体表面分子间的距离大于液体内部的分子距离，分子力表现为引力，则液体与空气接触的表面层分子的势能比液体内部分子的势能大，故C错误；
D．气体压强从微观上来理解，就是气体分子碰撞容器壁产生，力的大小由分子的碰撞数量和分子的平均作用力同时决定，碰撞数量减小时，分子的平均作用力可能增加，即气体的压强也可能增加，故D错误；
E．根据热力学第二定律的微观意义，一切自发过程总是向着分子热运动无序性增大的方向进行的，故E正确。
故选ABE。
10．AD
【详解】A.热量可以从低温物体向高温物体传递，但要引起其他变化，故A正确；
B.空调机在制冷过程中，空气压缩机做功消耗电能，制冷过程不是自发进行的，这一过程遵守热力学第二定律，故B错误；
C.不可能从单一热源吸收热量全部用来对外做功而不引起其他变化，故C错误；
D.根据热力学第二定律，即使没有漏气、摩擦、不必要的散热等损失，热机也不可能把燃料产生的内能全部转化为机械能，即效率达不到100%，故D正确。
故选AD。
11．ACD
【详解】A．叶面上的小露珠呈球形是由于液体表面张力的作用。故A正确；
B．两分子间距离为时，分子势能最小，当两分子间距由减小时，分子势能变大，由增大时，分子势能也增大。故B错误；
C．温度越高，布朗运动越显著。故C正确；
D．第二类永动机不可能制成，说明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，同时不引起其他变化。故D正确；
E．一定质量理想气体的内能随温度的升高而增大。故E错误。
故选ACD。
12．ABD
【详解】A．空气中的水蒸气的压强与同一温度下水的饱和汽压的比值叫做空气的相对湿度，因此相对湿度还与同温下水的饱和汽压有关，即空气中水蒸气的压强越大，空气的相对湿度不一定越大，故A错误，符合题意；
B．空调制冷时热量是从低温物体传向高温物体，该过程消耗了电能，不违背热力学第二定律，并不能够说明热传递不存在方向性，故B错误，符合题意；
C．布朗运动是悬浮微粒在液体或气体分子撞击之下的不平衡引起的，布朗运动是液体或气体分子的无规则运动的体现，故C正确，不符合题意；
D．根据热力学第一定律有
可知，一定质量的理想气体吸热的同时，若体积增大，气体对外做功，内能不一定增大，即温度不一定升高，故D错误，符合题意；
E．根据理想气体状态方程有
可知，一定质量的理想气体，当它的压强、体积都增大时，气体的温度升高，其内能一定增大，故E正确，不符合题意。
故选ABD。
13． 减小 变小 当气体体积不变时，温度降低，分子热运动程度降低，可知分子与容器碰撞的次数减少，故压强降低 升高 放热 D
【详解】（1）[1][2][3]温度降低，可知分子平均动能减小，当气体体积不变时，温度降低，分子热运动程度降低，可知分子与容器碰撞的次数减少，故压强变小。
（2）[4][5][6]温度降低，水银柱液面会上升，温度降低，内能降低，为负值，液面升高，外接对气体做正功，气体放热，根据
则
（3）[7]考察热力学第二定律：热传递的方向性，热量自发的从高温传到低温物体，但可以在外界的影响使得热量从低温传到高温物体，由于外界的影响也即引起了其他变化。
故选D。
14．（1）7.5×102J；（2）75%；（3）见解析
【详解】（1）根据热机原理，得
（2）根据热机的热效率的定义，得
（3）效率不可能达到100%，因为无论如何，我们不可能把热量损失减小至零。
15．（1）气体从状态1到状态2是不可逆过程，分子平均动能不变；（2）；（3）
【详解】（1）根据热力学第二定律可知，气体从状态1到状态2是不可逆过程，由于隔板A的左侧为真空，可知气体从状态1到状态2，气体不做功，又没有发生热传递，所以气体的内能不变，气体的温度不变，分子平均动能不变。
（2）气体从状态1到状态2发生等温变化，则有
解得状态2气体的压强为
解锁活塞B，同时施加水平恒力F，仍使其保持静止，以活塞B为对象，根据受力平衡可得
解得
（3）当电阻丝C加热时，活塞B能缓慢滑动（无摩擦），使气体达到温度的状态3，可知气体做等压变化，则有
可得状态3气体的体积为
该过程气体对外做功为
根据热力学第一定律可得
解得气体吸收的热量为
可知电阻丝C放出的热量为
16．（1）300J；（2）
【详解】（1）根据热力学第一定律得
（2）气体做等压变化，活塞距离汽缸底时温度为，则根据盖—吕萨克定律可得
代入数据，解得
17．（1）见解析；（2）2.0×105Pa，10m
【详解】（1）根据热力学第二定律，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，故空调将热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外环境不是自发过程；根据热力学第一定律，空调排放到室外环境的热量等于从室内吸收的热量与消耗的电能之和。
（2）对瓶中所封的气体，由玻意耳定律可知
解得
根据
解得
h=10m
18．见解析
【详解】小明的说法不正确，忽略了空气也能吸收热量。该装置从热水中吸收的热量只有一部分用来做功，另一部分热量排放给低温热库，即装置周围空气，所以第二类永动机是不可能制成的。
19．（1）见详解；（2）见详解；（3）锅内气体温度会降低
【详解】（1）气体压强是大量气体分子频繁碰撞器壁在单位面积上产生的平均作用力，微观上由分子平均动能（速率）和分子密集程度决定，锅内气体质量一定，体积保持不变时，气体分子的密集程度保持不变，温度升高，分子的平均动能（速率）增大，气体压强增大。
（2）根据热力学第一定律有
即锅内气体内能减少了。
不能，违反热力学第二定律，气体从高压锅内向外膨胀的过程具有方向性。
（3）由知，随着海拔高度的增加，大气压强减小。由
知，阀门被顶起时的锅内气体压强也减小。高压锅容积不变，由查理定律
可知，随着海拔高度的增加，阀门被顶起时的锅内气体温度会降低。
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