3.4熵——系统无序程度的度量同步练习（含解析）2023——2024学年高物理鲁科版（2019）选择性必修第三册

3.4熵——系统无序程度的度量 同步练习
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1．关于能源与可持续发展，下列说法正确的是（　　）
A．篮球从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了
B．大量使用天然气作燃料符合“低碳生活”理念
C．随着科技的发展，永动机是可以制成的
D．在火力发电中，燃气的内能不可能全部转变为电能
2．PM2.5主要来自化石燃料的燃烧以及生活物质、垃圾的焚烧，为了控制污染，要求我们节约及高效利用资源。关于能源和能量，下列说法正确的是（　　）
A．能量被使用后就消灭了，所以要节约资源
B．能量利用的品质降低说明自然界的能量正在不断减少
C．自然界的石油、煤炭等资源可供人类永久使用
D．人类应多开发与利用太阳能、风能等新能源
3．我国空间站采用的太阳能帆板是新一代的柔性太阳翼，太阳能帆板面积达110m2，能自动调整帆面与阳光垂直，每天能发电430kWh。已知日地平均距离约是1.5×1011m，太阳的辐射功率P大约为4×1026W，空间站高度较低，相对于地球半径可忽略，以下推断正确的是（　　）
A．太阳能帆板每平方米上接收的太阳辐射功率约为1.4×102W
B．太阳能帆板接收的太阳辐射总功率约为1.6×106W
C．太阳能帆板每天接收太阳辐射能量约为1.9×103kWh
D．太阳能帆板把太阳辐射能量转化为电能的效率约为46%
4．共享单车一般采用电子锁，车锁内集成了GPS模块与物联网模块等，这些模块工作时需要电能。如图所示，单车车筐底部的太阳能电池板在晴天时产生电能。关于太阳能电池板工作时的能量转化方式，下列说法正确的是（　　）
A．电池板把光能转化为电能 B．电池板把电能转化为光能
C．电池板把机械能转化为电能 D．电池板把电能转化为机械能
5．能源是人类社会发展进步的物质基础。根据国际能源专家的预测，地球上蕴藏的煤碳将在今后200年内开采完毕，石油将在今后三四十年内告罄，天然气也只能再维持60年左右。能源问题将成为长期困扰人类生存和社会发展的一个主要问题。下列关于能源的说法中，正确的是（ ）
A．水能是不可再生能源
B．由于能量不会凭空消失，也不会凭空产生，总是守恒的，所以节约能源意义不大
C．节约能源只要提高节能意识就行，与科技进步无关
D．煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能
6．如图所示是贤鲁岛的路灯，它头顶小风车，肩扛太阳能板。关于该路灯说法正确的是（　　）
A．没有阳光该路灯一定不能工作
B．使小风车发电的风能是不可再生能源
C．太阳能板利用光电效应将接收到的太阳能转化为电能
D．太阳能需要先转化为电能才能被有效利用，属于二次能源
7．气闸舱是空间站中供航天员进入太空或由太空返回用的气密性装置，其原理如图所示．座舱A与气闸舱B间装有阀门K，A中充满空气，B内为真空．航天员由太空返回到B时，将B封闭，打开阀门K，A中的气体进入B中，最终达到平衡，假设此过程中系统保持温度不变，舱内气体可视为理想气体，不考虑航天员的影响，则此过程中（　　）
A．气体膨胀做功，内能减小
B．气体从外界吸收热量
C．气体分子在单位时间内对A舱壁单位面积碰撞的次数减少
D．一段时间后，A内气体的密度可以自发地恢复到原来的密度
8．电能被广泛应用在动力、照明、化学、纺织、通信、广播等各个领域，是科学技术发展、人民经济飞跃的主要动力。如图所示为火电站电能产生与使用过程中各阶段的能量转化效率，已知标准煤完全燃烧时产生的热量约为。则（　　）
A．发电站的发电效率约为40%
B．提高输送电压可以提高发电站的发电效率
C．标准煤完全燃烧能输送到用户端的电能约为
D．用户端消耗的电能，发电站需要烧的标准煤
二、多选题
9．物理兴趣小组在参加完学校的“节能环保、低碳减排”活动后，提出了自己的一些设想，从物理学的角度，你认为可行的是（　　）
A．制造一种运动装置，将它与地面的摩擦产生的内能全部转化为动能
B．制造一种自行车，把它行进时的一部分动能转化成电能，提供照明
C．将城市的楼顶全部安装光伏发电装置，节能减排
D．利用永久磁铁间的作用力，造一台永远转动的机械
10．根据热力学定律，下列说法正确的是（　　）
A．科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机
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．电冰箱的工作原理不违背热力学第一定律，电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能
D．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”
11．煤炭是重要的能源和化工原料，直接燃烧既浪费资源又污染环境。某企业利用“煤粉加压气化制备合成气”新技术，让煤变成合成气（一氧化碳及氢气总含量≥90%），把煤“吃干榨尽”。下列有关说法正确的是（　　）
A．煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化和物理变化
B．煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化但没有物理变化
C．该技术实现了煤的清洁利用
D．该技术实现了煤的高效利用
12．CO2气体有个“怪脾气”，它几乎不吸收太阳的短波辐射，大气中CO2浓度增加能使地表温度因受太阳的辐射而上升；另外，它还有强烈吸收地面红外热辐射的作用，阻碍了地球周围的热量向外层空间的排放，使整个地球就像一个大温室一样，因此，大气中二氧化碳气体浓度的急剧增加已导致气温的逐步上升，使全球气候变暖。为了减缓大气中CO2浓度的增加，以下措施中可行且有效的是（　　）
A．禁止使用煤、石油和天然气
B．开发使用核能、太阳能
C．将汽车燃料由汽油改为液化石油气
D．植树造林
三、填空题
13．(1)从100m高空由静止开始下落的水滴，在下落的整个过程中，假定有50%的动能转化为水滴的内能，则水滴温度升高 oC；[水的比热容c＝4.2×103J/（kg·oC）]
(2)子弹以200m/s的速度射入固定的木板，穿出时速率为100m/s，若子弹损失的机械能完全转化为内能，并有50%被子弹吸收，则子弹温度可升高 oC。[子弹的比热容为130J/（kg·oC）]
14．如图所示是表示光电池工作原理的示意图：当太阳光照射到组成光电池的叠在一起的两片不同的半导体的表面时，将会产生光电效应，从而使电路中产生电流，从能量转化的角度看，光电池是将 能转化为 能的装置。太阳能是21世纪重点开发利用的能源之一。太阳能动力车是利用太阳能电池将接收到的太阳能转化为电能，再利用电动机将 能转化为 能来驱动的一种新型机动车。
四、解答题
15．大规模开发利用太阳能，将会满足人类长期对大量能源的需求。太阳能的光一热转换是目前技术最为成熟、成本最低廉、应用最广泛的形式。太阳能热水器的构造示意图如图甲所示，下方是象日光灯管似的集热管，外有透明玻璃管，内有黑色管子（管内蓄水），由导热性能良好的材料制成，在黑色管和外面透明管间有空隙，并抽成真空，集热管的下方是一块光亮的铝合金板子，做成凹凸一定的曲面。试分析下列有关太阳能的利用问题：
(1)说明太阳能热水器哪些结构与其功能相适应？水箱为何安装在顶部而非下部？
(2)图乙中A是集热器，B是储水容器，在阳光直射下水将沿什么方向流动，这是为什么？，C是附助加热器，其作用是什么？。请在图中适当位置安上进水阀门和出水阀门，并说明选择位置的理由。
(3)试举例分析说明太阳能与电能、化学能、生物能的转换。
16．《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
17．核电站一旦工作，就不能随意停下来，而电网白天用电量多，深夜用电量少，为了使核电站稳定工作，建设了抽水蓄能电站。深夜，电动水泵将山下水库的水抽到山顶水库，如图甲所示，白天用电高峰时，再把山顶水库的水放下来推动水轮机发电，如图乙所示。请分析深夜和白天抽水蓄能电站工作过程中包含哪些能量的转化过程？
18．测量太阳辐射功率的简单实验如下：取一个横截面积为的不高的圆桶，桶内装水，用来测量射到地面的太阳能，某一天中午在太阳光直射后，水的温度升高了。已知水的比热容，太阳到地球的距离为。
(1)求太阳光直射下地球表面每平方厘米每分钟获得的能量；
(2)假设射到大气顶层的太阳能只有43%到达地面，另外的被大气吸收和反射而未到达地面；请由此估算太阳辐射的功率。
19．太阳与地球的距离为，太阳光以平行光束入射到地面.地球表面的面积被水面所覆盖，太阳在一年中辐射到地球表面水面部分的总能量约为.设水面对太阳的平均反射率为7%，而且将吸收到的35%能量重新辐射出去.太阳辐射可将水面的水蒸发（设在常温常压下蒸发1kg水需要的能量），而后凝结成雨滴降落到地面，地球的平均半径约6371千米。
（1）估算整个地球表面的年平均降雨量（以mm表示，球面积为）.
（2）太阳辐射到地球的能量中只有50%到达地面，所以一年中太阳辐射到地球表面水面部分的总能量不能全部到达地面，这是为什么？请说明两个理由.
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参考答案：
1．D
【详解】A．篮球从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能转化为了篮球和周围其它物体的内能，或转化为其它形式的能，能量不会消失，故A错误；
B．因天然气主要成分是甲烷，完全燃烧，其燃烧时生成二氧化碳和水；不完全燃烧生成一氧化碳和水，因此大量使用天然气作燃料不符合“低碳生活”理念，故B错误；
C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机，是违背了能量的转化和守恒定律，永动机是不可以制成的，故C错误；
D．由热力学第二定律可知，任何机械都有效率的问题，因此燃气的内能不可能全部转变为电能，故D正确。
故选D。
2．D
【详解】A．能量被使用后转化为其他形式的能，能量并没有消失，选项A错误；
B．能量虽然守恒，但有些能量使用以后不可能再被利用，所以要节约资源，但能量是不会减少，也不会被消灭掉的，只是形式发生转变，选项B错误；
C．煤、石油虽然是当今人类利用的主要能源，但不能短期内从自然界得到补充，是不可再生能源，选项C错误；
D．太阳能和风能，包括水能等都是可再生能源且为清洁能源，应该大力开发，选项D正确。
故选D。
3．C
【详解】A．太阳能帆板每平方米上接收的太阳辐射功率
A错误；
B．太阳能帆板接收的太阳辐射总功率
B错误；
C．太阳能帆板每天接收太阳辐射能量
C正确；
D．太阳能帆板把太阳辐射能量转化为电能的效率
D错误；
故选C。
4．A
【详解】太阳能电池板把光能转化为电能。
故选A。
5．D
【详解】A．水具有循环性，属于可再生能源，A错误；
B．能量是守恒的，但如果都转化为不可利用或者不易被利用的能源，就会减少可利用资源的数量，所以应该节约能源，B错误；
C．加强发展科技，提高能源的利用率，会更多的节约能源，C错误；
D．煤、石油、天然气等化石燃料，是由古代动植物的遗体转化来的，而动植物体内的能量最初都可以追溯到太阳能，D正确。
故选D。
6．C
【详解】A．没有阳光时，小风车利用风力发电使路灯工作，故A错误；
B．使小风车发电的风能是可再生能源，故B错误；
C．太阳能板利用光电效应将接收到的太阳能转化为电能，故C正确；
D．太阳能可以直接被有效利用，故D错误。
故选C。
7．C
【详解】AB．气闸舱B内为真空，打开阀门K，A中的气体进入B的过程中A内的气体自由扩散，对舱壁不做功，同时系统对外界没有热交换，根据热力学第一定律
可知气体内能不变，AB错误；
C．气体体积增大，温度不变，气体分子的密集程度减小，气体分子单位时间对A舱壁单位面积碰撞的次数减少，C正确；
D．根据熵增加原理可知，B中气体不能自发地全部退回到中，即A内气体的密度不可能自发地恢复到原来的密度，D错误。
故选C。
8．C
【详解】A．发电站的发电效率约为，A错误；
B．提高输送电压并不能提高发电站的发电效率，B错误；
C．标准煤完全燃烧能输送到用户端的电能约为
C正确；
D．由于
用户端消耗的电能，发电站需要烧约的标准煤，D错误。
故选C。
9．BC
【详解】A．制造一种运动装置，将它与地面的摩擦产生的内能全部转化为动能这个设想违反了热力学第二定律，是不可行的，故A错误；
B．制造一种自行车，把它行进时的一部分动能转化成电能，提供照明，这符合能量守恒与热力学第二定律，是可行的，故B正确；
C．将城市的楼顶全部安装光伏发电装置，充分利用太阳能，能够做到节能减排，故C正确；
D．利用永久磁铁间的作用力，造一台永远转动的机械，这违背了能量守恒定律，不可行，故D错误。
故选BC。
10．BC
【详解】A．根据热力学第二定律知，科技的进步不可能使内燃机成为单一的热源热机，A错误；
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，因为电能也部分转化为热能，B正确；
C．热量可以从低温物体向高温物体传递，但要引起其他变化，电冰箱的工作原理不违背热力学第一定律，电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能，C正确；
D．对能源的过度消耗将形成能源危机，但自然界的总能量守恒，D错误。
故选BC。
11．ACD
【详解】AB．煤粉加压气化制备合成气过程中既有物理变化，又有化学变化，故A正确，B错误；
CD．该技术使煤得以良好利用又环保，故CD正确。
故选ACD。
12．BD
【详解】BD．可行且行之有效的措施是开发新能源以便减少对常规能源的利用，减少CO2的排放或植树造林也可以吸收空气中的CO2，故BD正确；
AC．禁止使用煤、石油和天然气或将汽车燃料由汽油改为液化石油气虽然有效，但是并不可行，故AC错误。
故选BD。
13． 0.12 57.7
【详解】(1)[1]总动能
Ek＝mgh
根据题设条件，得
50%mgh＝cmΔt
由此可解得
Δt≈0.12℃
(2)[2]设子弹的质量为m，由题意得
所以升高的温度
Δt＝≈57.7℃
14． 太阳 电 电 机械
【详解】[1][2]从能量转化的角度看，光电池是将太阳能转化为电能的装置。
[3][4]太阳能动力车是利用太阳能电池将接收到的太阳能转化为电能，再利用电动机将电能转化为机械能来驱动的一种新型机动车。
15．(1)见解析；(2)见解析；(3)见解析
【详解】(1)日光灯管似的集热管面积较大，便于吸收较多的太阳能；外有透明玻璃管，内有黑色管子使阳光能直射入玻璃管而不易被反射；在黑色管和外面透明管间有空隙，并抽成真空，减少两管之间空气对流引起的热损失，减少热传导；
集热管的下方是一块光亮的铝合金板子，做成凹凸一定的曲面，使周围及穿过管隙的阳光尽量聚焦在水管内，水箱安装在顶部而非下部，便于水的对流。
(2)顺集热器中的水被太阳光晒热后密度变小，受浮力作用沿管向右上方运动；
附助加热器作用是在阴天用电加热的方式使水温升高；
在封闭的环形管道的左下方安上进水阀门，在贮水容器下方竖直管道上安出水阀门，可使热水流出，冷水得以补充。
(3)利用光电效应将太阳能转化成电能。光—电转换的基本装置是太阳能电池，目前国产硅光电池的最大开路电压已达到600mV。
利用硅光电池的光电流随受光面积变化的特征，制成了各种自动控制装置；
利用太阳辐射能直接分解水制氢，氢是二次能源，用途广、无污染、便贮存、便运输，这是一种很有吸引力的途径；
捕获太阳能的生物是绿色植物，利用植物的光合作用，将太阳能转化成生物能。（答案不唯一，合理即可）
16．（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
17．见解析
【详解】白天机械能（或重力势能）转化为电能，深夜电能转化为机械能（或重力势能），抽水过程部分电能转化为内能，放水过程有部分机械能转化为内能即可，其余的文字不作严格要求。
18．(1)；(2)
【详解】（1）圆桶内的水经过照射后，内能增加
得
获得能量的功率
地球每分钟每平方厘米获得的能量
（2）太阳是以球形向外辐射能量的，其表面积
其中为地球到太阳的距离。以太阳为球心，以日地距离为半径作一个球面，在此球面的每平方米面积上接收到的太阳能功率（即射到大气顶层每平方米的太阳能功率）
太阳是向四面八方均匀辐射的，辐射功率
19．（1） （2）大气层吸收；大气层散射、反射；云层遮挡
【详解】(1) 设太阳在一年中辐射到地球水面部分的总能量为W，
W=1.87×1024J
凝结成雨滴年降落到地面水的总质量为m
使地球表面覆盖一层水的厚度为h
解得：
h=1.0×103mm
(2) 大气层吸收；大气层散射、反射；云层遮挡
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