5.4 熵——无序程度的量度 同步练习 (2)

5.4
熵——无序程度的量度
同步练习
1下列哪些过程具有方向性(　　)
A．热传导过程
B．机械能向内能的转化过程
C．气体的扩散过程
D．气体向真空中的膨胀
【解析】　这四个过程都是与热现象有关的宏观过程，根据热力学第二定律的基本内涵，它们都是不可逆的，具有方向性．
【答案】　ABCD
2．以下说法正确的是(　　)
A．热传导过程是有方向性的，因此两个温度不同的物体接触时，热量一定是从高温物体传给低温物体的
B．两个不同的物体接触时热量会自发地从内能多的物体传向内能少的物体
C．电冰箱制冷是因为电冰箱自发将内部热量传给外界
D．热量从低温物体传给高温物体必须借助外界的帮助
【解析】　热量可以自发地由高温物体传递给低温物体，热量从低温物体传递给高温物体要引起其他变化，A、D选项正确．
【答案】　AD
3．关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述正确的是(　　)
A．热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化，而热力学第二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式的能，故这两条定律是相互矛盾的
B．内能可以完全转化为其他形式的能，只是会产生其他影响，故两条定律并不矛盾
C．两条定律都是有关能量的转化规律，它们不但不矛盾，而且没有本质区别
D．其实，能量守恒定律已经包含了热力学第一定律和热力学第二定律
【解析】　热力学第一定律和热力学第二定律并不矛盾，对于机械能和内能的转化所具有的方向性也是存在的，故B正确．
【答案】　B
4．下列宏观过程能用热力学第二定律解释的是(　　)
A．大米和小米混合后小米能自发地填充到大米空隙中而经过一段时间大米、小米不会自动分开
B．将一滴红墨水滴入一杯清水中，会均匀扩散到整杯水中，经过一段时间，墨水和清水不会自动分开
C．冬季的夜晚，放在室外的物体随气温的降低，不会由内能自发地转化为机械能而动起来
D．随着节能减排措施的不断完善，最终也不会使汽车热机的效率达到100%
【解析】　热力学第二定律反映的是与热现象有关的宏观过程的方向性的规律，A不属于热现象，A错；由热力学第二定律可知B、C、D正确．
【答案】　BCD
5．在研究性学习的过程中，同学们提出了以下四个活动方案，哪些从理论上讲是可行的(　　)
A．改进热机的生产工艺，总有一天热机的效率可达到100%
B．发明一种制冷设备，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了空气，想办法使它们自发地分离，既清洁了空气，又变废为宝
D．将房屋顶盖上太阳能板，可直接用太阳能来解决照明和热水问题
【解析】　热机的效率不可能达到100%，A错；绝对零度不可能达到，B错；汽车尾气中有害气体不会与空气自动分离，C错；太阳能可以发电和进行加热，D正确．
【答案】　D
6．下列说法中正确的是
(　　)
A．一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行
B．一切自然过程总是沿着分子热运动的有序性增大的方向进行
C．在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵一定不会增大
D．在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵可能减小
【解析】　根据熵增加原理，不可逆过程总是朝着熵增加的方向进行，故选A.
【答案】　A
7．下图5－3－2中气缸内盛有定量的理想气体，气缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与气缸壁的接触是光滑的，但不漏气．现将活塞杆与外界连接并使之缓慢地向右移动，这样气体将等温膨胀并通过杆对外做功．若已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法正确的是(　　)
图5－3－2
A．气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律
B．气体是从单一热源吸热，但并未全用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律
C．气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律
D．A、B、C三种说法都不对
【解析】　气体吸热，并全部用以做功，但一定引起了其他的变化，并不违背热力学第二定律．
【答案】　C
8．用两种不同的金属丝组成一个回路，接触点1插在热水中，接触点2插在冷水中，如图5－3－3所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象．关于这一现象的正确说法是(　　)
图5－3－3
A．这一实验过程不违反热力学第二定律
B．在实验过程中，热水一定降温，冷水一定升温
C．在实验过程中，热水的内能全部转化成电能，电能则部分转化成冷水的内能
D．在实验过程中，热水的内能只有部分转化成电能，电能则全部转化成冷水的内能
【解析】　自然界中的任何现象或过程都不违背热力学定律，本实验现象也不违反热力学第二定律，A正确；整个过程中能量守恒且热现象有方向性，B正确；在绝热过程中，热水中的内能除转化为电能外，还升高金属丝的温度，内能不能全部转化为电能；电能除转化为冷水的内能外，还升高金属丝的温度，电能不能全部转化为冷水的内能，C、D错误．
【答案】　AB
9．一绝热容器被隔板分成两半，一半是真空，另一半是理想气体，若把隔板抽出气体将进行自由膨胀，达到平衡后，则(　　)
A．温度不变，熵增加
B．温度升高，熵增加
C．温度降低，熵增加
D．温度不变，熵不变
【解析】　该过程是在真空中自由膨胀，不用克服外力
做功，即不对外做功，此时W＝0，又是绝热过程Q＝0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，ΔU＝0，即气体内能不变，所以温度不变．由热力学第二定律可知，自发的宏观过程总是向着熵增大的方向发展，所以熵增加．
【答案】　A
10．用隔板将一绝热容器隔成A和B两部分，A中盛有一定质量的理想气体，B为真空(如图5－3－4甲)．现把隔板抽去，A中的气体自动充满整个容器(如图5－3－4乙所示)，这个过程称为气体的自由膨胀．下列说法正确的是(　　)
图5－3－4
A．自由膨胀过程中，气体分子只做定向运动
B．自由膨胀前后，气体的压强不变
C．自由膨胀前后，气体的温度不变
D．容器中的气体在足够长的时间内，能全部自动回到A部分
【解析】　抽去隔板后，气体做无规则热运动，故A错．因容器绝热故Q＝0，又因气体自由膨胀故W＝0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知ΔU＝0，则气体的温度不变，C项正确．由＝C可知p减小，故B错．气体在足够长的时间内不会自动回到A部分，而是做无规则热运动，故D错．
【答案】　C
11．炎炎夏日，两位同学在充满凉意的空调室内，就空调机的工作过程是否遵循热力学第二定律的问题发生了争论．一位同学说：空调机工作时，不断地把热量从室内传到室外，即从低温物体传到高温物体，可见它并不遵循热力学第二定律．另一位同学说：热力学第二定律是热力学系统的普遍规律，空调机的工作过程不可能违反它．两人各执一词，都无法使对方信服．请你对他们的论点作出评论．
【答案】　压缩机是空调机的“心脏”，它消耗电能对来自蒸发器的制冷剂蒸汽做功，使它变成高温高压的蒸汽．然后这些高温高压的蒸汽来到冷凝器，向低温的环境放热，同时自身被冷却而凝成低温高压的液体．
这些低温高压的液体制冷剂由过滤器滤掉水分和杂质，进入毛细管，经节流阀膨胀，变为低温低压的液体，随后进入空调机的蒸发器．在蒸发器内，这些低温低压的液态制冷剂在低压条件下迅速汽化，从外界(空调机内)吸收热量，使空调机的温度降低．这样就完成了一个制冷循环．
由此可见乙同学的论点正确．
12．热力学第二定律常见的表述有两种．第一种表述：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；第二种表述：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．
图5－3－5(a)是根据热力学第二定律的第一种表述画出的示意图：外界对制冷机做功，使热量从低温物体传递到高温物体．请你根据第二种表述完成示意图5－3－5(b)．
图5－3－5
根据图5－3－5你的理解，热力学第二定律的实质是什么？
【解析】　
第二种表述的意思是：热机吸收热量，对外做功，同时把热量传给低温物体．其表述示意图如图所示．其实质是：一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性．
【答案】　图见解析　一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性