2018-2019学年人教版高中物理选修3-3 第十章+热力学定律+第5节第6节+Word版含解析

第5节　热力学第二定律的微观解释
第6节　能源和可持续发展

1．下列说法中正确的是
A．机械能和内能之间的转化是可逆的
B．气体向真空的自由膨胀是可逆的
C．如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说明这个“宏观态”是比较有序的
D．如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说明这个“宏观态”是比较无序的
解析　热现象的宏观过程都是不可逆的，故A、B错；微观态越多越无序，故选D。
答案　D
2．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大的方向进行，故选A。
答案　A
3．热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象。所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把流散的能量重新收集、利用。下列关于能量耗散的说法中正确的是
A．能量耗散说明能量不守恒
B．能量耗散不符合热力学第二定律
C．能量耗散符合热力学第一定律
D．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程具有的方向性
解析　能量耗散是指能量转化的过程中能量的散失，说明自然界中的宏观热现象的发展过程是有方向性的，符合热力学第二定律，不符合热力学第一定律，且不违背能量守恒定律，故A、B、C不正确，D正确。
答案　D
[限时30分钟，满分50分]
一、选择题(每小题6分，共30分)
1．(多选)关于能源的开发和利用，下列说法中正确的是
A．无节制地利用能源，是一种盲目的短期行为
B．根据能量守恒定律，能源是取之不尽、用之不竭的
C．在开发和利用能源的同时，必须加强对环境的保护
D．不断开发新能源，是缓解能源危机的主要途径
解析　由于能源是有限的，必须合理利用能源，故A对；尽管能量是守恒的，但在使用过程中会有能量耗散即品质降低，故B错；利用能源推动人类进步和社会发展的同时，使人类生存的环境遭到破坏，必须加强环境保护，故C对；开发和利用新能源，能缓解常规能源的不足，故D对。
答案　ACD
2．(多选)下面关于熵的理解正确的是
A．对于任何过程，熵总是增加的
B．熵越大，就意味着系统越混乱、越分散
C．气体向真空扩散时，熵值减小
D．熵较大的宏观态就是无序程度较大的宏观态
解析　如果一个系统不孤立，系统的熵可能增加，也可能减小，所以A错；一个宏观态所对应的微观态数目越多，熵值就越大，而宏观态所对应的微观态数目越多，也就越无序，就是系统越混乱、越分散，所以B、D都对；气体向真空扩散时，无序度增大，所以熵值增大，所以C错。
答案　BD
3．下列叙述中正确的是
A．对一定质量的气体加热，其内能可能减小
B．在任何系统中，一切过程都朝着熵增加的方向进行
C．物体的温度升高，分子热运动变得剧烈，每个分子动能都增大
D．根据热力学第二定律可知，热量能够从高温物体传到低温物体，但不可能从低温物体传到高温物体
解析　对一定质量的气体，内能的变化既与传热有关又与做功有关，对气体加热，气体的内能可能减小，A正确。系统中的自发过程总是朝着熵增加的方向进行，B错误。温度升高，分子的平均动能增大，但每个分子的动能不一定都增大，C错误。热量在一定条件下可以从低温物体传到高温物体，D错误。
答案　A
4．(多选)下列说法正确的是
A．如果大量分子的集合从A分布进入B分布的概率大于从B分布进入A分布的概率，则B分布更无序
B．如果大量分子的集合从A分布进入B分布的概率大于从B分布进入A分布的概率，则A分布更无序
C．大量分子的集合能自发地从A分布进入B分布，则该过程是可逆的
D．大量分子的集合能自发地从A分布进入B分布，则该过程是不可逆的
解析　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。如果大量分子的集合从A分布进入B分布的概率大于从B分布进入A分布的概率，则说明B分布更无序一些，A正确，B错误。大量分子的集合自发的运动过程是不可逆的，D正确，C错误。
答案　AD
5．(多选)倒一杯热水，然后加入适量的糖后，糖会全部溶于水中，但一段时间后又观察到杯底部有糖结晶，关于这个过程下列叙述正确的是
A．溶解过程是自发的，结晶过程也是自发的，因此热力学第二定律是错误的
B．溶解过程是有序向无序转变的过程
C．结晶过程是有序向无序转变的过程
D．结晶过程不是自发的，因为有外界的影响
解析　糖溶解是有序变为无序的过程，是自发的；糖结晶是无序变为有序的过程，不是自发的，是受外界的影响，如外界温度等。
答案　BD
二、非选择题(共20分)
6．(10分)下面是晓阳同学在题为《能源利用和节约能源》的研究性学习中收集到的有关太阳能的资料：太阳能是人类最基本的能源，它无污染、无费用，这种能源的使用期和太阳本身寿命一样长，当太阳光照射地面时，在1 m2地面上1 s内平均得到的太阳辐射能约为1.0×103 J。太阳能热水器就是直接利用太阳能的装置，目前已经广泛地出现在我们的生活中。
晓阳同学在网上下载了某型号太阳能热水器的宣传广告：
容积(V)　100 L
集热管的采光面积(S)　1.5 m2
效率(η)　40%
使用年限(z)　15年
(1)晓阳同学家每天大约需要100 kg热水，用这种热水器将这些水从25 ℃加热到45 ℃需要多长时间？
(2)与效率为80%的电热水器相比，晓阳同学家每天节约多少电能？
解析　(1)设T为光照时间，k＝1.0×103 J/(s·m2)，Q吸＝cm(t－t0)＝4.2×103×100×20 J＝8.4×106 J，太阳能热水器传给水的热量Q放＝kSTη，因为Q吸＝Q放，所以
T＝＝ s
＝1.4×104 s≈3.9 h。
(2)由Q电＝Q吸＝Wη1得
W＝＝ J＝1.05×107 J≈2.9 kW·h。
答案　(1)3.9 h　(2)2.9 kW·h
7．(10分)随着我国经济的发展，汽车数量迅猛增长，汽车排放的尾气造成的空气污染越来越严重。据有关资料统计，汽车尾气排放造成的空气污染目前已占整个污染源的一半以上。在这种情况下，目前研制开发的太阳能汽车具有更好的发展前景。如图10－5－2所示是某研究所研制的太阳能汽车，它是利用太阳能电池将接收到的太阳能转化为电能，再利用电动机来驱动的一种新型汽车。设太阳光照射到电池板上的辐射功率为7 kW。在晴朗的天气里，太阳能电池对着太阳时产生的电压为160 V，并对车上的电动机提供12 A的电流，请你求出：
图10－5－2
(1)在这种情况下电动机消耗的电功率是多大？
(2)如果这辆汽车的电动机将电能最终转化为机械能的效率为75%，当汽车在水平路面上匀速行驶时，受到的牵引力为180 N，则在1 min内这辆汽车行驶了多少米？
解析　(1)电动机消耗的电功率
P＝UI＝160 V×12 A＝1 920 W。
(2)由P＝W/t得
W电＝Pt＝1 920 W×60 s＝115 200 J
由题意W机＝W电η＝115 200 J×75%＝86 400 J
又由W＝Fs得
汽车行驶的距离
s＝W机/F＝86 400/180 m＝480 m。
答案　(1)1 920 W　(2)480 m