2018-2019学年人教版高中物理选修3-3第十章+热力学定律+第4节+Word版含解析

第4节　热力学第二定律

1．(多选)根据热力学第二定律，下列判断正确的是
A．电流的能不可能全部变为内能
B．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变为电能
C．热机中，燃气内能不可能全部变为机械能
D．在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体
解析　根据热力学第二定律可知，凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，电流的能可全部变为内能(由电流热效应中的焦耳定律可知)，而内能不可能全部变成电流的能。机械能可全部变为内能，而内能不可能全部变成机械能。在热传导中，热量只能自发地从高温物体传递给低温物体，而不能自发地从低温物体传递给高温物体。
答案　BCD
2．如图10－4－2所示，汽缸内盛有一定质量的理想气体，汽缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与汽缸壁接触光滑，但不漏气，现将活塞杆缓慢地向右移动，气体膨胀对外做功。已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法中正确的是 图10－4－2
A．气体是从单一热库吸热，全用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律
B．气体是从单一热库吸热，但并未全用来对外做功，因此此过程不违反热力学第二定律
C．气体是从单一热库吸热，全部用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律
D．以上三种说法都不正确
解析　由于气体始终通过汽缸壁与外界接触，外界温度不变，活塞杆与外界连接并使其缓慢地向右移动过程中，有足够时间进行热交换，所以汽缸内的气体温度也不变。要保持其内能不变，该过程气体是从单一热库即外部环境吸收热量，即全部用来对外做功才能保证内能不变，但此过程不违反热力学第二定律。此过程由外力对活塞做功来维持，如果没有外力F对活塞做功，此过程不可能发生。
答案　C
3．下列说法中正确的是
A．机械能全部转化为内能是不可能的
B．第二类永动机不可能制造成功是因为能量既不能凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体转移到另一个物体，或从一种形式转化为另一种形式
C．根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体
D．从单一热库吸收的热量全部变成功是可能的
解析　机械能可以全部转化为内能，A错；第二类永动机不违反能量守恒定律，不可能制成的原因是违反热力学第二定律，B错；热量在一定条件下可以从低温物体传向高温物体，C错，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．根据热力学定律，下列判断正确的是
A．我们可以把火炉散失到周围环境中的能量全部收集到火炉中再次用来取暖
B.利用浅层海水和深层海水间的温度差制造出一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，这在原理上是可行的
C．制冷系统能将冰箱内的热量传给外界较高温度的空气，而不引起其他变化
D．满足能量守恒定律的客观过程都可以自发地进行
解析　热量不能自发地从低温物体传到高温物体，所以不能说把散失的能量全部收集起来重新加以利用，A错；由热力学第二定律可知，B正确；热量从低温物体传给高温物体时一定会发生其他变化，C错；只满足能量守恒定律而不满足热力学第二定律的过程是不可能发生的，D错。
答案　B
2．(多选)关于热力学定律，下列说法正确的是
A．为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量
B．对某物体做功，必定会使该物体的内能增加
C．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功
D．不可能使热量从低温物体传向高温物体
E．机械能转变为内能的实际宏观过程是不可逆过程
解析　做功和热传递都可以改变物体的内能，选项A正确；由热力学第一定律可知，对某物体做功，物体的内能可能增加、不变或减小，故B错；由热力学第二定律可知，通过外界作用可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功，可以使热量从低温物体传向高温物体，所有的实际宏观热过程都是不可逆的，所以C、E对，D错。
答案　ACE
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．内能可以全部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转化的规律，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　热力学第一定律是能量守恒在热现象中的体现，而热力学第二定律则指出内能和其他形式能发生转化的方向性，两者并不矛盾，故A、C、D错误，B正确。
答案　B
4．(多选)根据热力学第二定律，下列判断正确的是
A．热机中燃气的内能不可能全部变成机械能
B．电能不可能全部变成内能
C．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变成电能
D．在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体
解析　凡是与热现象有关的宏观物理过程都具有方向性。无论采用任何设备和手段进行能量转化，总是遵循“机械能能全部转化为内能，而内能不能在不引起其他变化的情况下全部转化为机械能”，故A正确；火力发电机发电时，能量转化的过程为内能→机械能→电能，因为内能→机械能的转化过程中会对外放出热量，故燃气的内能必然不能全部变为电能，C正确；热量从低温物体传递到高温物体不能自发进行，必须借助外界的帮助，结果会带来其他影响，这正是热力学第二定律第一种(克氏)表述的主要思想，故D正确；由电流热效应中的焦耳定律可知，电能可以全部转化为内能，故B错误。
答案　ACD
5．(多选)根据热力学第二定律可知，下列说法中正确的是
A．热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体
B．热量能够从高温物体传到低温物体，也可以从低温物体传到高温物体
C．没有外界的帮助，机械能可以全部转化为内能，但内能不可以全部转化为机械能
D．没有外界的帮助，机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部转化为机械能
解析　根据热传递的规律可知，热量可以自发地从高温物体传到低温物体，但不能自发地(不需要外界帮助)从低温物体传到高温物体，借助外界的帮助，热量可以从低温物体传到高温物体，选项A错误，B正确；没有外界的帮助，机械能可以全部转化为内能(如一个运动物体克服摩擦力做功而最终停止运动时，机械能全部转化为内能)，但内能不能全部转化为机械能，选项C正确，D错误。
答案　BC
二、非选择题(共20分)
6．(10分)热力学第二定律常见的表述有两种。
第一种表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。
第二种表述：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。
图10－4－3
图10－4－3甲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乙。根据你的理解，热力学第二定律的实质是____________________________
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解析　示意图如图所示。
答案　如解析图所示　一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性
7．(10分)一种冷暖两用型空调，铭牌标注：输入功率1 kW，制冷能力1.2×104 kJ/h，制热能力1.3×104 kJ/h。这样，该空调在制热时，每消耗1 J电能，将放出3 J的热量。是指标错误还是能量不守恒？
解析　都不是。空调制冷或制热都靠压缩机做功，从室内(室外)吸收热量放到室外(室内)。在制热时，放出的热量等于消耗的电能与从室外吸收的热量之和，完全可以大于电能消耗。这既不违背热力学第一定律，也不违背热力学第二定律。
答案　见解析