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2019--2020人教版物理选修3-3同步练习10、4热力学第二定律含解析
10、4热力学第二定律
基础巩固
1．(多选)根据热力学定律和分子动理论，下列说法正确的是( )
A．可以利用高科技手段，将流散到环境中的内能重新收集起来加以利用而不引起其他变化
B．理想气体状态变化时，温度升高，气体分子的平均动能增大，气体的压强可能减小
C．布朗运动是液体分子的运动，温度越高布朗运动越剧烈
D．利用浅层海水和深层海水之间的温度差可以制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，这在原理上是可行的
解析：根据热力学第二定律知机械能可以完全转化为内能，而内能向机械能的转化是有条件的，A项错；温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子平均动能越大，而气体压强大小宏观上取决于气体的温度与体积，温度升高，若体积增大，气体的压强可能减小，B项正确；布朗运动是悬浮颗粒的运动而非液体分子的运动，但它反映了液体分子运动的无规则性，温度越高，布朗运动越显著，C项错误；利用浅层海水和深层海水之间的温度差可以制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，理论上满足热力学第一、第二定律，这在原理上是可行的，D项正确．
答案：BD
2．(多选)下列关于分子运动和热现象的说法正确的是( )
A．气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为气体分子之间存在势能的缘故
B．一定量100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气，其分子之间的势能增加
C．对于一定量的气体，如果压强不变，体积增大，那么它一定从外界吸热
D．如果气体分子总数不变，而气体温度升高，气体分子的平均动能增大，则压强必然增大
解析：气体失去容器约束会散开是因为气体分子可以充满整个空间而不是分子间有势能的缘故，A错误；100 ℃的水变为100 ℃的水蒸气，温度未变，分子平均动能未变，但由于吸热，内能增加，所以分子势能增加，B正确；气体压强不变，体积增大则温度升高，对外做功且温度又升高，所以气体一定从外界吸热，C正确；气体温度升高，平均动能增大，但体积如何变化不确定；单位面积、单位时间内的冲击次数如何变化也不确定，D错误．
答案：BC
3．(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．功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程
解析：改变内能的方法有做功和热传递两种，所以为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量，A正确；对物体做功的同时物体向外界放热，则物体的内能可能不变或减小，B错误；根据热力学第二定律可知，在对外界有影响的前提下，可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功，C正确；在有外界做功的条件下，可以使热量从低温物体传递到高温物体，D错误；根据热力学第二定律可知功变为热的实际宏观过程不可逆，E正确．
答案：ACE
4．(多选)关于热力学定律，下列说法正确的是( )
A．气体吸热后温度一定升高
B．对气体做功可以改变其内能
C．理想气体等压膨胀过程一定放热
D．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体
E．如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡
解析：气体吸热后温度不一定升高，A错；理想气体等压膨胀过程吸热，故C错。
答案：BDE
5．(多选)热传导的方向性是指( )
A．热量只能从高温物体传递到低温物体，而不能从低温物体传递到高温物体
B．热量只能从低温物体传递到高温物体，而不能从高温物体传递到低温物体
C．热量既可以从高温物体传递到低温物体，又可以从低温物体传递到高温物体
D．热量能自发地从高温物体传递到低温物体，而不能自发地从低温物体传递到高温物体
解析：热力学第二定律按热传导的方向性可表述为：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．由此可见，热量能自发地从高温物体传递到低温物体，而不能自发地从低温物体传递到高温物体．若引起了其他变化，热量还是可以由低温物体传递到高温物体的．
答案：CD
6．(多选)下列关于热机的说法中，正确的是( )
A．热机是把内能转化成机械能的装置
B．热机是把机械能转化为内能的装置
C．只要对内燃机不断进行革新，它可以把燃料燃烧释放的内能全部转化为机械能
D．即使没有漏气，也没有摩擦等能量损失，内燃机也不能把内能全部转化为机械能
解析：由热机的定义可知A正确，B错误；内燃机工作时内能的损失有多种途径，所以内燃机不可能把燃料燃烧释放的内能全部转化为机械能，C选项错误，故D选项正确．
答案：AD
7．关于两类永动机和热力学两大规律，下列说法正确的是( )
A．第二类永动机不可能制成因为违反了热力学第一定律
B．第一类永动机不可能制成因为违反了热力学第二定律
C．由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能
D．由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的
解析：第一类永动机违反能量守恒定律，第二类永动机违反热力学第二定律，A、B错；由热力学第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝ W＋Q可以等于0，C错；由热力学第二定律可知D中现象是可能的，但不引起其他变化是不可能的，D对．
答案：D
综合应用
8．(多选)根据热力学第二定律，下列说法中正确的是( )
A．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
B．没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机是可以实现的
C．制冷系统能将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气中而不引起其他变化
D．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
解析：热力学第二定律揭示了与热现象有关的物理过程的方向性．机械能和内能的转化过程具有方向性，机械能可以全部转化为内能，而内能要全部转化为机械能必须借助外界的帮助，因而引起其他变化，故选项A正确，选项B错误；热传导过程也具有方向性，热量能自发地从高温物体传给低温物体，但要从低温物体传递到高温物体，必然引起其他变化(外界对系统做功)，则选项C错误，选项D正确．
答案：AD
9．下列说法中正确的是( )
A．甲物体自发传递热量给乙物体，说明甲物体的内能比乙物体多
B．热机的效率从原理上讲可达100%
C．因为能量守恒，所以“能源危机”是不可能的
D．以上说法均不正确
解析：热量总是从高温的物体传给低温的物体，和内能无关，A错．由热力学第二定律：“不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化”可知，任何热机的机械效率都不可能达到100%，因此B错．关于“能源危机”必须明白几点：(1)能源是提供能量的资源，如煤、石油等；(2)人们在消耗能源时，放出热量，有的转化为内能，有的转化为机械能等等，但最终基本上都转化成了内能，人们无法把这些内能收集起来利用(能量耗散)，而可供利用的能源是有限的，不可能再生(或短时间内不可再生)，因此能量守恒并非说明无能源危机，故C错．
答案：D
10．(2019年江苏省淮阴中学高三摸底考试)(多选)奥运祥云火炬的燃烧系统由燃气罐(内有液态丙烷)、稳压装置和燃烧器三部分组成，当稳压阀打开以后，燃气以气态形式从气罐里出来，经过稳压阀后进入燃烧室进行燃烧．则以下说法中正确的是( )
A．燃气由液态变为气态的过程中要对外做功
B．燃气由液态变为气态的过程中分子的分子势能减少
C．燃气在燃烧室燃烧的过程是内能增加的过程
D．燃气在燃烧后释放在周围环境中的能量很容易被回收再利用
解析：燃气由液态变为气态的过程中体积膨胀，对外做功，A正确；燃气由液态变为气态的过程中分子引力做负功，分子的分子势能增加，B错误；燃气在燃烧室燃烧的过程化学能转变为内能，C正确；根据热力学第二定律，内能不容易被回收再利用，D错误．
答案：AC
11．下列关于热现象的描述正确的一项是( )
A．根据热力学定律，热机的效率可以达到100%
B．做功和热传递都是通过能量转化的方式改变系统内能的
C．温度是描述热运动的物理量，一个系统和另一个系统达到热平衡时两系统温度相同
D．物体由大量分子组成，其单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动也是无规则的
解析：根据热力学第二定律，A选项不正确；热传递是通过能量转移的方法改变内能的，B选项不正确；根据温度的定义，C选项正确；根据分子动理论，大量分子的运动有规律可循，D选项不正确．
答案：C
12．热力学第二定律常见的表述有两种．第一种表述：热量不可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．如图1甲所示的是根据热力学第二定律的第一种表述画出的示意图：外界制冷机做功，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如图1乙所示的示意图．根据你的理解，热力学第二定律的实质是________．
图1
答案：如图2所示 一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性
图2
13．如图3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．已知在本次对外做功的冲程中汽油燃烧释放的化学能为1×103 J，因尾气排放、汽缸发热等对外散失的热量为2.5×102 J，则该内燃机对外所做的功为________J，该内燃机的效率为________．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________(填“有可能”或“仍不可能”)达到100%.
图3
解析：由能量守恒定律知道Q1＝W＋Q2，
W＝Q1－Q2＝1×103 J－2.5×102 J＝7.5×102 J；
该内燃机的效率
η＝×100%＝×100%＝75%.
因为热机不能把它得到的全部内能转化为机械能，因热机工作时，总要向冷凝器散热，不可避免地要释放一部分热量Q2，所以总有Q1>W.所以热机的效率不可能达到100%.
答案：7.5×102 75% 仍不可能
14．一辆汽车的发动机输出功率为66.15 kW，每小时耗(柴)油14 kg，请计算发动机的效率．(柴油的燃烧值为4.3×107 J/kg)
解：计算发动机的效率可根据热机效率的定义，先求出发动机做的有用功和消耗的燃料完全燃烧放出的能量．然后再求效率．
发动机每小时做的功
W＝Pt＝66 150 W×3 600 s＝2.38×108 J
完全燃烧14 kg柴油放出的能量
Q总＝4.3×107 J/kg×14 kg＝6.02×108 J，
做有用功的能量
Q有＝W＝2.38×108 J
所以η＝×100%＝×100%＝39.5%
故发动机的效率是39.5%.
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同步导练/RJ·选修3-3
物理
经典品质/超越梦想
同步导练
第十章 热力学定律
第四节 热力学第二定律
目 标 导 向
自 主学习
要 点 导 析
方 法 导 学
