上海市大境中学2019-2020学年高中物理沪科版选修3-3：4.3热力学第二定律 课时作业（含解析）

热力学第二定律
1．如图容器A、B各有一个可以自由移动的轻活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压恒定。A、B底部由带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热，原先，A中水面比B中的高。打开阀门，使A中的水逐渐向B中流，最后达到平衡。在这个过程中（ ）
A．大气压力对水做功，水的内能增加
B．重力对水做功，水的内能减少
C．大气压力对水不做功，水的内能不变
D．大气压力对水不做功，水的内能增加
2．关于热力学第二定律,下列表述中正确的是( ).
A．不可能使热量从低温物体传递到高温物体
B．不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功
C．第二类永动机是不可能制成的
D．热力学第二定律是热力学第一定律的推论
3．关于热现象，下列说法正确的是
A．1g100℃的水的内能小于1g100℃的水蒸气的内能
B．气体压强的大小跟气体分子的平均动能、分子的密集程度这两个因素有关
C．热力学过程中不可避免地出现能量耗散现象，能量耗散不符合热力学第一定律
D．第二类永动机不可能制成是因为它违反了热力学第二定律
E.某种液体的饱和蒸气压与温度无关
4．下列说法不正确的是___________．
A．没有规则几何外形的物体不是晶体
B．物体的温度为0℃时，分子的平均动能却不为零
C．布朗运动是在显微镜中看到的液体分子的无规则运动
D．自然界中只要涉及热现象的宏观过程都具有方向性
E.用活塞压缩气缸里的空气，对空气做功4.5×105J，同时空气的内能增加了3.5×105J，则空气从外界吸收热量1×105J
5．下列有关热现象的叙述中正确的是 ( )
A．布朗运动是液体分子无规则的运动
B．理想气体忽略了分子势能
C．热量可以从低温物体传递到高温物体，但一定要引起其它的变化
D．一切达到热平衡的系统都具有相同的温度．
6．下列说法正确的是
A．一定温度下，饱和汽的压强是一定的
B．悬浮在液体中的固体微粒越小，布朗运动就越明显
C．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
D．气体对器壁的压强就是大量气体分子作用在器壁的碰撞力
E.用N表示阿伏伽德罗常数，M表示水的摩尔质量，ρ表示水蒸气的密度，那么一个水蒸气分子所占的空间体积可表示为
7．根据热学知识，下面说法正确的是
A．气体的压强是由气体分子间的吸引和排斥产生的
B．绝对零度就是当一定质量的气体体积为零时，用实验方法测出的温度
C．分子间作用力做正功，分子势能一定减少
D．物体温度改变时物体内分子的平均动能一定改变
E.在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递到高温物体
8．下列说法正确的是
A．理想气体等压膨胀过程一定吸热
B．布朗运动是由颗粒内分子的无规则运动引起的
C．分子质量不同的两种气体，温度相同时其分子的平均动能相等
D．封闭在容器内的气体很难被压缩，说明气体分子间存在斥力
E.第二类永动机不能制成是因为自然界中涉及热现象的宏观过程都具有方向性
9．下列有关说法正确的是（ ）
A．汽化现象是液体分子间因相互排斥而发生的
B．固体中的分子是静止的液体、气体中的分子是运动的
C．液体表面层中分子间的相互作用表现为引力
D．一切与热现象有关的宏观自然(自发)过程都是不可逆的
10．下列说法正确的是（　　）
A．当分子间的距离增大时，分子间作用力的合力一定减小
B．温度高的物体内能不一定大，但分子平均动能一定大
C．第二类永动机违反了能量守恒定律
D．当人们感到潮湿时，空气的绝对湿度不一定较大
E.布朗运动是由于液体分子的无规则运动引起的
11．第一类永动机违背了_____________定律；第二类永动机违背了___________定律。
12．热机是一种______________________的装置．热机做的功和它从高温热源吸收的热量的比值叫做__________________．
13．热力学第二定律的微观意义为：一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性 （选填增大、减小、不变）的方向进行；熵值较大代表着较为 （选填有序、无序）。
14．电冰箱利用了叫做氟利昂的物质作为热的“搬运工”，把冰箱冷冻室里的“热”，搬运到了冰箱的外面．氟利昂是一种既容易________化，又容易________化的物质．工作时电动压缩机使氟利昂蒸气压缩并把它压入冰箱外的冷凝器管里，在这里蒸气变成液体并________热，这些热被周围的空气带走．冷凝器里的液态氟利昂，经过一段很细的毛细管进入冰箱内冷冻室的管子里，在这里迅速汽化，________热，使冰箱内温度________．生成的蒸气又被压缩机抽走，压入冷凝器，再液化并把从冰箱内带来的热放出．氟利昂这样循环流动，冰箱冷冻室里就可以保持相当低的温度．
15．阅读下列资料并完成相关问题．
资料：如图所示，冰箱的致冷设备由蒸发器、压缩机、冷凝器、毛细管等部件组成．电冰箱工作过程中，致冷剂氟利昂（一种既容易汽化又容易液化的化学物质）在蒸发器中迅速蒸发①热，使冷冻室内温度②，气态的氟利昂经压缩机压缩后，送入冰箱外面的冷凝器，在此致冷剂液化③热，液态的致冷剂通过很细的毛细管回到蒸发器，又开始了新的循环．电冰箱就这样源源不断地将冷冻室内的热吸出来，并散发到冰箱的外面．
(1)在资料的①、②、③三处，补写上适当的内容分别是①________、②________、③________．
(2)冰箱冷冻室内温度很低，那么在室内多放几台打开冷冻室门的冰箱长时间工作能不能降低室内温度？
16．阅读短文，回答问题：
变频空调机
空调机中有被称为“冷媒”的物质，利用它的物态变化可以实现室内、室外热量的转移，如图所示是空调机制冷系统的原理图，其中压缩机的作用是对气态“冷媒”加压，并使“冷媒”在管内循环，压缩机的转速越大，“冷媒”的流量越大，空调机的制冷能力就越强．
压缩机的转速由供电频率决定，“变频空调”是与传统供电频率不变的“定频空调”相比较而产生的概念，与“定频空调”相比，变频空调机的变频器可以在一定范围内调节供电频率，从而改变压缩机的转速．供电频率越高，转速越大，达到控制“冷媒”流量的目的．
变频空调机开始工作时，以最大功率进行制冷，当室内温度快速降至设定温度后，压缩机随机处于低速持续运转状态，维持室温基本不变．
某型号变频空调机的部分参数如下表，其中：制冷量是指单位时间内空调机从密闭区域内去除热量的总和；能效比是空调机在额定状态工作时，制冷量与输入功率之比．
最小 额定 最大
输入功率/W 130 700 1400
制冷量/W 650 2660 3600
能效比 ﹣﹣ 3．8 ﹣﹣
请回答下列问题：
(1)空调机的制冷原理是：在室内，“冷媒”由于________吸收热量，而在室外则由于________放出热量，从而把室内的热量转移到室外，达到降低室内温度的目的．（以上均填物态变化名称）
(2)关于变频空调机，下列说法正确的是：（_____）．（填字母序号）
A、变频空调的压缩机与定频空调一样，也是断断续续工作的
B、空调机制冷时，图中钢管A内流动的是气态“冷媒”
C、空调压缩机是利用降温的方法使“冷媒”发生物态变化的
D、变频器供电频率越高，空调机的制冷能力越强
参考答案
1．D
【解析】分析大气压力对水是否做功：打开阀门K后，据连通器原理，最后A、B两管中的水面将相平，如下图所示，即A中水面下降，B中水面上升；
设A管截面积为S1，水面下降距离为h1，B管截面积为S2，水面上升距离为h2，由于水的总体积保持不变，则有S1h1=S2h2，A管中大气压力对水做的功：，B管中大气压力对水做的功：，大气压力对水做的总功：；即大气压力对水不做功；
分析水的内能是否改变：打开阀门K后，A中的水逐渐向B中流，即A中水的重力做正功，B中水的重力做负功，但从最后的效果看，是A管中高度为h1的水移至较低的B管中高度为h2的地方，如图所示，所以在这个过程中水的重力做正功；同时，整个装置是绝热的，根据热力学第一定律，式中Q=0，W为正值，所以为正值，即水的内能增加，故D正确，A、B、C错误；
故选D。
2．C
【解析】
不可能自发把热量从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，但在引起其他方面的影响时，可以使热量从低温物体传到高温物体，故A错误；不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其它影响，如果在产生其它影响的情况下，是可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功．故B错误．根据热力学第二定律可知，第二类永动机是不可能制成的，故C正确；热力学第一定律的本质是物体内能改变；而热力学第二定律与热运动的方向性有关，二者的本质不同．故D错误；故选C．
【点睛】热力学第二定律的内容：①不可能自发把热量从低温物体传到高温物体而不产生其他影响；②不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其它影响；③熵增加原理：不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零．
3．ABD
【解析】
【详解】
A．水变成水蒸气要吸热，则同质量水的内能小于水蒸气的内能，故A正确；
B．从微观角度来看，气体压强是由于大量分子持续碰撞器壁产生的，大小跟气体分子的平均动能、分子的密集程度这两个因素有关．故B正确；
C．热力学过程中不可避免地出现能量耗散现象，能量耗散符合能量守恒定律即热力学第一定律，故C错误；
D．第一类永动机违反能量守恒，第二类永动机违反热现象的方向性，故D正确；
E．液体的饱和蒸汽压与温度有关，温度越高，饱和蒸气压越大，故E错误。
故选ABD．
【点睛】
本题考查热力学多个知识点，热力学第一定律、热力学第二定律和气体的性质等等，是考试的热点，要重点学习．
4．ACE
【解析】
A．没有规则几何外形的物体不是单晶体，可能是多晶体，选项A错误，符合题意；
B．分子在永不停息的做无规则运动，则当物体的温度为0℃时，分子的平均动能却不为零，选项B正确，不符合题意；
C．布朗运动是在显微镜中看到的固体颗粒的无规则运动，而不是液体分子的无规则运动，选项C错误，符合题意；
D．自然界中只要涉及热现象的宏观过程都具有方向性，选项D正确，不符合题意；
E．用活塞压缩气缸里的空气，对空气做功4.5×105 J，同时空气的内能增加了3.5×105 J，则空气向外界放出热量1×105 J，选项E错误，符合题意；
故选ACE.
5．BCD
【解析】
布朗运动是悬浮在液体表面的固体颗粒的无规则运动，是液体分子无规则运动的表现，选项A错误；理想气体分子间的作用力为零，则可忽略分子势能，选项B正确；根据热力学第二定律，热量可以从低温物体传递到高温物体，但一定要引起其它的变化，选项C正确；一切达到热平衡的系统都具有相同的温度，选项D正确；故选BCD．
6．ABC
【解析】
【详解】
A．在一定温度下，饱和蒸气的分子数密度是一定的，因而其压强也是一定的，这个压强叫做饱和蒸气压强，故A正确；
B．悬浮在液体中的固体微粒越小，碰撞的不平衡性越明显，布朗运动就越明显，故B正确；
C．根据热力学第二定律可知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，故C正确；
D．根据压强的微观意义可知，气体对器壁的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力，故D错误；
E．气体间分子间隙比较大，所以不能表示一个水蒸气分子所占的空间体积，故E错误．
故选ABC．
7．CDE
【解析】
A．气体的压强是由气体分子对容器壁的频繁撞击造成的，故A错误；
B．绝对零度是温度的极限，不是用实验方法测出的，故B错误；
C．分子间作用力做正功，分子动能增加，势能减少，故C正确；
D．温度是分子平均动能的标志，故D正确；
E．根据热力学第二定律，热传导具有方向性，故E正确．
故选CDE．
8．ACE
【解析】
A.根据：
可知理想气体等压膨胀过程，温度升高，内能增加，气体对外做功，根据热力学第一定律，则一定吸热，故A正确；
B．布朗运动是固体颗粒的无规则运动，是由液体分子的无规则运动引起的，故B错误；
C．温度是分子平均动能的标志，则分子质量不同的两种气体，温度相同时其分子的平均动能相等，故C正确；
D．封闭在容器内的气体很难被压缩，这是气体压强作用的缘故，与气体分子间的斥力无关，故D错误；
E．第二类永动机不能制成是因为自然界中涉及热现象的宏观过程都具有方向性，违背了热力学第二定律，故E正确。
故选ACE．
9．CD
【解析】
汽化是物质从液态变成气态的过程，汽化分蒸发和沸腾，而不是分子间的相互排斥而产生的，A错误；一切状态下的物质的分子都在做无规则运动，B错误；当分子间距离为r0时，分子引力和斥力相等，液体表面层的分子比较稀疏，分子间距大于，所以分子间作用力表现为引力，C正确；根据热力学第二定律可知一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，D正确．
10．BDE
【解析】
【详解】
A．当分子间距离从平衡距离开始增大时，分子间的作用力随分子间距离的增大先增大后减小，故A项错误；
B．温度高的物体分子平均动能一定大，物体的内能是物体内所有分子的分子动能和分子势能的总和，所以温度高，内能不一定大，故B项正确；
C．第二类永动机没有违反了能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，故C项错误；
D．当人们感到潮湿时，空气的相对湿度一定较大，但空气的绝对湿度不一定大，故D正确；
E．布朗运动是液体中的悬浮颗粒受到液体分子的频繁碰撞引起的，故E正确。
故选BDE.
11．能量守恒 热力学第二定律
【解析】
【详解】
第一类永动机违背了能量守恒定律；第二类永动机违背了热力学第二定律。
12．将内能转化为机械能 热机的效率
【解析】
【详解】
热机是一种将内能转化为机械能的装置．
热机做的功和它从高温热源吸收的热量的比值叫做热机的效率．
13．增大 ，无序
【解析】
试题分析：热力学第二定律的微观意义为：一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行；熵值较大代表着较为无序。
考点：热力学第二定律；熵
14．汽 液 放 吸 下降
【解析】
氟利昂是一种既容易汽化又容易液化的物体；工作时电动压缩机使氟利昂蒸气压缩而液化，压入冰箱外的冷凝器管里将热量放出；冷凝器里的液态氟利昂，经过一段很细的毛细管进入冰箱内冷冻室的管子里，在这里迅速汽化，从冰箱的内部吸收热量，是冰箱内部的温度降低．故答案为：汽；液；放；吸；下降。
15．吸 降低 放 不能
【解析】
（1）氟利昂在冰箱内部的蒸发器里面汽化，吸收冰箱内的内能，使冰箱内的温度降低．携带有冰箱里面内能的氟利昂，到了冰箱外面的冷凝器里液化，液化放热，将冰箱内部的内能转移到冰箱的外面．故答案为①吸；②降低；③放；
（2）冰箱工作时，只不过是将冰箱内部的能量转移到冰箱的外面．冰箱工作一段时间，内部的温度虽然降低了，但外界的温度由于能量的增加而升高．若打开冰箱门，会出现部分内能从冰箱内到冰箱外的房间，再由房间到冰箱内的循环．室内的总内能并没有减少，所以，室内温度不会降低．故答案为不能．
16． 液化 汽化 BD
【解析】（1）在室内，制冷剂由液态变成气态，叫做汽化，汽化吸热；在室外又由气态变成液态叫液化，液化放热．故填汽化（蒸发）、液化．
（2）变频空调的压缩机是连续工作的，故A错误；由图示可知，空调机制冷时，图中钢管A内流动的是气态“冷媒”，故B正确；空调压缩机是利用做功的方法使“冷媒”发生物态变化的，故C错误；变频器供电频率越高，空调机的制冷能力越强，故D正确。所以选BD。