上海市北虹高中2019-2020学年高中物理沪科版选修3-3：4.3热力学第二定律 同步练习（含解析）

热力学第二定律
1．能源是社会发展的基础．下列关于能量守恒和能源的说法正确的是（ ）
A．能量是守恒的，能源是取之不尽、用之不竭的
B．能量的耗散反映了能量是不守恒的
C．开发新能源,是缓解能源危机的重要途径
D．对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减小，形成“能源危机”
2．下列叙述正确的是（? ）
A．凡涉及热现象的宏观过程都具有方向性
B．气体的压强越大，分子的平均动能越大
C．外界对气体做正功，气体的内能一定增大
D．温度升高，物体内的每一个分子的热运动速率都增大
3．关于分子动理论和热力学定律，下列说法中正确的是（　　）
A．空气相对湿度越大时，水蒸发越快
B．物体的温度越高，分子平均动能越小
C．第二类永动机不可能制成是因为它违反了热力学第一定律
D．两个分子间的距离由大于10﹣9m处逐渐减小到很难再靠近的过程中，分子间作用力先增大后减小到零，再增大
4．根据热力学定律，下列说法正确的是（ ）
A．第二类永动机违反能量守恒定律
B．机械能和内能的转化具有方向性
C．当温度由20℃变为40℃，物体分子的平均动能应变为原来的2倍
D．温度是分子平均动能的标志，所以物体的温度为0℃时，物体分子的平均动能为零
5．下列说法正确的是（　　）
A．温度一定时，悬浮在液体中的小颗粒越小，布朗运动越明显
B．一定质量的气体，在体积膨胀的过程中，内能一定减小
C．有些非晶体在一定条件下可以转化为晶体
D．气体分子单位时间内与单位面积的容器器壁碰撞的次数与单位体积内的分子数和温度有关
E.自然界凡是符合能量守恒定律的宏观过程都能自然发生
6．下列说法正确的有__________
A．1g水中所含的分子数目和地球的总人口数差不多
B．气体对容器壁的压强,是由气体分子对容器壁的频繁碰撞造成的
C．物体内能增加,温度不一定升高
D．物体温度升高,内能不一定增加
E. 能量在转化过程中守恒,所以我们可以将失去的能量转化回我们可以利用的能量,以解决能源需求问题
7．以下说法正确的是、（ ）
A．已知阿伏加德罗常数、气体的摩尔质量和密度，可算出该气体分子间的平均距离
B．饱和蒸汽在等温变化的过程中，随体积减小压强增大
C．布朗运动指的是悬浮在液体中的固体小颗粒的运动
D．给自行车打气时越往下压，需要用的力越大，是因为压缩气体使得分子间距减小，分子间作用力表现为斥力导致的
E.热量可以从低温物体传递到高温物体
8．下列叙述正确的是(　　)
A．可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功
B．相对湿度大绝度湿度一定大
C．液体表面层分子分布比液体内部稀疏，分子间的相互作用表现为引力
D．第二类永动机是不可能制成的，是因为它违背了热力学第一定律
9．（多选）下面关于熵的说法正确的是（ ）
A．熵是物体内分子运动无序程度的量度
B．与热现象有关的一个自发的过程总是向熵减少的方向进行
C．热力学第二定律的微观实质是与热现象有关的自发宏观过程朝墒增加的方向进行
D．熵值越大，代表系统分子运动越无序
10．(多选)一定质量的理想气体封闭在绝热的气缸内，当用活塞压缩气体时，下列说法中正确的是（）
A．气体分子的平均动能一定增大 B．气体分子的密度一定增大
C．气体分子的势能一定增大 D．气体的内能一定增大
11．如图所示是一定质量的理想气体沿直线ABC发生状态变化的p-V图像．已知A→B的过程中，理想气体内能变化量为150J，吸收的热量为300J，则由B→C的过程中，气体温度_____（选填“升高”或“降低”），放出热量______J．
12．我国航天员漫步太空已变成现实。已知飞船在航天员出舱前先要“减压”，在航天员从太空返回进入航天器后要“升压”，因此飞船将此设施专门做成了一个舱，叫“气闸舱”，其原理图如图所示，相通的舱A、B间装有阀门K，指令舱A中充满气体，气闸舱B内为真空，整个系统与外界没有热交换。打开阀门K后，A中的气体进入B中，最终达到平衡。若将此气体近似看成为理想气体，则下列说法正确的是__________ 。

A．气体体积膨胀，对外做功，内能减小
B．气体体积变大，气体分子单位时间对气缸壁单位面积碰撞的次数将变少
C．气体并没有对外做功，气体内能不变
D．B中气体不可能自发地全部退回到A中
E、气体温度变小，体积增大，压强减小
13．(1)在装有食品的包装袋中充入氮气，然后密封进行加压测试，测试时，对包装袋缓慢地施加压力，将袋内的氮气视为理想气体，则加压测试过程中，包装袋内壁单位面积上所受气体分子撞击的作用力________(填“增大”“减小”或“不变”)，包装袋内氮气的内能________(填“增大”“减小”或“不变”)．
(2)给某包装袋充入氮气后密封，在室温下，袋中气体压强为1个标准大气压、体积为1 L．将其缓慢压缩到压强为2个标准大气压时，气体的体积变为0.45 L．请通过计算判断该包装袋是否漏气．
14．改变烧瓶内气体的温度,测出几组体积V与对应温度T的值,作出V-T图象如图所示.已知大气压强p0=1×105 Pa,则由状态a到状态b的过程中,气体对外做的功为____J.若此过程中气体吸收热量60 J,则气体的内能增加了____J.
15．下列说法正确的是__________
A．悬浮在水中的花粉颗粒的布朗运动是永不停息的
B．一定质量气体温度升高，所有气体分子的运动速率都增大
C．彩色液晶显示器利用到液晶的光学性质具有各向异性的待点
D．根据能量守恒定律可知所有能量形式间的转化过程都是可逆的
E.钢针能够浮在水面上，是水分子表面张力作用的结果
16．下列说法正确的是（　　）
A．对于一定质量的理想气体，体积不变时，温度越高，气体的压强就越大
B．空调机既能致热又能致冷，说明热传递不存在方向性
C．把一枚针放在水面上，它会浮在水面上，这是水表面存在表面张力的缘故
D．分子间的引力和斥力是不能同时存在的，有引力就不会有斥力
E.单晶体的各向异性是由晶体微观结构决定的
参考答案
1．C
【解析】
试题分析：能量是守恒的，能源是能够提供可利用能量的物质并不是取之不尽、用之不竭的，所以A项错误；能量的耗散是一种形式能转化为另一种形式的能量，能量守恒定律是自然界的规律之一，所以B项错误；对能源的过度消耗将形成“能源危机”，自然界的能量不变，所以D项错误；C项正确．
考点：本题考查了能源和能量的理解
2．A
【解析】
A．根据热力学第二定律知，凡涉及热现象的宏观过程都具有方向性，故A正确．
B．气体的压强越大，由 可知温度不一定越高，所以分子的平均动能不一定越大，故B错误．
C．外界对气体做正功，根据热力学第一定律△U=Q+W，知气体的内能不一定增大，还与热量的传递有关，故C错误．
D．温度升高，分子的平均动能越大，但由于分子的运动是无规则的，不是每一个分子的热运动速率都增大，故D错误．
故选A．
【点睛】
解决本题的关键是理解温度的微观意义：温度是分子的平均动能的标志，并要掌握热力学第一定律．
3．D
【解析】
A．空气相对湿度越大时，空气中水蒸汽压强越接近饱和汽压，水蒸发越慢，故A错误．
B．温度是分子的平均动能的标志，物体的温度越高，分子平均动能越大，故B错误．
C．第二类永动机虽然不违反能量守恒定律，但它违背了热力学第二定律是制造不出来的，故C错误．
D．两个分子间的距离由大于10-9m处逐渐减小到很难再靠近的过程中，分子间作用力先表现为分子引力，先增大后减小到零，之后表现为分子斥力，增加增大，故D正确．
故选D．
【点睛】
本题考查了相对湿度、温度的微观意义、热力学第二定律以及分子动理论等知识，做好这一类的题目要注意在平时的学习过程中多加积累，反复记忆．
4．B
【解析】A、第二类永动机不违反能量守恒定律，它违反热力学第二定律，故A错误；
B、热力学第二定律反应了宏观自然过程的方向性，机械能与内能间的相互转化具有方向性，故B正确；
C、物体分子的平均动能与热力学温度成正比，所以当温度由20℃变为40℃，物体分子的平均动能不可能变为原来的2倍，故C错误；
D、温度是分子平均动能的标志，物体的温度为0℃时，热力学温度为273.15K，故分子的平均动能不为零，故D错误；
故选B。
5．ACD
【解析】
A．固体颗粒越小，同一时刻受到的液体分子碰撞的作用力越不平衡，合力越大，布朗运动越明显，故A正确．
B．做功和热传递都可以改变物体的内能，有，一定质量的气体，在体积膨胀的过程中对外做功，若同时吸收热量，内能不一定减小，故B错误．
C．晶体和非晶体在一定的条件下可以转化，故C正确．
D．根据对气体压强的微观解释可知，气体分子单位时间内与单位面积的容器器壁碰撞的次数与单位体积内的分子数和温度有关，故D正确；
E．根据热力学第二定律可知，一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性，所以符合能量守恒定律的宏观过程也不一定能自然发生，故E错误．
故选ACD．
【点睛】
该题考查布朗运动、晶体与非晶体的特点、热力学第一定律、热力学第二定律等知识点，都是一些记忆性的知识点的内容，做好这一类的题目，关键要多看课本，熟悉基础知识．
6．BCD
【解析】
水的摩尔质量为18g/mol，故1g水的分子数为：N=×6×1023=3.3×1022个，远大于地球的总人口数，故A错误；气体对容器壁的压强，是由气体分子对容器壁的频繁碰撞造成的，取决于分子数密度和平均动能，故B正确；物体内能与温度和体积有关，故物体内能增加，温度不一定升高，故C正确；物体内能与温度和体积有关，物体温度升高，内能不一定增加，故D正确；能量在转化过程中守恒；总能量守恒，但能源可利用的品质是下降的，故我们不可能将失去的能量转化回我们可以利用的能量，故E错误；故选BCD．
点睛：本题考查了阿伏加德罗常数、气体压强的微观意义、内能、能量守恒定律和热力学第二定律，知识点多，难度小，关键是记住基础知识．
7．ACE
【解析】
A．知道阿伏加德罗常数、气体的摩尔质量和密度，可求出摩尔体积，将气体分子占据的空间看成立方体形，立方体的边长等于气体分子间的平均距离，由摩尔体积除以阿伏加德罗常数可求出每个气体分子占据的空间大小，从而能求出分子间的平均距离，故A正确；
B、饱和气压的大小只与温度有关，故B错误；
C．布朗运动是悬浮在流体中的固体小颗粒的无规则运动，是液体分子做无规则运动的反映，故C正确；
D．分子间排斥不是由多少决定的，而是取决于分子间的距离．打气是由于分子密度增大,从而气体压强增大，不是分子间斥力的体现，故D错误；
E．根据热力学第二定律，热量不能自发从低温物体传给高温物体，但可以通过不同条件达到热量从低温物体向高温物体的传递，故E正确。
故选ACE。
【点睛】
掌握分子动理论的内容，可以从微观上认识分子的运动规律及分子间的相互作用力；理解气体的状态参量及变化规律，结合热力学定律全面解答。
8．AC
【解析】
热力学第二定律指出：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，说明可以从单一热库吸收热量，使之完全变成功，只是会存在其他影响，故A正确；由相对湿度和绝对湿度的定义可知，绝对湿度大，说明空气中水蒸气的实际压强大，而此时水蒸气的实际压强与该温度下水蒸气的饱和压强之比不一定大，即相对湿度不一定大，故B错误；由表面张力形成的原因可知，液体表面层分子分布比液体内部稀疏，分子间的相互作用表现为引力，故C正确；根据热力学第二定律，热机不可能使从单一热源吸收的热量全部变成有用的功，故第二类永动机违反了热力学第二定律，故D错误。所以AC正确，BD错误。
9．ACD
【解析】A、熵是热力学系统内分子运动无序程度的量度，故A正确；
B、与热现象有关的一个自发的过程中熵总是向增加的方向进行，故B错误；
C、热力学第二定律的微观实质是与热现象有关的自发宏观过程朝墒增加的方向进行，热力学第二定律又称为熵增加原理，故C正确；
D、熵值越大，表明系统内分子运动越无序，故D正确；
故选ACD。
【点睛】熵是热力学系统内分子运动无序程度的量度；在自发过程中，熵总是增加的；热力学第二定律又称为熵增加原理。
10．ABD
【解析】AD、当用活塞压缩气体时，外界对气体做功，处在绝热容器中，内能一定增大，温度升高，气体分子的平均动能一定增大，故A、D正确；
B、气体被压缩，体积减小，气体分子的密度一定增大，故B正确；
C、当用活塞压缩气体时，分子力做正功，分子势能减少，故C错误；
故选ABD。
【点睛】被压缩，体积减小，气体分子的密度增大，外界对气体做功，处在绝热容器中，内能增大，温度升高，气体分子的平均动能增大。
11． 降低 60
【解析】根据，C不变，pV越大，T越高．状态在B（2，2）处温度最高，故从A→B过程温度升高，由B→C的过程温度降低．在A和C状态，pV乘积相等，所以温度相等，则内能相等，根据热力学第一定律，由状态A变化到状态C的过程中△U=0，则理想气体吸收的热量等于它对外界做的功．A→B的过程中，理想气体内能增加150J，气体对外界做功，放出热量为60J；
12．BCD
【解析】气体自由膨胀，没有对外做功，故内能不变，温度不变，故AE错误，C正确；气体体积变大，气体的分子密度减小，则气体分子单位时间对气缸壁单位面积碰撞的次数将变少，选项B正确；一切宏观热现象均具有方向性，故B中气体不可能自发地全部退回到A中，故D正确；
故选BCD．
点睛：本题关键是明确气体是绝热膨胀，自由膨胀时不对外做功的，要能够根据热力学第一定律公式△U=W+Q分析，基础问题.
13． 增大 不变 漏气
【解析】 (1)因为测试时，对包装袋缓慢地施加压力，外界对气体所做的功等于气体对外放出的热量，由热力学第一定律可知：气体的温度不变，即内能不变，由玻意耳定律可知：气体体积变小，所以压强变大，由于气体的压强是由于气体分子对器壁的频繁碰撞而产生的，所以包装袋内壁单位面积上所受气体分子撞击的作用力增大。
(2)若不漏气，设加压后的体积为，由等温过程得
代入数据得，因为，故包装袋漏气。
点睛：对包装袋缓慢地施加压力的过程中，外界对其他做功，气体的体积减小，根据热力学定律来分析内能的变化，根据气体状态方程分析压强的变化；同时掌握理想气体的状态方程的应用，掌握等温变化的气体变化规律，理解假设法的运用．同时知道理想气体的含义。
14． 50　 10
【解析】由状态a到状态b的过程中，气体对外做的功为：
W=P?△V=1.0×105×（2.5×10-3-2×10-3）J=50J
若此过程中气体吸收热量60J，则气体的内能增加：△U=60-50=10J
15．ACE
【解析】
悬浮在水中的花粉颗粒的布朗运动是永不停息的，选项A正确；定质量气体温度升高，气体分子的平均运动速率增大，并非每个分子的运动速率都增加，选项B错误；彩色液晶显示器利用到液晶的光学性质具有各向异性的待点，选项C正确；根据热力学第二定律可知，能量形式间的转化过程不一定都是可逆的，例如机械能和热量之间的转化就是不可逆的，选项D错误；钢针能够浮在水面上，是水分子表面张力作用的结果，选项E正确；故选ACE.
16．ACE
【解析】
【详解】
A．根据理想气体状态方程，体积不变，温度越高，则压强越大，故A正确；
B．热传递的方向性指的是自发传递热量的情况，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，空调机制冷时，把热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外，引起了其他变化，要消耗电能，所以不能说明热传递不存在方向性，故B错误；
C．一枚针轻放在水面上，它会浮在水面，浮力很小，可以忽略不计，它能浮在水面上是因为水的表面分子间距较大，分子力表现为引力，这种分子之间的引力使液面具有收缩的趋势，针轻放在水面上，它会浮在水面上，正是由于水表面存在表面张力的缘故，故C正确；
D．分子间的引力和斥力是同时存在的，故D错误；
E．单晶体具有各向异性，是由于晶体微观结构排列规则决定的，故E正确。
故选ACE。