上海市丰华高中2019-2020学年高中物理沪科版选修3-3：4.3热力学第二定律 达标训练（含解析）

热力学第二定律
1．下列说法正确的是
A．外界对气体做功，气体的内能一定增大
B．气体从外界吸收热量，气体的内能一定增大
C．气体的温度越低，气体分子无规则运动的平均动能越大
D．温度一定，分子密集程度越大，气体的压强越大
2．下列关于热力学第二定律的说法中正确的是
A．所有符合能量守恒定律的宏观过程都能真的发生
B．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的
C．机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部用来做功而转化成机械能
D．气体向真空的自由膨胀是可逆的
3．第二类永动机不可能制成，是因为(　　)
A．违背了能量的守恒定律
B．热量总是从高温物体传递到低温物体
C．机械能不能全部转化为内能
D．内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化
4．关于热力学现象和热力学规律，下列说法正确的是
A．自然界中符合能量守恒定律的宏观过程不一定能自然发生
B．用活塞压缩气缸内空气，对空气做功2.0×105J，同时空气内能增加了1.5×105J，则空气从外界吸收热量0.5×105J
C．物体温度为0℃，分子平均动能为0
D．一定质量气体保持温度不变，压强随体积增大而减小，微观原因是单位体积内的分子数减小
5．下列说法正确的是
A．布朗运动就是液体分子的无规则运动
B．晶体在各个方向上的导热性能相同，体现为各向同性
C．热量不能自发地从低温物体传给高温物体
D．将一个分子从远处靠近另一个分子，则这两个分子间的分子力先增大后减小最后再增大
6．下列说法错误的是（ ）
A．PM2.5是指空气中直径等于或小于2.5微米的悬浮颗粒物，其漂浮在空中做无规则运动，属于分子热运动
B．人们感到潮湿时，空气的绝对温度不一定大，但相对湿度可能很大
C．随着科技的发展，将来可以利用高科技手段，将散失在环境中的内能重新收集起来加以利用而不引起其他变化
D．布朗运动就是液体分子做无规则的运动
E.产生表面张力的原因是表面层内液体分子间引力大于斥力
7．下列说法正确的是
A．气体扩散现象表明气体分子间存在斥力
B．对于同一理想气体，温度越高，分子平均动能越大
C．热量总是自发的从分子平均动能大的物体传递到分子平均动能小的物体
D．用活塞压缩气缸内的理想气体，对气体做了3.0×105J的功，同时气体向外界放出1.5×105J的热量，则气体内能增加了1.5×105J
E.在阳光照射下，可以观察到教室空气中飞舞的灰尘做无规则运动，灰尘的运动属于布朗运动
8．如图所示，固定在地面上的水平气缸内由活塞B封闭着一定量的气体，气体分子之间的相互作用力可以忽略假设气缸壁的导热性能很好，环境的温度保持不变若用外力F将活塞B缓慢地水平向右拉动，则在拉动活塞的过程中，关于地气缸内气体的下列结论，其中正确的是　　
A．气体做等温膨胀，分子的平均速率不变，气体的压强不变
B．气体做等温膨胀，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．因为气体内能不变，所以气体从外界吸收的热能全用来对外做功
D．气体是从单一热原吸热，全用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律
9．下列说法中正确的是（ ）
A．附着层内分子间距离小于液体内部分子间距离时,液体与固体间表现为浸润
B．热力学第二定律的开尔文表述:不可能从单一热源吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响
C．水黾可以停在水面上是因为液体具有表面张力
D．温度升高,物体所有分子的动能都增大
10．下列说法中正确的是( )
A．气体失去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．液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些多晶体相似，具有各向同性
C．分子间的距离增大时，分子间引力和斥力均减小，分子势能可能增大
D．热力学第二定律的开尔文表述：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
E.气体分子单位时间内对单位面积器壁碰撞的次数与单位体积内的分子数和温度有关
11．如图所示，一圆柱形绝热气缸竖直放置，通过绝热活塞封闭者一定质量的理想气体，气体的温度为T。活塞的质量为横截面积为S，与容器底部相距h。现通过电热丝缓慢加热气体,当气体吸收热 量Q时，活塞又上升h，此时气体的温度为T1 = _____。活塞对外做功______。已知大气压强为,重力加速度为g,不计活塞与气缸的摩擦,在此过程中，气体的内能增加了________。
12．用活塞压缩气缸里的空气，对空气做了900J的功，气缸里空气的内能减少了100J。此过程中气缸里的空气________（选填“吸收”或“放出”）了________J的热量。
13．根据热力学定律，下列说法正确的是__________
A．电冰箱的工作表明，热量可以从低温物体向高温物体传递]
B．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量
C．科技的不断进步使得人类有可能生产出单一热源的热机
D．即使没有漏气、摩擦、不必要的散热等损失，热机也不可以把燃料产生的内能全部转化为机械能
E．对能源的过度消耗使自然界的能量不断减少，形成“能源危机”
14．热力学温度T和摄氏温度t之间的关系是 ．
15．下列说法正确的是____．
A．布朗运动反映了悬浮颗粒的分子运动的无规则性
B．硬币可以浮在平静的水面上是因为液体表面存在张力
C．根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传递到高温物体
D．单晶体的某些物理性质具有各向异性，而多晶体和非晶体是各向同性的
E．当两个分子间的距离为ro（平衡位置）时，分子力为零，分子势能最小
16．热力学第二定律有多种表述，请写出下面的两种：
①克劳修斯表述 。
②开尔文表述 。
参考答案
1．D
【解析】A、外界对气体做功，W＞0，由于不知道气体是吸热还是放热，根据△U=W+Q无法确定气体的内能增加还是减小，故A错误。B、气体从外界吸收热量，Q＞0，由于不知道外界对气体做功还是气体对外界做功，根据△U=W+Q无法确定气体的内能增加还是减小，故B错误。C、温度是分子平均动能变化的标志，所以气体的温度越低，气体分子无规则运动的平均动能越小，故C错误。D、温度一定，分子平均动能不变，分子密集程度越大，单位面积撞击分子数增多，气体的压强越大，故D正确；故选D。
【点睛】在运用 来分析问题时，首先必须理解表达式的物理意义，掌握它的符号法则：①W＞0，表示外界对系统做功；W＜0，表示系统对外界做功；②Q＞0，表示系统吸热；Q＜0，表示系统放热；③△U＞0，表示系统内能增加；△U＜0，表示内能减少．我们判断内能变化时，做功和热传递都要考虑．
2．B
【解析】
【详解】
A.根据热力学第二定律，所有符合能量守恒定律的宏观过程不一定都能真的发生，选项A错误；
B.一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，选项B正确；
C.机械能可以全部转化为内能，但是内能不可以全部用来做功而转化成机械能，选项C错误；
D.气体向真空的自由膨胀是不可逆的，选项D错误；故选B.
3．D
【解析】
根据热力学第二定律，不可能从单一热源吸热并把它全部用来做功，而不引起其他变化；第二类永动机并不违反能量转化和守恒定律，不可能制成是因为违反了热力学第二定律，希望从单一热源吸取热量使之完全转换为有用的功而不产生其他影响．故ABC错误，D正确．
故选D
4．AD
【解析】
A、根据热力学第二定律可知，一切与热现象有关的实际宏观过程都由一定的方向性，符合能量守恒定律的宏观过程不一定能自然发生．故A正确；B、用活塞压缩气缸内空气，对空气做功，同时空气内能增加了，根据热力学第一定律：．则空气向外界放出热量．故B错误；C、分子的运动是永不停息的．所以物体温度为0℃，分子平均动能不为0．故C错误；D、气体压强的大小与气体的温度、单位体积内的分子数有关，一定质量气体保持温度不变，压强随体积增大而减小的微观原因是单位体积内的分子数减小．故D正确．故选AD．
【点睛】
热力学第二定律的实质：一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的；根据热力学第一定律分析物体的内能的变化；分子的运动是永不停息的．
5．BC
【解析】
试题分析：布朗运动是固体颗粒的运动，间接反映了分子的无规则运动，A错误；单晶体具有各向异性，多晶体具有各向同性，B错误；热量不能自发地从低温物体传给高温物体，C正确；将一个分子从无穷远处无限靠近另一个分子，则这两个分子间的分子力先增大后减小最后再增大，D正确；故选CD．
考点：晶体和非晶体；分子势能；热力学第二定律
6．ACD
【解析】
A.PM2.5是固体小颗粒，不是分子，不属于分子热运动，故A错误；
B.人们感到潮湿时相对湿度可能很大，空气的绝对湿度不一定大，故B正确；
C.根据热力学第二定律可知，不可能将散失在环境中的内能重新收集起来加以利用而不引起其他变化，故C错误；
D.布朗运动就是固体颗粒的无规则的运动，布朗运动说明了液体分子不停的做无规则运动，故D错误；
E.与气体接触的液体表面分子间距离大于液体内部分子间距离，液体表面层的分子间同时存在相互作用的引力与斥力，但由于分子间的距离大于分子的平衡距离r0，分子引力大于分子斥力，分子力表现为引力，即存在表面张力，故E正确。
故选ACD。
7．BCD
【解析】
A．扩散说明分子在做无规则运动，不能说明分子间的斥力，故A错误；
B．温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子的平均动能越大，故B正确；
C．热量总是自发的从温度高的物体传递到温度低的得物体，而温度是分子平均动能的标志，分子平均动能越大，物体温度越高，热量总是自发的从分子平均动能大的物体传递到分子平均动能小的物体，故C正确；
D．由热力学第一定律可知：
△U=W+Q=3.0×105-1.5×105=1.5×105J
故内能增加；故D正确；
E．灰尘的运动是由于对流引起的，不属于布朗运动，故E错误。
故选BCD．
【点睛】
本题考查分子动理论的内容，在解题时要注意热力学第一定律中的符号问题，引起内能增加的均为正值，引起内能减小的均为负值；内能的增加为正值，内能的减小为负值．
8．BC
【解析】
因气缸导热，气体的温度不变，故气体的分子平均动能不变，内能不变；但由于气体压迫活塞，故气体对外做功，则由热力学第一定律可知，气体应吸热，且吸收的热量等于对外做功；气体的体积增大，则单位体积内的分子数减小；因体积增大，温度不变，故气体的压强减小，故AD均错误，BC正确；故选BC．
9．ABC
【解析】
附着层内分子间距离小于液体内部分子间距离时，液面分子间表现为斥力，液体与固体间表现为浸润，A正确；热力学第二定律的开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响，B正确；水黾可以停在水面上是因为液体具有表面张力，C正确；温度升高，物体分子的平均动能变大，并非所有分子的动能都增大，D错误．
【点睛】热力学第二定律的开尔文表述：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；表面层里的分子比液体内部稀疏，分子间的距离比液体内部大一些，分子间的相互作用表现为引力．
10．CDE
【解析】
【详解】
A．气体分子之间的距离很大分子力近似为零，气体如果失去了容器的约束就会散开，是由于分子杂乱无章运动的结果，故A错误；
B．液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些单晶体相似，具有各向异性，故B错误；
C．分子间的距离增大时，分子间引力和斥力均减小，若分子间距大于平衡距离r0，则随分子间距增大，分子力做负功，分子势能增大，故C正确；
D．热力学第二定律的开尔文表述：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，故D正确；
E．气体分子单位时间内对单位面积器壁碰撞的次数与单位体积内的分子数和温度有关，故E正确；
故选CDE．
11．
【解析】活塞上升过程中气体为等压变化，故，解得，活塞对外做功，根据力的平衡可得，故，根据热力学第一定律可得，故气体内能变化了
12． 放出 1000
【解析】根据热力学第一定律可得，解得，即气缸里的空气放出了1000J的热量
13．ABD
【解析】
试题分析：热量可以在外界做功的情况下从低温物体向高温物体传递，但不能自发进行，A正确；空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量，B正确；不可能从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其它变化，故C错误；根据热力学第二定律，即使没有漏气、摩擦、不必要的散热等损失，热机也不可以把燃料产生的内能全部转化为机械能，即第二类永动机不可能制成，故D正确；对能源的过度消耗将形成能源危机，但自然界的总能量守恒，故E错误
考点：考查了热力学定律的应用
14．T=t+273.15K
【解析】
试题分析：科学研究表明，宇宙中存在着温度的下限：﹣273℃，以这个下限为起点的温度叫做热力学温度，用T表示，单位是开尔文，符号是K；
热力学温度r与摄氏温度c的换算关系是：T=t+273K．
解：热力学温度与摄氏温度的关系是T=t+273K，热力学温度的单位是开尔文，用K表示，
故答案为：T=t+273.15K；
【点评】热力学温度和摄氏温度只是0点不同，但每一度和每一开都是相同的．
15．BDE
【解析】
试题分析：布朗运动是悬浮微粒的无规则运动，不是分子的无规则运动，形成的原因是由于液体分子对悬浮微粒无规则撞击引起的，A错误；对于水和硬币来说，硬币放在水上而不下沉，就像相当于硬币放在桌上，硬币对水的压力，于水对硬币的支持力是一对作用力与反作用力，注意，此时的施力物是整个水面，而不是单个水分子，B正确；根据热力学第二定律可知，热量不可能自发的从低温物体传递到高温物体，但是可以通过做功的手段实现，如电冰箱，C错误；单晶体的物理性质是各向异性的，而多晶体和非晶体是各向同性的，D正确；当两个分子间的距离为ro（平衡位置）时，斥力等于引力，分子力为零，势能最小，故E正确；
考点：考查了布朗运动，分子张力，热力学第二定律，晶体，分子间作用力
16．见解析
【解析】
试题分析：克劳修斯表述为：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。
开尔文表述为：不可能从单一热库（源）吸收热量，使之完全变成功（全部对外做功），而不产生其他影响（不引起其他变化）．