【2012 精品同步】沪科版物理选修3-3 第4章4.4知能优化训练

1．关于热传导的方向性，下列说法正确的是(　　)
A．热量能自发地由高温物体传给低温物体
B．热量能自发地由低温物体传给高温物体
C．在一定条件下，热量也可以从低温物体传给高温物体
D．热量一定不可能从低温物体传给高温物体
解析：选AC.在有外力做功的情况下，热量可以从低温物体传给高温物体，而热量只能自发地从高温物体传给低温物体．
2．对于孤立体系中发生的实际过程，下列说法中正确的是(　　)
A．系统的总熵只能增大或不变，不可能减小
B．系统的总熵可能增大，可能不变，还可能减小
C．系统逐渐从比较有序的状态向更加无序的状态发展
D．系统逐渐从比较无序的状态向更加有序的状态发展
解析：选AC.根据熵增加原理，在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减少可知，A对，B错．根据热力学第二定律的微观解释可知，一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行，所以C对，D错．
3．第二类永动机不可能制成，这是因为(　　)21世纪教育网
A．它违背了能量守恒定律
B．热量总是从高温物体传递到低温物体
C．机械能不可能全部转变为内能
D．内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化
解析：选D.第二类永动机的设想虽然符合能量守恒定律，但是违背了能量转化过程中，有些过程是不可逆的规律，所以不可能制成，故选D.
4．热力学第二定律常见的表述有两种．第一种表述：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；
第二种表述：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．
图4－3－4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________．
图4－3－4
解析：示意图如图所示．
答案：一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性．
一、选择题
1．(2011年廊坊高二检测)热力学第二定律指出(　　)
A．不可能使热量由低温物体传递到高温物体21世纪教育网
B．不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功
C．热机效率η≤1
D．大量分子参与的宏观过程具有方向性
解析：选D.热力学第二定律指出，热量可以从低温物体传到高温物体，但要引起其他变化，故A错，B也错．热机效率要小于1，不能等于1，C也错．一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性，D对．
2．关于热力学第二定律的微观意义，下列说法正确的是(　　)
A．大量分子无规则的热运动能够自动转变为有序运动
B．热传递的自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程
C．热传递的自然过程是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程
D．一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行
解析：选CD.热力学第二定律的微观意义明确指出：一切自然过程总是沿着分子热运动的无序程度增大的方向进行，所以答案C、D正确．
3．关于永动机和热力学定律的讨论，下列叙述正确的是(　　)
A．第二类永动机违反能量守恒定律
B．如果物体从外界吸收了热量，则物体的内能一定增加
C．外界对物体做功，则物体的内能一定增加
D．做功和热传递都可以改变物体的内能，但从能量转化或转移的观点来看这两种改变方式是有区别的
解析：选D.第二类永动机违反热力学第二定律，并不是违反能量守恒定律，故A错；据热力学第一定律ΔU＝Q＋W知内能的变化由做功W和热传递Q两个方面共同决定，只知道做功情况或只知道传热情况无法确定内能的变化情况，故B、C错误；做功和热传递都可改变物体内能．但做功是不同形式能的转化，而热传递是同种形式能间的转移，这两种方式是有区别的，故D正确．
4．在一定速度下发生变化的孤立系统，其总熵的变化是(　　)
A．不变　　　　　　　　　　　 B．可能增大或减小
C．总是增大 D．总是减小21世纪教育网
解析：选C.根据熵增加原理可知，任何孤立系统熵是增加的，故C正确．
5．根据热力学第二定律分析，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．机械能可以全部转化为内能，但变化的内能不可以全部转化为机械能
D．机械能可以全部转化为内能，变化的内能也可以全部转化为机械能
解析：选BD.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，如电冰箱就是接通电源后，压缩机对“制冷剂”(氟利昂等)做功，把热量从冰箱内部(低温物体)传向外部(高温物体)达到制冷目的的，故选项A错误，B正确．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)，在一定条件下，变化的内能也可以全部转化为机械能，如理想气体在等温膨胀过程中，将吸收来的热量全部用来做功，因此选项C错误，选项D正确．
6．对热力学第二定律，下列理解正确的是(　　)
A．自然界进行的一切宏观过程都是可逆的
B．自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的21世纪教育网
C．热量不可能由低温物体传递到高温物体
D．第二类永动机违背了能量守恒定律，因此不可能制成
解析：选B.由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，而不引起其他变化，由此说明热量由低温物体传到高温物体是可能的，但要引起其他变化，故C错；第二类永动机并不违反能量守恒，却违背了自然界涉及热现象宏观过程的方向性，故A、D错，B正确．21世纪教育网
7.如图4－3－5所示，汽缸内盛有一定量的理想气体，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，现将活塞杆与外界连接缓慢地向右移动，气体膨胀对外做功．已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法正确的是(　　)
图4－3－5
A．气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律
B．气体是从单一热源吸热，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．气体是从单一热源吸热，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：选C.此过程气体吸热膨胀内能不变，因此吸收的热量全部用来膨胀做功，但要发生这样的过程，必须借助外界某种变化，因此此过程不违反热力学第二定律，故C正确．
二、非选择题
8．下列所述过程是可逆的，还是不可逆的？
(1)汽缸与活塞组合中装有气体，当活塞上没有外加压力，活塞与汽缸间没有摩擦时21世纪教育网
________________________________________________________________________；
(2)上述装置，当活塞上没有外加压力，活塞与汽缸上摩擦很大，使气体缓慢地膨胀时
________________________________________________________________________；
(3)上述装置，没有摩擦，但调整外加压力，使气体能缓慢地膨胀时
________________________________________________________________________；
(4)在一绝热容器内盛有液体，不停地搅动它，使它温度升高
________________________________________________________________________；21世纪教育网
(5)一导热容器内盛有液体，容器放在一恒温的大水池内，液体不停地搅动，可保持温度不变________________________________________________________________________；
(6)在一绝热容器内，不同温度的液体进行混合____________________；
(7)在一绝热容器内，不同温度的氦气进行混合__________________________．
答案：(1)发生自由膨胀，则是不可逆过程
(2)有摩擦发生，是不可逆过程21世纪教育网
(3)是准静态无摩擦的膨胀，则为可逆过程
(4)这是由功变为热，是不可逆过程．
(5)此过程中既有“功变热”又有“热传导”，也是不可逆过程[来源:21世纪教育网]
(6)液体的扩散是不可逆过程．
(7)有一定温度差的热传导是不可逆过程
9.用两种不同的金属丝组成一个回路，接触点1插在热水中，接触点2插在冷水中，如图4－3－6所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象．这一实验是否违反热力学第二定律？热水和冷水的温度是否会发生变化？简述这一过程中能的转化情况．
图4－3－6
解析：温差发电现象中产生了电能是因为热水中的内能减少，一部分转化为电能，一部分传递给冷水，不违反热力学第二定律．
答案：不违反．热水温度降低，冷水温度升高，转化效率低于100%.
10.如图4－3－7所示，将一滴红墨水滴入一杯清水中，红墨水会逐渐扩散到整杯水中，呈均匀分布，试说明这个过程中熵的变化．
图4－3－7
解析：一滴红墨水和一杯清水这两个系统是比较有序的，也可以说无序程度较小，即熵值较小，当把这两个系统混合后，随着红墨水扩散的进行，系统内这种宏观状态的无序程度大大增强，所以系统的熵值大大增加．
答案：见解析
11．有人估算使地球上的海水降低0.1 ℃，就能放出5.8×1024J的热量，这相当于1800个功率为100万千瓦的核电站一年的发电量．假定整个海洋都具有同一温度，你能设计一种只靠吸收海水的热量推动轮船航行，而不需要燃料的机器吗？
解析：这种靠吸收海水热量推动轮船航行的热机基本结构如图所示．设大气温度为t2，海水温度为t1，在不同的温差下，热机的工作情况不同．
当t2≥t1时，热机无法从海水中吸取热量对外做功，否则将需要一个用于放热的更低温的热源．
当t2答案：见解析