學(xué)滬科版選修33 4.3熱力學(xué)第二定律 課件(9)（69張）.ppt

4 3熱力學(xué)第二定律 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 典例1 下列說(shuō)法正確的是a 對(duì)物體做功不可能使物體的溫度升高b 一個(gè)由不導(dǎo)熱的器壁做成的容器 被不導(dǎo)熱的隔板分成甲 乙兩室 甲室中裝有一定質(zhì)量的溫度為t的氣體 乙室為真空 如圖所示 提起隔板 讓甲室中的氣體進(jìn)入乙室 若甲室中氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān) 則提起隔板后當(dāng)氣體重新達(dá)到平衡時(shí) 其溫度仍為t 14 c 空調(diào)機(jī)作為制冷機(jī)使用時(shí) 將熱量從溫度較低的室內(nèi)送到溫度較高的室外 所以制冷機(jī)的工作是不遵守?zé)崃W(xué)第二定律的d 從單一熱源吸收熱量使之全部變成有用的機(jī)械功是不可能的 15 標(biāo)準(zhǔn)解答 選b 對(duì)物體做功可使物體的內(nèi)能增加 溫度升高 如用打氣筒打氣時(shí)筒壁變熱 a錯(cuò)誤 提起隔板后 氣體向真空自由膨脹 不對(duì)外做功 w 0 且q 0 則內(nèi)能不變 溫度不變 仍為t b正確 在一定條件下 熱量可以由低溫物體傳到高溫物體 但引起了外界變化 c錯(cuò) 從單一熱源吸熱 并使之全部變成有用功也是可能的 只是會(huì)引起其他變化 d錯(cuò)誤 16 17 變式訓(xùn)練 根據(jù)熱力學(xué)第二定律 下列判斷正確的是 a 電流的能不可能全部變?yōu)閮?nèi)能b 在火力發(fā)電中 燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部變?yōu)殡娔躢 熱機(jī)中 燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部變?yōu)闄C(jī)械能d 在熱傳導(dǎo)中 熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體 18 解析 選b c d 根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知 凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程都具有方向性 電流的能可全部變?yōu)閮?nèi)能 而內(nèi)能不可能全部變成電流的能 所以a錯(cuò) 機(jī)械能可全部變?yōu)閮?nèi)能 而內(nèi)能不可能全部變成機(jī)械能而不引起其他變化 所以b c對(duì) 在熱傳導(dǎo)中 熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體 而不能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體 所以d對(duì) 19 20 21 22 典例2 下列關(guān)于熵的有關(guān)說(shuō)法錯(cuò)誤的是a 熵是系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)無(wú)序性的量度b 在自然過(guò)程中熵總是增加的c 熱力學(xué)第二定律也叫做熵減小原理d 熵值越大表示系統(tǒng)越無(wú)序 思路點(diǎn)撥 熵是反映系統(tǒng)無(wú)序程度的物理量 熵越大 無(wú)序程度越大 一個(gè)孤立的系統(tǒng)熵永遠(yuǎn)不會(huì)減小 23 自主解答 選c 根據(jù)熵的定義知a正確 從熵的意義上說(shuō) 系統(tǒng)自發(fā)變化時(shí)總是向著熵增加的方向發(fā)展 b正確 熱力學(xué)第二定律也叫熵增加原理 c錯(cuò)誤 熵越大 系統(tǒng)越混亂 無(wú)序程度越大 d正確 故選c 24 變式訓(xùn)練 關(guān)于熱力學(xué)第二定律的微觀本質(zhì) 下列說(shuō)法正確的是 a 大量分子無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)能夠自動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蜻\(yùn)動(dòng)b 熱傳遞的自然過(guò)程是大量分子從有序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向無(wú)序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過(guò)程c 熱傳遞的自然過(guò)程是大量分子從無(wú)序程度小的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向無(wú)序程度大的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過(guò)程d 一切自然過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性增大的方向進(jìn)行 25 解析 選b c d 從熱力學(xué)第二定律的微觀本質(zhì)看 一切不可逆過(guò)程總是沿著大量分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序程度增大的方向進(jìn)行 熱力學(xué)第二定律是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律 b c對(duì) 任何自然過(guò)程總是朝著無(wú)序程度增大的方向進(jìn)行 也就是熵增加的方向進(jìn)行 故d對(duì) 所以選b c d 26 27 典例3 關(guān)于第二類(lèi)永動(dòng)機(jī) 下列說(shuō)法中正確的是a 熱傳遞的過(guò)程是有方向性的b 第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成 因?yàn)樗`背能量守恒定律c 第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成 因?yàn)闄C(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過(guò)程具有方向性d 熱力學(xué)第二定律表明 所有的物理過(guò)程都具有方向性 思路點(diǎn)撥 第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)雖然沒(méi)有違背能量守恒定律 但違背了熱力學(xué)第二定律 28 標(biāo)準(zhǔn)解答 選a c 根據(jù)熱力學(xué)第二定律和實(shí)驗(yàn)事實(shí)都可以說(shuō)明 熱傳遞的過(guò)程是有方向性的 熱量可以從高溫物體自發(fā)地傳給低溫物體 卻不能由低溫物體自發(fā)地傳給高溫物體 所以選項(xiàng)a正確 第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)是一種熱機(jī) 它希望能夠從單一熱源吸熱且全部用來(lái)做有用功而不引起其他任何變化 這種設(shè)想并不違反能量守恒定 29 律 但違反熱力學(xué)第二定律 所以選項(xiàng)b錯(cuò)誤 選項(xiàng)c正確 熱力學(xué)第二定律指出了所有與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀物理過(guò)程都具有方向性 并不是所有的物理過(guò)程都具有方向性 因此選項(xiàng)d錯(cuò)誤 故選a c 30 變式訓(xùn)練 第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成 是因?yàn)?a 違背了熱力學(xué)第一定律b 熱量總是從高溫物體傳遞到低溫物體c 機(jī)械能不可能全部轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能d 內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 同時(shí)不引起其他變化 解析 選d 第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)設(shè)想雖然符合熱力學(xué)第一定律 但是違背了能量轉(zhuǎn)化中有些過(guò)程是不可逆的規(guī)律 所以不可能制成 故選d 31 1 下列說(shuō)法中 正確的是 a 一切形式的能量間的相互轉(zhuǎn)化都具有方向性b 熱量不可能由低溫物體傳給高溫物體c 氣體的擴(kuò)散過(guò)程具有方向性d 一切形式的能量間的相互轉(zhuǎn)化都不具有可逆性 解析 選c 熱力學(xué)第二定律反映的所有與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程都具有方向性 a d錯(cuò) 熱量不是不能從低溫物體傳給高溫物體 關(guān)鍵是能否還產(chǎn)生其他影響 b錯(cuò) 氣體擴(kuò)散過(guò)程具有方向性 c對(duì) 32 2 下面關(guān)于熵的理解正確的是 a 對(duì)于任何過(guò)程 熵總是增加的b 熵越大 就意味著系統(tǒng)越混亂 越分散c 氣體向真空擴(kuò)散時(shí) 熵值減小d 熵較大的宏觀態(tài)就是無(wú)序程度較大的宏觀態(tài) 33 解析 選b d 如果一個(gè)系統(tǒng)不孤立 系統(tǒng)的熵可能增加 也可能減小 所以a錯(cuò) 一個(gè)宏觀態(tài)所對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目越多 熵值就越大 而宏觀態(tài)所對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目越多 也就越無(wú)序 就是系統(tǒng)越混亂 越分散 所以b d都對(duì) 氣體向真空擴(kuò)散時(shí) 無(wú)序度增大 所以熵值增大 所以c錯(cuò) 34 3 下列過(guò)程中 可能發(fā)生的是 a 某工作物質(zhì)從高溫?zé)嵩次?0kj的熱量 全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 而沒(méi)有產(chǎn)生其他任何影響b 打開(kāi)一高壓密閉容器 其內(nèi)氣體自發(fā)溢出后又自發(fā)跑進(jìn)去 恢復(fù)原狀c 利用其他手段 使低溫物體溫度更低 高溫物體的溫度更高d 將兩瓶不同液體混合 然后它們又自發(fā)地各自分開(kāi) 35 解析 選c 根據(jù)熱力學(xué)第二定律 熱量不可能從低溫物體自發(fā)地傳遞給高溫物體 而不引起其他的變化 但通過(guò)一些物理手段是可以實(shí)現(xiàn)的 故c項(xiàng)正確 內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能不可能自發(fā)地進(jìn)行 要使內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能必定要引起其他影響 故a項(xiàng)錯(cuò) 氣體膨脹具有方向性 故b項(xiàng)錯(cuò) 擴(kuò)散現(xiàn)象也有方向性 d項(xiàng)也錯(cuò) 36 4 成語(yǔ) 覆水難收 指的是一盆水潑出后是不可能再回到盆中的 請(qǐng)從不同宏觀態(tài)所對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目不同這個(gè)角度 解釋為什么水不會(huì)自發(fā)地聚到盆中 37 解析 由于盆的形狀確定 水在盆中所處的宏觀態(tài)對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目少 較為有序 當(dāng)把水潑出后 它的形狀不受盆的限制 各種可能的形狀都有 此時(shí)所處的宏觀態(tài)對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目將變得非常多 較為無(wú)序 因?yàn)樽园l(fā)的過(guò)程總是從有序向著無(wú)序發(fā)展 所以水不會(huì)自發(fā)地聚到盆中 答案 見(jiàn)解析 38 一 選擇題 本大題共7小題 每小題5分 共35分 每小題至少一個(gè)選項(xiàng)符合題意 1 下列說(shuō)法中正確的是 a 熱量能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體b 熱量不能從低溫物體傳給高溫物體c 熱傳遞是有方向性的d 能量耗散說(shuō)明能量是不守恒的 39 解析 選a c 熱傳遞時(shí)能量自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體 而不能自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體 說(shuō)明熱傳遞有方向性 a c項(xiàng)正確 熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體 只是說(shuō)此過(guò)程不能 自發(fā)進(jìn)行 并不是說(shuō)這個(gè)過(guò)程就 不能進(jìn)行 在外界的幫助下 這個(gè)過(guò)程也可能實(shí)現(xiàn) 例如電冰箱的應(yīng)用 故b項(xiàng)錯(cuò) 能量耗散只是能量品質(zhì)的降低 可利用率減小 但能量總量保持不變 仍然是守恒的 所以d項(xiàng)錯(cuò)誤 40 2 關(guān)于熱力學(xué)第二定律 下列說(shuō)法正確的是 a 熱力學(xué)第二定律是通過(guò)實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的實(shí)驗(yàn)定律b 熱力學(xué)第二定律是通過(guò)大量自然現(xiàn)象的不可逆性總結(jié)出來(lái)的經(jīng)驗(yàn)定律c 熱力學(xué)第二定律是物理學(xué)家從理論推導(dǎo)得出來(lái)的結(jié)果d 由于熱力學(xué)第二定律沒(méi)有理論和實(shí)驗(yàn)的依據(jù) 因此沒(méi)有實(shí)際意義 41 解析 選b 熱力學(xué)第二定律是物理學(xué)家通過(guò)對(duì)大量自然現(xiàn)象的分析 又總結(jié)了生產(chǎn)和生活經(jīng)驗(yàn)得到的結(jié)論 是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)定律 它并不能通過(guò)理論和實(shí)驗(yàn)來(lái)證明 但它符合客觀事實(shí) 因此是正確的 a c錯(cuò) b對(duì) 它揭示了宏觀過(guò)程的方向性 使人們認(rèn)識(shí)到第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成 對(duì)我們認(rèn)識(shí)自然和利用自然有著重要的指導(dǎo)意義 42 3 2010 煙臺(tái)高二檢測(cè) 下列哪些現(xiàn)象能夠發(fā)生 并且不違背熱力學(xué)第二定律 a 一杯熱茶在打開(kāi)杯蓋后 茶會(huì)自動(dòng)變得更熱b 蒸汽機(jī)把蒸汽的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能c 桶中混濁的泥水在靜置一段時(shí)間后 泥沙下沉 上面的水變清 泥 水自動(dòng)分離d 電冰箱通電后把箱內(nèi)低溫物體的熱量傳到箱外高溫物體 43 解析 選c d a b都違背了熱力學(xué)第二定律 都不能發(fā)生 c中系統(tǒng)的勢(shì)能減少了 d中消耗了電能 所以不違背熱力學(xué)第二定律 均能發(fā)生 44 4 下列有關(guān)能的轉(zhuǎn)化的說(shuō)法中錯(cuò)誤的是 a 電動(dòng)機(jī)是將電能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置b 熱機(jī)是將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置c 若將所有的海水溫度都降低1 就能獲得巨大的能量d 雖然不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化 但不可能將已轉(zhuǎn)化成內(nèi)能的能量全部收集起來(lái)加以利用 45 解析 選a b c 電動(dòng)機(jī)內(nèi)線圈在電動(dòng)機(jī)工作時(shí)一定會(huì)產(chǎn)熱 a錯(cuò) 熱機(jī)效率不可能達(dá)到100 b錯(cuò) 由熱力學(xué)第二定律知 通過(guò)使海水降溫獲得大量能量是不可能的 c錯(cuò) d正確 46 5 一絕熱容器被隔板分成兩半 一半是真空 另一半是理想氣體 若把隔板抽出氣體將進(jìn)行自由膨脹 達(dá)到平衡后 則 a 溫度不變 熵增加b 溫度升高 熵增加c 溫度降低 熵增加d 溫度不變 熵不變 47 解析 選a 該過(guò)程是在真空中自由膨脹 不用克服外力做功 即不對(duì)外做功 此時(shí)w 0 又是絕熱過(guò)程q 0 由熱力學(xué)第一定律 u q w可知 u 0 即氣體內(nèi)能不變 所以溫度不變 由熱力學(xué)第二定律可知 自發(fā)的宏觀過(guò)程總是向著熵增大的方向發(fā)展 所以熵增加 48 6 關(guān)于熵的下列說(shuō)法中正確的是 a 熵越高 意味著系統(tǒng)越 混亂 和 分散 無(wú)序程度越高b 熵越低 意味著系統(tǒng)越 混亂 和 分散 無(wú)序程度越高c 熵越高 意味著系統(tǒng)越 整齊 和 集中 也就是越有序d 熵越低 意味著系統(tǒng)越 整齊 和 集中 也就是越有序 49 解析 選a d 由熵的定義 系統(tǒng)的熵高 表示無(wú)序程度大 顯得 混亂 和 分散 系統(tǒng)的熵低 表示無(wú)序程度小 顯得有序 整齊 和 集中 可知a d選項(xiàng)正確 50 7 如圖所示 兩個(gè)相通的容器p q間裝有閥門(mén)k p中充滿(mǎn)氣體 q內(nèi)為真空 整個(gè)系統(tǒng)與外界沒(méi)有熱交換 打開(kāi)閥門(mén)k后 p中的氣體進(jìn)入q中 最終達(dá)到平衡 則 a 氣體體積膨脹 內(nèi)能增加b 氣體分子勢(shì)能減少 內(nèi)能增加c 氣體分子勢(shì)能增加 壓強(qiáng)可能不變d q中氣體不可能自發(fā)地全部退回到p中 51 解析 選d 據(jù)熱力學(xué)第二定律 自然界涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性知 d項(xiàng)正確 容器內(nèi)氣體自由膨脹 氣體與外界之間不做功 也沒(méi)有熱交換 故氣體的內(nèi)能不變 氣體分子間作用力很弱 氣體體積變化時(shí) 氣體分子勢(shì)能可認(rèn)為不變 a b c項(xiàng)不正確 52 53 二 非選擇題 本大題共2小題 共15分 8 6分 根據(jù)你對(duì)熵增加原理的理解 舉出一些系統(tǒng)從有序變?yōu)闊o(wú)序的例子 54 解析 根據(jù)熵增加原理 自然界的一切自發(fā)過(guò)程 總是朝著熵增加的方向進(jìn)行 而熵是描述系統(tǒng)無(wú)序程度的物理量 熵越大 無(wú)序程度越高 所以 熵的增加就意味著系統(tǒng)無(wú)序程度的增加 這意味著 自然界的一切自發(fā)過(guò)程 總是朝著從有序向無(wú)序的方向轉(zhuǎn)化 如 燃料的燃燒 氣體的擴(kuò)散 一切生命體從產(chǎn)生到消亡 都經(jīng)歷了一個(gè)從有序到無(wú)序的發(fā)展過(guò)程 答案 見(jiàn)解析 55 9 2009 江蘇高考 9分 若一氣泡從湖底上升到湖面的過(guò)程中溫度保持不變 則在此過(guò)程中關(guān)于氣泡中的氣體 1 下列說(shuō)法中正確的是 填寫(xiě)選項(xiàng)前的字母 a 氣體分子間的作用力增大b 氣體分子的平均速率增大c 氣體分子的平均動(dòng)能減小d 氣體組成的系統(tǒng)的熵增加 56 2 若將氣泡內(nèi)的氣體視為理想氣體 氣泡從湖底上升到湖面的過(guò)程中 對(duì)外界做了0 6j的功 則此過(guò)程中氣泡 選填 吸收 或 放出 的熱量是 j 氣泡到達(dá)湖面后 溫度上升的過(guò)程中 又對(duì)外界做了0 1j的功 同時(shí)吸收了0 3j的熱量 則此過(guò)程中 氣泡內(nèi)氣體內(nèi)能增加了 j 57 3 已知?dú)馀輧?nèi)氣體的密度為1 29kg m3 平均摩爾質(zhì)量為0 029kg mol 阿伏伽德羅常數(shù)na 6 02 1023mol 1 取氣體分子的平均直徑為2 10 10m 若氣泡內(nèi)的氣體能完全變?yōu)橐后w 請(qǐng)估算液體體積與原來(lái)氣體體積的比值 結(jié)果保留一位有效數(shù)字 58 解析 1 對(duì)氣泡中的氣體 由于溫度不變 所以分子平均動(dòng)能不變 分子平均速率也不變 由于上升過(guò)程中壓強(qiáng)變小 體積變大 分子間的作用力變小 故a b c錯(cuò) 一個(gè)孤立的系統(tǒng)的自發(fā)變化過(guò)程熵永遠(yuǎn)不會(huì)減小 所以d正確 2 氣泡內(nèi)的氣體視為理想氣體 溫度不變 內(nèi)能不變 由熱力學(xué)第一定律 氣體對(duì)外做功 應(yīng)吸收熱量為0 6j 內(nèi)能增加 u 0 3j 0 1j 0 2j 59 3 設(shè)氣體體積為v0 液體體積為v1氣體分子數(shù) 或v1 nd3 則 或 解得 或2 10 4 答案 1 d 2 吸收0 60 2 3 1 10 4 或2 10 4 60 1 熱力學(xué)第二定律說(shuō)明了 a 高溫物體與低溫物體接觸時(shí) 熱量只能由高溫物體傳給低溫物體b 不管采用什么方法 熱量都不可由低溫物體傳給高溫物體c 自然界進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性d 能量不斷地減少 不守恒 解析 選c 熱量可從低溫物體傳到高溫物體 但要引起其他變化 如冰箱制冷 所以a b錯(cuò) 熱力學(xué)第二定律并不否定能量守恒 故d錯(cuò) 61 2 如圖所示為電冰箱的工作原理示意圖 壓縮機(jī)工作時(shí) 強(qiáng)迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán) 在蒸發(fā)器中制冷劑汽化吸收箱體內(nèi)的熱量 經(jīng)過(guò)冷凝器時(shí)制冷劑液化 放出熱量到箱體外 下列說(shuō)法正確的是 62 a 熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外b 電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界 是因?yàn)槠湎牧穗娔躢 電冰箱的工作原理不違反熱力學(xué)第一定律d 電冰箱的工作原理違反熱力學(xué)第一定律 解析 選b c 熱力學(xué)第一定律適用于所有的熱學(xué)過(guò)程 c正確 d錯(cuò)誤 由熱力學(xué)第二定律可知a錯(cuò)誤 b正確 63 3 如圖所示 汽缸內(nèi)盛有一定質(zhì)量的理想氣體 汽缸壁是導(dǎo)熱的 缸外環(huán)境保持恒溫 活塞與汽缸壁接