2019-2020學(xué)年高中物理 第5章 熱力學(xué)定律 第3節(jié) 熱力學(xué)第二定律 第4節(jié) 熵——無(wú)序程度的量度隨堂演練鞏固提升 魯科版選修3-3

1 第第 3 3 節(jié)節(jié) 熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律 第第 4 4 節(jié)節(jié) 熵熵 無(wú)序程度的量度無(wú)序程度的量度 隨堂檢測(cè) 1 關(guān)于熱力學(xué)定律和分子動(dòng)理論 下列說(shuō)法正確的是 a 一定量氣體吸收熱量 其內(nèi)能一定增大 b 若兩分子間距離減小 分子間引力和斥力都減小 c 若兩分子間距離增大 分子勢(shì)能一定增大 d 若兩分子間距離減小 分子間引力和斥力都增大 解析 選 d 根據(jù)熱力學(xué)第一定律 a 錯(cuò) 當(dāng)r r0時(shí) 兩分子間作用力表現(xiàn)為斥力 距 離增大 分子力做正功 分子勢(shì)能減小 c 錯(cuò) 由分子力的特點(diǎn)知 b 錯(cuò) d 對(duì) 2 多選 關(guān)于一定量的氣體 下列敘述正確的是 a 氣體吸收的熱量可以完全轉(zhuǎn)化為功 b 氣體體積增大時(shí) 其內(nèi)能一定減少 c 氣體從外界吸收熱量 其內(nèi)能可能增加 d 外界對(duì)氣體做功 氣體內(nèi)能可能減少 解析 選 acd 由熱力學(xué)第二定律知 熱量可以完全轉(zhuǎn)化為功 但要引起其他變化 a 選項(xiàng)對(duì) 由熱力學(xué)第一定律 u w q知 改變物體內(nèi)能的兩種方式是做功和熱傳遞 b 項(xiàng)只說(shuō)明氣體對(duì)外做功 沒(méi)有考慮熱傳遞 故 b 選項(xiàng)錯(cuò) c d 選項(xiàng)對(duì) 3 多選 下列說(shuō)法正確的是 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`反能量守恒定律 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 解析 選 ac 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 2 4 多選 下列說(shuō)法中不正確的是 a 在任何自然過(guò)程中 一切參與者的總能量和總熵保持不變 b 熵?zé)o處不在 是系統(tǒng)有序程度的量度 c 一切不可逆過(guò)程在熵增加的同時(shí) 總是伴隨著能量退降 d 由熱力學(xué)第二定律可知 自然界的能量品質(zhì)正在退化 可利用的能量越來(lái)越少 解析 選 ab 在任何自然過(guò)程中由能量守恒可知 一切參與者的總能量保持不變 由 熵增加原理知熵增加 故 a 錯(cuò)誤 熱力學(xué)系統(tǒng)的每一個(gè)過(guò)程 都有一個(gè)熵值 它是用來(lái)量 度系統(tǒng)無(wú)序程度的物理量 故 b 錯(cuò)誤 熵增加的同時(shí) 一切不可逆過(guò)程總是使能量逐漸喪 失做功的本領(lǐng) 從可用狀態(tài)轉(zhuǎn)化為不可用狀態(tài) 使可利用能量越來(lái)越少 故 c d 正確 5 熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文表述指出 內(nèi)能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)化具有方向性 請(qǐng)結(jié)合熵的 變化加以解釋 解析 機(jī)械運(yùn)動(dòng)是宏觀情況下物體在空間位置上的變化 物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化完全遵 循牛頓運(yùn)動(dòng)定律所反映的因果關(guān)系 這是一種有序的運(yùn)動(dòng) 熱運(yùn)動(dòng)是大量分子的無(wú)規(guī)則運(yùn) 動(dòng) 系統(tǒng)的一個(gè)宏觀狀態(tài)包含著大量的微觀狀態(tài) 這是一種無(wú)序的運(yùn)動(dòng) 機(jī)械運(yùn)動(dòng)向熱運(yùn) 動(dòng)的轉(zhuǎn)化 屬于從有序向無(wú)序的轉(zhuǎn)化 會(huì)導(dǎo)致熵的增加 符合熱力學(xué)的規(guī)律 因此機(jī)械能 可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 反之 熱運(yùn)動(dòng)向機(jī)械運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)化 屬于從無(wú)序向有序的轉(zhuǎn)化 即從 高熵向低熵的轉(zhuǎn)化 不符合熵增加原理 因此內(nèi)能不可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而不引起其他 變化 答案 見(jiàn)解析 課時(shí)作業(yè) 一 單項(xiàng)選擇題 1 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 解析 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 2 關(guān)于永動(dòng)機(jī)和熱力學(xué)定律的討論 下列敘述正確的是 3 a 第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)違背能量守恒定律 b 物體對(duì)外界做功 其內(nèi)能一定減少 c 外界對(duì)物體做功 則物體的內(nèi)能一定增加 d 做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能 但從能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的觀點(diǎn)來(lái)看這兩種改變 方式是有區(qū)別的 解析 選 d 第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)是指從單一熱源吸收熱量全部用來(lái)做功的機(jī)器 它并不違背 能量守恒定律 內(nèi)能的改變要看做功和熱傳遞 只知熱傳遞情況或者做功情況 都無(wú)法判 斷物體內(nèi)能的變化 做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能 但改變方式是不同的 做功是 能量的轉(zhuǎn)化 而熱傳遞是能量的轉(zhuǎn)移 3 熱力學(xué)第二定律使人們認(rèn)識(shí)到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程 a 都具有方向性 b 只有部分具有方向性 c 沒(méi)有方向性 d 無(wú)法確定 解析 選 a 自然界中涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性 例如 熱傳導(dǎo) 氣體自由 膨脹等 4 關(guān)于熱力學(xué)定律 下列說(shuō)法正確的是 a 在一定條件下物體的溫度可以降到 0 k b 物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功 c 放出了熱量的物體 其內(nèi)能一定減小 d 壓縮氣體總能使氣體的溫度升高 解析 選 b 熱力學(xué)零度 即我們所說(shuō)的 273 15 這個(gè)溫度只能無(wú)限接近而不能 達(dá)到 a 錯(cuò)誤 由熱力學(xué)第二定律知 物體不可能從單一熱源吸收熱量全部用來(lái)做功而不 引起其他變化 換句話說(shuō) 在引起其他變化的情況下 物體可以從單一熱源吸收熱量全部 用來(lái)做功 所以 b 正確 根據(jù)熱力學(xué)第一定律 u w q知 改變物體內(nèi)能的方式是做 功和熱傳遞 所以物體放出了熱量其內(nèi)能不一定減小或?qū)ξ矬w做功其內(nèi)能不一定增加 故 c d 錯(cuò)誤 5 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)能減小 內(nèi)能增加 4 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 解析 選 d 氣體自由膨脹 不做功 又因?yàn)榻^熱 由熱力學(xué)第一定律可知內(nèi)能不變 a b 錯(cuò) 氣體體積膨脹 壓強(qiáng)減小 c 錯(cuò) 由熱力學(xué)第二定律可知 d 對(duì) 6 圖中汽缸內(nèi)盛有定量的理想氣體 汽缸壁是導(dǎo)熱的 缸外環(huán)境保持 恒溫 活塞與汽缸壁的接觸是光滑的 但不漏氣 現(xiàn)將活塞桿緩慢向右移 動(dòng) 這樣氣體將等溫膨脹并通過(guò)桿對(duì)外做功 若已知理想氣體的內(nèi)能只與 溫度有關(guān) 則下列說(shuō)法正確的是 a 氣體是從單一熱源吸熱 全部用來(lái)對(duì)外做功 此過(guò)程違反熱力學(xué)第二定律 b 氣體是從單一熱源吸熱 但并未全部用來(lái)對(duì)外做功 此過(guò)程不違反熱力學(xué)第二定律 c 氣體是從單一熱源吸熱 全部用來(lái)對(duì)外做功 此過(guò)程不違反熱力學(xué)第二定律 d 以上三種說(shuō)法都不對(duì) 解析 選 c 由于氣體始終通過(guò)汽缸與外界接觸 外界溫度不變 活塞桿與外界連接并 使其緩慢地向右移動(dòng)的過(guò)程中 有足夠時(shí)間進(jìn)行熱交換 所以汽缸內(nèi)的氣體溫度也不變 要保持其內(nèi)能不變 該過(guò)程氣體是從單一熱源即外部環(huán)境吸收熱量 即全部用來(lái)對(duì)外做功 才能保證內(nèi)能不變 但此過(guò)程不違反熱力學(xué)第二定律 此過(guò)程由外力對(duì)活塞做功來(lái)維持 如果沒(méi)有外力f對(duì)活塞做功 此過(guò)程不可能發(fā)生 二 多項(xiàng)選擇題 7 下列說(shuō)法中正確的是 a 系統(tǒng)經(jīng)可逆絕熱過(guò)程后熵不變 b 系統(tǒng)經(jīng)可逆絕熱過(guò)程后熵減少 c 系統(tǒng)經(jīng)不可逆絕熱過(guò)程后熵增加 d 系統(tǒng)經(jīng)不可逆絕熱過(guò)程后熵減少 解析 選 ac 由熵增加原理 一切不可逆過(guò)程必然朝著熵增加的方向進(jìn)行 故 c 正確 d 錯(cuò)誤 系統(tǒng)經(jīng)可逆絕熱過(guò)程后 分子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序程度不變 熵不變 故 a 正確 b 錯(cuò) 誤 8 根據(jù)熱力學(xué)第二定律 下列說(shuō)法正確的是 a 熱機(jī)中燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部變成機(jī)械能 b 電能不可能全部轉(zhuǎn)變成內(nèi)能 c 在火力發(fā)電機(jī)中 燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部轉(zhuǎn)變成電能 5 d 在傳熱中 熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體 解析 選 acd 凡是與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀熱現(xiàn)象都具有方向性 無(wú)論采用任何設(shè)備和手 段進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化 總是遵循 機(jī)械能可全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 而內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 故 a 正確 火力發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí) 能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程為內(nèi)能 機(jī)械能 電能 因?yàn)閮?nèi)能 機(jī)械 能的轉(zhuǎn)化過(guò)程中會(huì)對(duì)外放出熱量 故燃?xì)獾膬?nèi)能必然不能全部變?yōu)殡娔?c 正確 熱量從 低溫物體傳遞到高溫物體不能自發(fā)進(jìn)行 必須借助外界的幫助 結(jié)果會(huì)帶來(lái)其他影響 這 正是熱力學(xué)第二定律第一種 克氏 表述的主要思想 故 d 正確 由電流熱效應(yīng)中的焦耳定 律可知 電能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 故 b 錯(cuò)誤 9 如圖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 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?c 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 bc 熱量不可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外 a 錯(cuò)誤 冰箱是通過(guò)壓縮機(jī)消耗 了電能而實(shí)現(xiàn)制冷的 b 正確 電冰箱的工作原理不違反熱力學(xué)第一定律 總能量是守恒 的 c 正確 d 錯(cuò)誤 10 古詩(shī)詞中說(shuō) 高處不勝寒 大氣的溫度隨高度遞減 通常每升高 100 米 氣溫 降低 1 海水正好相反 深度越大水溫越低 我國(guó)北方海域 夏季表層海水溫度可達(dá) 30 40 50 米深處 水溫便降到 10 以下 溫差達(dá) 20 東海黑潮流經(jīng)的海面 表層水 溫常年保持在 25 左右 而 800 米深處 水溫則常年低于 5 溫差也有 20 海洋表 層水溫與稍深處水溫的明顯差別蘊(yùn)含著巨大的熱能 利用海水的溫差可以把熱能轉(zhuǎn)換成電 能供人利用 溫差發(fā)電的基本原理就是借助一種工作介質(zhì) 使表層海水中的熱能向深層冷 水中轉(zhuǎn)移 從而做功發(fā)電 例如使用低沸點(diǎn)的二氧化硫 氨或氟利昂做介質(zhì) 在表層溫水 熱力作用下汽化 沸騰 吹動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電 再利用深層冷水把工作介質(zhì)凝結(jié)成液態(tài) 如此 循環(huán)不息 保持發(fā)電機(jī)運(yùn)行 關(guān)于溫差發(fā)電的下列說(shuō)法正確的是 a 不違反能量守恒定律 b 不違反熱力學(xué)第二定律 6 c 經(jīng)過(guò)科學(xué)家和工程師們的努力 溫差發(fā)電的效率將會(huì)達(dá)到 100 d 溫差發(fā)電是沒(méi)有污染的 解析 選 abd 溫差發(fā)電利用了溫水汽化后在冷水中凝結(jié)的過(guò)程 推動(dòng)了發(fā)電機(jī)運(yùn)行 并不違反能量守恒定律和熱力學(xué)第二定律 a b 項(xiàng)正確 溫差發(fā)電的過(guò)程 必然會(huì)存在能 量的耗散 因而效率不可能達(dá)到 100 c 項(xiàng)錯(cuò)誤 溫差發(fā)電是一種潔凈的發(fā)電方式 受到 各國(guó)普遍重視 我國(guó)的溫差發(fā)電目前正處于研究試驗(yàn)階段 d 項(xiàng)正確 三 非選擇題 11 成語(yǔ) 覆水難收 指一盆水潑出后是不可能再回到盆中的 請(qǐng)結(jié)合熵的變化解釋 為什么水不會(huì)自發(fā)地聚到盆中 解析 由于盆的形狀確定 水在盆中時(shí) 空間位置和所占據(jù)的空間的體積一定 顯得 有序 整齊 和 集中 系統(tǒng)的熵低 當(dāng)把水潑出后 它的形狀不再受盆的限制 各 種可能的形狀都有 占據(jù)的空間體積和所處的位置都有多種可能 顯得 混亂 分散 較為 無(wú)序 系統(tǒng)的熵高 水潑出的過(guò)程屬于從有序向無(wú)序的轉(zhuǎn)化過(guò)程 導(dǎo)致熵的增加 符合熵增加原理 反之 水聚到盆中的過(guò)程 屬于從無(wú)序向有序的轉(zhuǎn)化 即從高熵向低熵 轉(zhuǎn)化 不符合熵增