2020-2021物理3-3課時(shí)10.5-10.6 熱力學(xué)第二定律的微觀解釋 能源和可持續(xù)發(fā)展

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精2020-2021學(xué)年人教版物理選修3-3課時(shí)分層作業(yè)：10.5-10.6熱力學(xué)第二定律的微觀解釋能源和可持續(xù)發(fā)展課時(shí)分層作業(yè)(十六)（時(shí)間：40分鐘分值：100分)一、選擇題（本題共6小題，每小題6分)1．(多選）關(guān)于宏觀態(tài)與微觀態(tài)，下列說法正確的是（)A．同一系統(tǒng)，在不同“規(guī)則”下，其宏觀態(tài)可能不同B．宏觀態(tài)越有序，其對應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目就越多C．一個(gè)宏觀態(tài)往往對應(yīng)有多個(gè)微觀態(tài)，對應(yīng)的微觀態(tài)越多，這個(gè)宏觀態(tài)的無序度越大D．一個(gè)宏觀態(tài)可能是另一宏觀態(tài)對應(yīng)的微觀態(tài)ACD[宏觀態(tài)越有序，其對應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目就越少．］2．(多選）下列對能量耗散理解正確的是()A．能量耗散說明能量在不斷減少B．能量耗散遵守能量守恒定律C．能量耗散說明能量不能憑空產(chǎn)生，但可以憑空消失D．能量耗散從能量角度反映出自然界的宏觀自發(fā)過程具有方向性BD[在發(fā)生能量轉(zhuǎn)化的宏觀過程中，其他形式的能量最終轉(zhuǎn)化為流散到周圍環(huán)境的內(nèi)能,無法再回收利用,這種現(xiàn)象叫能量耗散．能量耗散并不違反能量守恒定律，宇宙中的能量既沒有減少，也沒有消失，它從能量角度反映出自然界中與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自發(fā)過程具有方向性，故A、C錯(cuò)誤,B、D正確．]3．下列說法正確的是（)A．能量耗散說明能量在不斷減少B．能量耗散從能量轉(zhuǎn)化角度反映出自然界的宏觀過程具有方向性C．熱量不可能從低溫物體傳給高溫物體D．根據(jù)熱力學(xué)第二定律，在火力發(fā)電機(jī)中，燃?xì)獾膬?nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為電能B[能量耗散是指能量的可利用率越來越低,由于能量守恒，故能量不會(huì)減少，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)定律可知，與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程有其方向性，能量耗散就是從能量的角度反映了這種方向性，選項(xiàng)B正確;根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有方向性,熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體,但可以借助其他辦法實(shí)現(xiàn)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；火力發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí)，能量轉(zhuǎn)化的過程為化學(xué)能—內(nèi)能—機(jī)械能—電能，因?yàn)閮?nèi)能—機(jī)械能的轉(zhuǎn)化過程中會(huì)對外放出熱量，故燃?xì)獾膬?nèi)能必然不能全部變?yōu)殡娔?，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．］4．（多選)從微觀角度看，下列說法正確的是（)A．一個(gè)非孤立系統(tǒng)可能從熵大的狀態(tài)向熵小的狀態(tài)發(fā)展B．一個(gè)非孤立的系統(tǒng)總是從熵小的狀態(tài)向熵大的狀態(tài)發(fā)展C．一個(gè)宏觀狀態(tài)所對應(yīng)的微觀狀越多，越是無序，熵值越大D．出現(xiàn)概率越小的宏觀狀態(tài)熵值越大E．出現(xiàn)概率越大的宏觀狀態(tài)，熵值越大ACE[一切自然過程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)無序性增大的方向進(jìn)行的．熵是描述系統(tǒng)大量分子運(yùn)動(dòng)無序性程度的．在任何自然過程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)減小，也就是說，一個(gè)孤立系統(tǒng)總是從熵小的狀態(tài)向熵大的狀態(tài)發(fā)展．反映了一個(gè)孤立系統(tǒng)的自然過程會(huì)沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無序性增大的方向進(jìn)行．對于一個(gè)非孤立的系統(tǒng)，在與外界有能量交換時(shí)其熵也有可能變小,故B、D錯(cuò)誤，A、C、E正確．］5．（多選)下列說法中正確的是（)A．機(jī)械能和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化是不可逆的B．氣體向真空的自由膨脹是不可逆的C．如果一個(gè)“宏觀態(tài)"對應(yīng)的“微觀態(tài)”比較多，就說明這個(gè)“宏觀態(tài)”是比較有序的D．如果一個(gè)“宏觀態(tài)”對應(yīng)的“微觀態(tài)”比較多,就說明這個(gè)“宏觀態(tài)”是比較無序的E．無序意味著各處一樣，平均、沒有差別BDE［熱現(xiàn)象的宏觀過程都是不可逆的，故A錯(cuò)、B對;微觀態(tài)越多越無序,因?yàn)闊o序是各處都一樣,平均沒有差別，故D、E正確，C錯(cuò)誤．］6．(多選)煤、石油、天然氣作為能源的共同特點(diǎn)的下列說法正確的是（）A．可再生能源，取之不盡，用之不竭B．不可再生能源，用一點(diǎn)，少一點(diǎn)C．來自太陽輻射的能量D．污染環(huán)境的能源E．正在開發(fā)的新能源BCD［煤、石油、天然氣是不可再生、污染環(huán)境的能源,它是由動(dòng)、植物轉(zhuǎn)化而來的,其來源可追溯到太陽能，故B、C、D正確．]二、非選擇題(14分)7．某地的平均風(fēng)速為5m/s，已知空氣密度是1.2kg/m3,有一風(fēng)車，它的車葉轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可形成半徑為12m的圓面，如果這個(gè)風(fēng)車能將此圓內(nèi)10％的氣流的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，則該風(fēng)車帶動(dòng)的發(fā)電機(jī)功率是多大？［解析]首先可以求出在時(shí)間t內(nèi)作用于風(fēng)車的氣流質(zhì)量為m＝πr2vtρ，這些氣流的動(dòng)能為Ek＝eq\f（1，2)mv2故風(fēng)車帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的功率為P＝eq\f（10％Ek,t）＝eq\f(1,2)πr2ρv3×10％代入數(shù)據(jù)以后得P＝3。4kW.［答案］3。4kW一、選擇題（本題共4小題，每小題6分)1．（多選）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)化為機(jī)械能C．桶中渾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E．空調(diào)機(jī)在制冷過程中，從室內(nèi)吸收的熱量少于向室外放出的熱量CDE[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，故D正確；不可能從單一熱源吸收熱量使之完全變?yōu)楣?，而不產(chǎn)生其他影響，故E正確．]2．(多選)對氣體向真空中擴(kuò)散的規(guī)律，下列說法中正確的是()A．氣體分子數(shù)越少,擴(kuò)散到真空中的分子全部回到原狀態(tài)的可能性越大B．氣體分子數(shù)越多，擴(kuò)散到真空中的分子全部回到原狀態(tài)的可能性越大C．?dāng)U散到真空中的分子數(shù)在整個(gè)容器中分布越均勻，其宏觀態(tài)對應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目越大D．?dāng)U散到真空中的分子數(shù)在整個(gè)容器中分布越不均勻,其宏觀態(tài)對應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目越大E．氣體向真空中擴(kuò)散時(shí)，總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無序性增大的方向進(jìn)行ACE[氣體分子數(shù)越多，其宏觀態(tài)對應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目越多，無序性越大，故回到原狀態(tài)的可能性越小,故A、C、E對，B、D錯(cuò)．]3．(多選）對于一定質(zhì)量的理想氣體，下列說法正確的是(）A．溫度升高，分子的平均動(dòng)能增大，每次碰撞對容器壁的作用力增大，但壓強(qiáng)不一定增大B．體積減小，單位體積內(nèi)的分子數(shù)增多，氣體的內(nèi)能一定增大C．絕熱壓縮一定質(zhì)量的理想氣體時(shí)，外界對氣體做功，內(nèi)能增加,壓強(qiáng)一定增大D．一定質(zhì)量的理想氣體向真空自由膨脹時(shí)，體積增大，熵減小E．在等溫膨脹中一定從外界吸熱ACE［對于一定質(zhì)量的理想氣體，由eq\f（pV，T）＝C知,溫度升高，如果氣體體積增大，壓強(qiáng)不一定增大，A對；體積減小，單位體積內(nèi)的分子數(shù)增多，如果對外放熱,氣體的內(nèi)能可能減小，B錯(cuò)；孤立系統(tǒng)總是從熵小的狀態(tài)向熵大的狀態(tài)發(fā)展，D錯(cuò)，C對；氣體在等溫膨脹中，對外界做功，而內(nèi)能不變，則一定吸熱，故E對．]4．(多選）用隔板將一絕熱容器隔成A和B兩部分，A中盛有一定質(zhì)量的理想氣體,B為真空(如圖甲)．現(xiàn)把隔板抽去，A中的氣體自動(dòng)充滿整個(gè)容器（如圖乙)，這個(gè)過程稱為氣體的自由膨脹．下列說法正確的是()甲乙A．自由膨脹過程中，氣體分子只做定向運(yùn)動(dòng)B．自由膨脹后，氣體的壓強(qiáng)減小C．自由膨脹前后，氣體的溫度不變D．容器中的氣體在足夠長的時(shí)間內(nèi)，能全部自動(dòng)回到A部分E．自由膨脹過程中,氣體不做功BCE[氣體向真空膨脹，不對外做功，在充滿整個(gè)容器過程中也沒有熱交換，根據(jù)熱力學(xué)第一定律知內(nèi)能不變,溫度不變，C正確；氣體膨脹后體積增大，溫度不變，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可知?dú)怏w壓強(qiáng)減小，B正確；自然過程是大量分子從有序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向無序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程,但其逆過程卻不能自動(dòng)地進(jìn)行,A、D錯(cuò)誤；自由膨脹過程中由于不受阻力，因此氣體不做功，E對．］二、非選擇題（本題共2小題,共26分)5．（12分）設(shè)計(jì)在風(fēng)力資源豐富的甘肅河西走廊西端的玉門建一個(gè)大型風(fēng)力發(fā)電場，其單機(jī)的額定功率為600kW。通過實(shí)驗(yàn)測得風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率與風(fēng)速的關(guān)系曲線如圖所示．從圖示資料可知：當(dāng)平均風(fēng)速大于______m/s時(shí)就可以發(fā)電，當(dāng)平均風(fēng)速達(dá)到______m/s時(shí)達(dá)到額定功率．氣象資料顯示：河西走廊常年平均風(fēng)速為v＝12m/s，則一臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的年發(fā)電量約為______kW·h.[解析]由題圖可知，橫坐標(biāo)為風(fēng)速、縱坐標(biāo)為功率，起點(diǎn)處縱坐標(biāo)為零,橫坐標(biāo)在2～3之間，所以當(dāng)平均風(fēng)速大于2m/s時(shí)，就有電功率輸出，就能發(fā)電．再由圖線可知，在風(fēng)速達(dá)到14m/s時(shí)，電功率穩(wěn)定，所以此時(shí)達(dá)到額定功率．風(fēng)速v＝12m/s時(shí)，對應(yīng)電功率為530kW，應(yīng)用W＝Pt公式，將數(shù)據(jù)代入求解整理可得W＝4.64×106kW·h。[答案］2144.64×1066．（14分)能源問題是當(dāng)前熱門話題，傳統(tǒng)的能源——煤和石油，由于儲(chǔ)量有限，有朝一日要被開采完，同時(shí)在使用過程中也會(huì)帶來污染，尋找新的、無污染的能源是人們努力的方向,利用潮汐發(fā)電即為一例．如圖表示的是利用潮汐發(fā)電，左方為陸地和海灣，中間為大壩；其下有通道，水經(jīng)通道可帶動(dòng)發(fā)電機(jī)．漲潮時(shí)，水進(jìn)入海灣，待內(nèi)外水面高度相同時(shí)，堵住通道,如圖甲．潮落至最低點(diǎn)時(shí)放水發(fā)電，如圖乙．待內(nèi)外水面高度相同時(shí)，再堵住通道，直到下次漲潮至最高點(diǎn)，又進(jìn)水發(fā)電，如圖丙．設(shè)海灣面積為5。0×107m2,高潮與低潮間高度差為3。0m，則一天內(nèi)流水的平均功率為____MW.[解析］潮汐發(fā)電其實(shí)質(zhì)就是將海水的重力勢能轉(zhuǎn)化為電能．每次漲潮時(shí)流進(jìn)海灣(落潮時(shí)流出海灣)的海水的重力為mg＝ρShg＝1.0×103×5。0×107×3×10N＝1。