2024-2025學(xué)年高中物理第10章熱力學(xué)定律第45節(jié)熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律的微觀解釋課后練習(xí)含解析新人教版選修3-3

PAGE5-熱力學(xué)其次定律熱力學(xué)其次定律的微觀說明基礎(chǔ)夯實(shí)一、選擇題(1～3題為單選題，4、5題為多選題)1．其次類永動(dòng)機(jī)不行能制成，是因?yàn)?D)A．違反了能量的守恒定律B．熱量總是從高溫物體傳遞到低溫物體C．機(jī)械能不能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能D．內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，同時(shí)不引起其他變更解析：其次類永動(dòng)機(jī)的設(shè)想并不違反能量守恒定律，但卻違反了涉及熱量的能量轉(zhuǎn)化過程是有方向性的規(guī)律。故選項(xiàng)A錯(cuò)；在引起其他變更的狀況下，熱量可由低溫物體非自發(fā)地傳遞到高溫物體。故B錯(cuò)；機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，C錯(cuò)誤，D正確。2．我們絕不會(huì)看到：一個(gè)放在水平地面上的物體，靠降低溫度，可以把內(nèi)能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，使這個(gè)物體運(yùn)動(dòng)起來。其緣由是(C)A．這違反了能量守恒定律B．在任何條件下內(nèi)能都不行能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，只有機(jī)械能才會(huì)轉(zhuǎn)化為內(nèi)能C．機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性，內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能是有條件的D．以上說法均不正確解析：機(jī)械能和內(nèi)能可以相互轉(zhuǎn)化，但必需通過做功來實(shí)現(xiàn)。由熱力學(xué)其次定律可知，內(nèi)能不行能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，同時(shí)不引起其他變更。3．下列說法正確的是(C)A．熱力學(xué)其次定律否定了以特別方式利用能量的可能性B．電流流過導(dǎo)體轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，反過來，可將內(nèi)能收集起來，再轉(zhuǎn)化成相同大小的電流C．可以做成一種熱機(jī)，由熱源吸取肯定的熱量而對(duì)外做功D．冰可以熔化成水，水也可以結(jié)成冰，這個(gè)現(xiàn)象違反了熱力學(xué)其次定律解析：熱力學(xué)其次定律說明白一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都是有方向性的，但并沒有否定以特別方式利用能量的可能性，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；功和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化具有方向性，其逆過程是不行能自發(fā)實(shí)現(xiàn)的，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；只要不要求汲取的熱量全部用來做功而不產(chǎn)生其他影響，可以做成一種熱機(jī)，由熱源吸取肯定熱量而對(duì)外做功，故C項(xiàng)正確；冰熔化成水，水結(jié)成冰，伴隨著能量的轉(zhuǎn)移，不是自發(fā)進(jìn)行的，沒有違反熱力學(xué)其次定律，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。4．下面關(guān)于熵的說法正確的是(ACD)A．熵是物體內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)無序程度的量度B．在孤立系統(tǒng)中，一個(gè)自發(fā)的過程熵總是向削減的方向進(jìn)行C．熱力學(xué)其次定律的微觀實(shí)質(zhì)是熵是增加的D．熵值越大，代表系統(tǒng)分子運(yùn)動(dòng)越無序解析：熵是物體內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)無序程度的量度，熵越大則物體內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)無序程度越大，A正確，在孤立系統(tǒng)中，一個(gè)自發(fā)的過程熵總是向增加的方向進(jìn)行，B錯(cuò)誤；熱力學(xué)其次定律的微觀實(shí)質(zhì)是熵是增加的，C正確；熵值越大，代表系統(tǒng)分子運(yùn)動(dòng)越無序，D正確。5．倒一杯熱水，然后加入適量的糖后，糖會(huì)全部溶于水中，但一段時(shí)間后又視察到杯底部有糖結(jié)晶，關(guān)于這個(gè)過程下列敘述正確的是(BD)A．溶解過程是自發(fā)的，結(jié)晶過程也是自發(fā)的，因此熱力學(xué)其次定律是錯(cuò)誤的B．溶解過程是有序向無序轉(zhuǎn)變的過程C．結(jié)晶過程是有序向無序轉(zhuǎn)變的過程D．結(jié)晶過程不是自發(fā)的，因?yàn)橛型饨绲挠绊懡馕觯喝芙膺^程是自發(fā)的，是由有序向無序轉(zhuǎn)變的過程；結(jié)晶過程不是自發(fā)的，通常是由于水溫降低或水的蒸發(fā)引起，是由無序向有序的轉(zhuǎn)變過程，故選項(xiàng)B、D正確，選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤。二、非選擇題6．熱力學(xué)其次定律常見的表述有以下兩種：第一種表述：不行能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變更；其次種表述；不行能從單一熱源汲取熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變更。(a)是依據(jù)熱力學(xué)其次定律的第一種表述畫出的示意圖；外界對(duì)制冷機(jī)做功，使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體。請(qǐng)你依據(jù)其次種表述完成示意圖(b)。依據(jù)你的理解，熱力學(xué)其次定律的實(shí)質(zhì)是_一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性__。答案：如圖所示，7．一盆水在寒冷的天氣中放在戶外就要結(jié)冰，液態(tài)水的分子無序度比冰高。那么，結(jié)冰的過程違反熵增加原理嗎？為什么？答案：液體的水比冰的無序度大，但我們看孤立系統(tǒng)的熵，而不是看個(gè)別不孤立的物體。一盆水在寒冷的天氣中并不是孤立系統(tǒng)，因?yàn)樗c外界大氣有能量交換。熵增加原理是指的孤立遵守能量守恒的系統(tǒng)。本說法中，水與大氣為一個(gè)孤立系統(tǒng)，水結(jié)冰時(shí)放熱，使四周大氣、地面、分子內(nèi)能增加，無序度增加，系統(tǒng)總熵值是增加的，并不違反該原理。8．制冷機(jī)是一種利用工作物質(zhì)，使熱量從低溫物體傳到高溫物體的裝置，通過制冷機(jī)的工作可以使肯定空間內(nèi)的物體溫度低于環(huán)境溫度并維持低溫狀態(tài)。夏天，將房間一臺(tái)正在工作的電冰箱的門打開，試分析這是否可以降低室內(nèi)的平均溫度？為什么？答案：不會(huì)降低室內(nèi)的平均溫度。若將一臺(tái)正在工作的電冰箱的門打開，盡管可以不斷向室內(nèi)釋放冷氣，但同時(shí)冰箱的箱體向室內(nèi)散熱，就整個(gè)房間來說，由于外界通過導(dǎo)線不斷有能量輸入，室內(nèi)的溫度會(huì)不斷上升。實(shí)力提升一、選擇題(1～2題為單選題，3～5題為多選題)1．(2024·廣西省柳州市高二下學(xué)期段考)下列說法正確的是(D)A．熱量不能由低溫物體傳遞到高溫物體B．外界對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能必定增加C．其次類永動(dòng)機(jī)不行能制成，是因?yàn)檫`反了能量守恒定律D．不行能從單一熱源汲取熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變更解析：依據(jù)熱力學(xué)其次定律，熱量不能自發(fā)地由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變更。在發(fā)生其他變更的前提下，熱量可以由低溫物體傳遞到高溫物體。例如電冰箱制冷時(shí)，壓縮機(jī)工作，消耗了電能，同時(shí)熱量由冰箱內(nèi)的低溫物體傳遞到冰箱外的高溫物體，所以A錯(cuò)；外界對(duì)物體做功的同時(shí)，物體可能放熱，物體的內(nèi)能不肯定增加，所以B錯(cuò)；其次類永動(dòng)機(jī)的效率為100%，并不違反能量守恒定律，但它違反了熱力學(xué)其次定律中熱機(jī)效率必小于1的表述，因此它不行能制成，所以C錯(cuò)；而D選項(xiàng)中的表述就是熱力學(xué)其次定律的一種表述形式，所以D正確。2．下列宏觀過程不能用熱力學(xué)其次定律說明的是(A)A．大米和小米混合后小米能自發(fā)地填充到大米空隙中而經(jīng)過一段時(shí)間大米、小米不會(huì)自動(dòng)分開B．將一滴紅墨水滴入一杯清水中，會(huì)勻稱擴(kuò)散到整杯水中，經(jīng)過一段時(shí)間，墨水和清水不會(huì)自動(dòng)分開C．冬季的夜晚，放在室外的物體隨氣溫的降低，不會(huì)由內(nèi)能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而動(dòng)起來D．隨著節(jié)能減排措施的不斷完善，最終也不會(huì)使汽車熱機(jī)的效率達(dá)到100%解析：熱力學(xué)其次定律反映的是與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程的方向性的規(guī)律，A不屬于熱現(xiàn)象。3．(2024·江西省南昌二中高二下學(xué)期檢測(cè))關(guān)于永動(dòng)機(jī)和熱力學(xué)定律的探討，下列敘述正確的是(CD)A．其次類永動(dòng)機(jī)違反能量守恒定律B．一切自發(fā)的過程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無序性減小的方向進(jìn)行C．利用淺層海水和深層海水之間的溫度差制造一種熱機(jī)，將海水的一部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能是可能的D．用活塞壓縮氣缸里的氣體，對(duì)氣體做了2.0×105J的功，若氣體向外界放出0.5×105J的熱量，則氣體內(nèi)能增加了1.5×105J解析：其次類永動(dòng)機(jī)違反熱力學(xué)其次定律，但并不違反能量守恒定律，故A錯(cuò)誤；依據(jù)熱力學(xué)其次定律，一切自發(fā)的過程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無序性增大的方向進(jìn)行，故B錯(cuò)；依據(jù)能量轉(zhuǎn)化與守恒以及熱力學(xué)其次定律可知，用淺層海水和深層海水間的溫度差造出一種熱機(jī)，將海水的一部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能是可能的，故C正確；ΔU＝W＋Q＝－0.5×105J＋2.0×105J＝1.5×105J，故D正確。4．關(guān)于其次類永動(dòng)機(jī)，下列說法正確的是(AD)A．沒有冷凝器，只有單一的熱源，能將從單一熱源汲取的熱量全部用來做功，而不引起其他變更的熱機(jī)叫做其次類永動(dòng)機(jī)B．其次類永動(dòng)機(jī)違反了能量守恒定律，所以不行能制成C．其次類永動(dòng)機(jī)不行能制成，說明機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不行能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能D．其次類永動(dòng)機(jī)不行能制成，說明機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不行能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，同時(shí)不引起其他變更解析：依據(jù)其次類永動(dòng)機(jī)的定義可知A選項(xiàng)正確；其次類永動(dòng)機(jī)不違反能量守恒定律，而是違反熱力學(xué)其次定律，所以B選項(xiàng)錯(cuò)誤；機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能在引起其他變更時(shí)可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，C選項(xiàng)錯(cuò)誤，D選項(xiàng)正確。所以，該題的正確答案是A、D。5．以一副撲克牌為例，下列關(guān)于有序和無序、宏觀態(tài)和微觀態(tài)的相識(shí)中不正確的是(BD)A．按黑桃、紅桃、草花、方塊的依次，而且從大到小將撲克牌排列起來，撲克牌這時(shí)是有序的B．將撲克牌按偶數(shù)和奇數(shù)分成兩部分，撲克牌是無序的，每部分內(nèi)部是有序的C．一副撲克牌，這就是一個(gè)宏觀態(tài)，將牌洗動(dòng)一次就是一個(gè)微觀態(tài)D．一副撲克牌按偶數(shù)和奇數(shù)分成兩部分，這是一個(gè)宏觀態(tài)，從偶數(shù)部分抽出一張插入到奇數(shù)部分，它是該宏觀態(tài)對(duì)應(yīng)的一個(gè)微觀態(tài)解析：選項(xiàng)特性分析綜合點(diǎn)評(píng)A正確撲克牌的排列是有確定規(guī)則的，是有序的規(guī)定了某個(gè)規(guī)則，就規(guī)定了一個(gè)“宏觀態(tài)”，符合這個(gè)規(guī)則的就是有序，破壞了這個(gè)規(guī)則，則原有“宏觀態(tài)”變更B錯(cuò)誤按偶數(shù)和奇數(shù)分成兩部分，是有序的，內(nèi)部是無序的C正確一副撲克牌是一個(gè)系統(tǒng)，是一個(gè)宏觀態(tài)，洗動(dòng)一次，該狀態(tài)為這副撲克牌宏觀態(tài)對(duì)應(yīng)的一個(gè)微觀態(tài)；奇偶分開是一種宏觀態(tài)，從偶數(shù)部分抽出一張插入到奇數(shù)部分，原宏觀態(tài)被破壞D錯(cuò)誤二、非選擇題6．用兩種不同的金屬絲組成一個(gè)回路，接觸點(diǎn)1插在熱水中，接觸點(diǎn)2插在冷水中，如圖所示，電流計(jì)指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這就是溫差發(fā)電現(xiàn)象，這一試驗(yàn)是否違反熱力學(xué)其次定律？熱水和冷水的溫度是否會(huì)發(fā)生變更？簡(jiǎn)述這一過程中能的轉(zhuǎn)化狀況。答案：不違反；熱水溫度降低，冷水溫度上升；轉(zhuǎn)化效率低于100%解析：溫差發(fā)電現(xiàn)象中產(chǎn)生了電能是因?yàn)闊崴械膬?nèi)能削減，一部分轉(zhuǎn)化為電能，一部分傳遞給冷水，不違反熱力學(xué)其次定律。7．一鍋開水投入了5個(gè)糖餡的甜湯圓，隨后又投入了5個(gè)肉餡的咸湯圓，甜、咸湯圓在沸水中翻滾，象征著封閉系統(tǒng)進(jìn)入一個(gè)自發(fā)的過程。隨后，用兩只碗各盛了5個(gè)湯圓，每碗湯圓中共有六種可能：①全是甜的，②全是咸的，③1甜4咸，④4甜1咸，這是四種不平衡的宏觀態(tài)；⑤2甜3咸，⑥3甜2咸，這是兩種相對(duì)平衡的宏觀態(tài)。兩只