高中物理 第4章 能量守恒與熱力學定律 3 宏觀過程的方向性 4 熱力學第二定律 5 初識熵學業(yè)分層測評 教科版選修3-3

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宏觀過程的方向性 熱力學第二定律 初識熵 (建議用時：45分鐘) [學業(yè)達標] 1．下列關(guān)于熵的有關(guān)說法正確的是(　　) A．熵是系統(tǒng)內(nèi)分子運動無序性的量度 B．在自然過程中熵總是增加的 C．熱力學第二定律也叫做熵減小原理 D．熵值越大表示系統(tǒng)越無序 E．熵值越小表示系統(tǒng)越無序 【解析】　根據(jù)熵的定義知A正確；從熵的意義上說，系統(tǒng)自發(fā)變化時總是向著熵增加的方向發(fā)展，B正確；熱力學第二定律也叫熵增加原理，C錯；熵越大，系統(tǒng)越混亂，無序程度越大，D正確，E錯誤． 【答案】　ABD 2．下列說法正確的是(　　) 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到高溫物體 C．熱傳導是有方向性的 D．氣體向真空中膨脹的過程是有方向性的 E．氣體向真空中膨脹的過程是可逆的 【解析】　如果是自發(fā)的過程，熱量只能從高溫物體傳到低溫物體，但這并不是說熱量不能從低溫物體傳到高溫物體，只是不能自發(fā)地進行，在外界條件的幫助下，熱量也能從低溫物體傳到高溫物體，選項A、C對，B錯；氣體向真空中膨脹的過程是不可逆的，具有方向性，選項D對，E錯． 【答案】　ACD 3．以下說法正確的是(　　) 【導學號：74320064】 A．熱傳導過程是有方向性的，因此兩個溫度不同的物體接觸時，熱量一定是從高溫物體傳給低溫物體的 B．熱傳導過程是不可逆的 C．兩個不同的物體接觸時熱量會自發(fā)地從內(nèi)能多的物體傳向內(nèi)能少的物體 D．電冰箱制冷是因為電冰箱自發(fā)地將內(nèi)部熱量傳給外界 E．熱量從低溫物體傳給高溫物體必須借助外界的幫助 【解析】　熱量可以自發(fā)地由高溫物體傳遞給低溫物體，熱量從低溫物體傳遞給高溫物體要引起其他變化，A、B、E選項正確． 【答案】　ABE 4．(2016西安高二檢測)下列說法中不正確的是(　　) A．電動機是把電能全部轉(zhuǎn)化為機械能的裝置 B．熱機是將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機械能的裝置 C．隨著技術(shù)不斷發(fā)展，可以把內(nèi)燃機得到的全部內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能 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加以完全利用 E．電冰箱的工作過程表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞 【解析】　由于電阻的存在，電流通過電動機時一定發(fā)熱，電能不能全部轉(zhuǎn)化為機械能，A錯誤；根據(jù)熱力學第二定律知，熱機不可能將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機械能，B錯誤；C項說法違背熱力學第二定律，因此錯誤；由于能量耗散，能源的可利用率降低，D正確；在電流做功的情況下，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞，故E正確． 【答案】　ABC 5．下列說法中正確的是(　　) A．一切涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性 B．一切不違背能量守恒定律的物理過程都是可能實現(xiàn)的 C．由熱力學第二定律可以判斷物理過程能否自發(fā)進行 D．一切物理過程都不可能自發(fā)地進行 E．功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬膶嶋H宏觀過程是不可逆的 【解析】　熱力學第二定律是反映宏觀自然過程的方向性的定律，熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，但可以自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體；并不是所有符合能量守恒定律的宏觀過程都能實現(xiàn)，故A、C正確，B、D錯誤，一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都是不可逆的，則E正確． 【答案】　ACE 6．下列宏觀過程能用熱力學第二定律解釋的是(　　) 【導學號：74320065】 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)過一段時間大米、小米不會自動分開 B．將一滴紅墨水滴入一杯清水中，會均勻擴散到整杯水中，經(jīng)過一段時間，墨水和清水不會自動分開 C．冬季的夜晚，放在室外的物體隨氣溫的降低，不會由內(nèi)能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為機械能而動起來 D．隨著節(jié)能減排措施的不斷完善，最終也不會使汽車熱機的效率達到100% E．杯子摔碎而不能復原 【解析】　熱力學第二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、E不屬于熱現(xiàn)象，故A、E錯；由熱力學第二定律可知B、C、D正確． 【答案】　BCD 7．下列敘述和熱力學定律相關(guān)，其中正確的是(　　) A．第一類永動機不可能制成，是因為違背了能量守恒定律 B．各種自然現(xiàn)象都遵守能量是守恒定律 C．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，違背了熱力學第二定律 D．自然界中的宏觀過程具有方向性 E．物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功 【解析】　第一類永動機是指不消耗能量卻可以不斷對外做功的機器，違背了能量守恒定律，A正確；電冰箱在電機做功的情況下，不斷把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界，沒有違背熱力學第二定律，C錯誤；物體從單一熱源吸收的熱量不可全部用于做功，因為機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性，盡管機械能可以全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，但內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化成機械能，同時不引起其他變化，E錯誤． 【答案】　ABD 8．用兩種不同的金屬絲組成一個回路，接觸點1插在熱水中，接觸點2插在冷水中，如圖433所示，電流計指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這就是溫差發(fā)電現(xiàn)象．這一實驗是否違反熱力學第二定律？熱水和冷水的溫度是否會發(fā)生變化？簡述這一過程中能的轉(zhuǎn)化情況． 圖433 【解析】　溫差發(fā)電現(xiàn)象中產(chǎn)生了電能是因為熱水的內(nèi)能減少，一部分轉(zhuǎn)化為電能，一部分傳遞給冷水，不違反熱力學第二定律． 【答案】　不違反．熱水溫度降低，冷水溫度升高．將熱水的部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能，另一部分釋放到低溫熱源冷水中． [能力提升] 9．下列說法正確的是(　　) A．機械能全部變成內(nèi)能是不可能的 B．從熱庫吸收的熱量全部變成功是可能的 C．熱機是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置 D．沒有任何漏氣和摩擦時，熱機的效率η＝100%＝100% E．第二類永動機不可能制成可以作為熱力學第二定 律的一種表述 【解析】　機械能可以全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，A錯誤；從熱庫吸收的熱量全部變成功也是可能的，只是會引起其他變化，B正確；熱機是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置，C正確；熱機工作過程中，必定要放出部分熱量，熱機用于做機械功的熱量一定小于它從高溫熱庫那里吸收的熱量．即使沒有任何漏氣和摩擦時，熱機的效率也不可能達到100%，D錯誤；任何一類宏觀自然過程進行方向的說明，都可以作為熱力學第二定律的表述，故E正確． 【答案】　BCE 10．下列說法中正確的是(　　) A．根據(jù)熱力學第二定律可知，熱量不可能從低溫物體傳遞到高溫物體 B．能量耗散說明能量在轉(zhuǎn)化過程中具有方向性 C．當分子間的距離增大時，分子間的引力增大、斥力減小 D．溫度是描述熱運動的物理量，一個系統(tǒng)與另一個系統(tǒng)達到熱平衡時，兩系統(tǒng)溫度相同 E．第二類永動機不可能制成，說明機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化為機械能同時又不引起其他變化 【解析】　熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，選項A錯誤；耗散掉的能量不能再重新收集起來加以利用，說明能量的轉(zhuǎn)化具有方向性，選項B正確；當分子間的距離增大時，分子間的引力和斥力均要減小，選項C錯誤；溫度是描述熱運動的物理量，是決定一個系統(tǒng)與另一個系統(tǒng)是否達到熱平衡狀態(tài)的物理量，所以當一個系統(tǒng)與另一個系統(tǒng)達到熱平衡時兩系統(tǒng)溫度相同，選項D正確；由熱力學第二定律可知，選項E正確． 【答案】　BDE 11．炎炎夏日，兩位同學在充滿涼意的空調(diào)室內(nèi)，就空調(diào)機的工作過程是否遵循熱力學第二定律的問題發(fā)生了爭論．一位同學說：空調(diào)機工作時，不斷地把熱量從室內(nèi)傳到室外，即從低溫物體傳到高溫物體，可見它并不遵循熱力學第二定律．另一位同學說：熱力學第二定律是熱力學系統(tǒng)的普遍規(guī)律，空調(diào)機的工作過程不可能違反它．兩人各執(zhí)一詞，都無法使對方信服．請你對他們的論點作出評論. 【導學號：74320066】 【答案】　壓縮機是空調(diào)機的“心臟”，它消耗電能對來自蒸發(fā)器的制冷劑蒸汽做功，使它變成高溫高壓的蒸汽．然后這些高溫高壓的蒸汽來到冷凝器，向低溫的環(huán)境放熱，同時自身被冷卻而凝成低溫高壓的液體． 這些低溫高壓的液體制冷劑由過濾器濾掉水分和雜質(zhì)，進入毛細管，經(jīng)節(jié)流閥膨脹，變?yōu)榈蜏氐蛪旱囊后w，隨后進入空調(diào)機的蒸發(fā)器．在蒸發(fā)器內(nèi)，這些低溫低壓的液態(tài)制冷劑在低壓條件下迅速汽化，從外界(空調(diào)機內(nèi))吸收熱量，使空調(diào)機的溫度降低．這樣就完成了一個制冷循環(huán)．由此可見乙同學的論點正確． 12．熱力學第二定律常見的表述有兩種．第一種表述：不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化；第二種表述：不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化． 圖434(a)是根據(jù)熱力學第二定律的第一種表述畫出的示意圖：外界對制冷機做功，使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體．請你根據(jù)第二種表述完成示意圖434(b)． 圖434 根據(jù)圖434你的理解，熱力學第二定律的實質(zhì)是什么？ 【解析】　 第二種表述的意思是：熱機吸收熱量，對外做功，同時把熱量傳給低溫物體．其表述示意圖如圖所示．其實質(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】　圖見解析　一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性