2020-2021学年高中物理-第三章-热力学定律-4-热力学第二定律课时练习新人教版选择性必修3.doc

2020-2021学年高中物理 第三章 热力学定律 4 热力学第二定律课时练习新人教版选择性必修3

2020-2021学年高中物理 第三章 热力学定律 4 热力学第二定律课时练习新人教版选择性必修3

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热力学第二定律
(25分钟·60分)
一、选择题(本题共6小题,每题6分,共36分)
1.下列说法正确的是 (　　)
A.热量能够从高温物体传到低温物体,但不能从低温物体传到高温物体
B.不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功而不引起其他变化
C.功可以全部转化为热,但热不能全部转化为功
D.凡是不违反能量守恒定律的过程都一定能实现
【解析】选B。根据热力学第二定律,热量能够自发地从高温物体传到低温物体,但不能自发地从低温物体传到高温物体,故A错误;根据热力学第二定律,不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功而不引起其他变化,故B正确;根据热力学第二定律,功可以全部转化为热,但热不能全部转化为功,而不引起其他变化,故C错误;第二类永动机不违反能量守恒定律,但违反了热力学第二定律,故D错误。
2.根据热力学第二定律,下列现象能够发生的是 (　　)
A.一杯热茶打开杯盖后,茶会自动变得更热
B.氮气和氧气混合后会自动分开
C.桶中混浊的泥水静置一段时间后,泥沙下沉,上面的水变清
D.电冰箱不通电时热量也会自发从低温的箱内传到高温的箱外
【解析】选C。传热具有方向性,热量能自发地从高温物体传到低温物体,故一杯热茶在打开杯盖后,茶会自动变得凉,故A错误;一切自然现象都具有方向性,氮气和氧气混合后不能自动分开,故B错误;桶中混浊的泥水静置一段时间后,泥沙在重力的作用下下沉,上面的水变清,出现了泥、水自动分离现象,故C正确;电冰箱只有通电工作时,在消耗电能的情况下把热量从冰箱内部低温物体传到冰箱外部的高温物体,故D错误。
3.关于能量的转化下列说法中正确的是 (　　)
A.满足能量守恒定律的物理过程都能自发地进行
B.不但能量的总量保持不变,而且能量的可利用性在逐步提高
C.空调机既能制热又能制冷,说明传热不存在方向性
D.热量不可能由低温物体传给高温物体而不发生其他变化
【解析】选D。满足能量守恒定律的物理过程不一定能自发进行,还要遵守热力学第二定律,故A错误;自然界一切发生的能量转化过程都具有单向特性,遵守能量守恒定律,但能量的利用率将下降,即能量的品质在退化,故B错误;空调机既能制热又能制冷是由于消耗电能,不能说明传热不存在方向性,故C错误;根据热力学第二定律,热量不可能由低温物体传给高温物体而不发生其他变化,故D正确。
4.根据热力学定律,下列判断正确的是 (　　)
A.我们可以把火炉散失到周围环境中的能量全部收集到火炉中再次用来取暖
B.利用浅层海水和深层海水间的温度差制造出一种热机,将海水的一部分内能转化为机械能,这在原理上是可行的
C.制冷系统能将冰箱内的热量传给外界较高温度的空气,而不引起其他变化
D.满足能量守恒定律的客观过程都可以自发地进行
【解析】选B。热量不能自发地从低温物体传到高温物体,所以不能说把散失的能量全部收集起来重新加以利用,A错;由热力学第二定律可知,B正确;热量从低温物体传给高温物体时一定会发生其他变化,C错;只满足能量守恒定律而不满足热力学第二定律的过程是不可能发生的,D错。
5.下列说法正确的是 (　　)
A.热力学第二定律否定了以特殊方式利用能量的可能性
B.电流流过导体转化为内能,反过来,可将内能收集起来,再转化成相同大小的电流
C.可以做成一种热机,由热源吸取一定的热量而对外做功
D.冰可以熔化成水,水也可以结成冰,这个现象违背了热力学第二定律
【解析】选C。热力学第二定律说明了一切与热现象有关的宏观过程都是有方向性的,但并没有否定以特殊方式利用能量的可能性,故A项错误;功和内能的转化具有方向性,其逆过程是不可能自发实现的,故B项错误;只要不要求吸收的热量全部用来做功而不产生其他影响,可以做成一种热机,由热源吸取一定热量而对外做功,故C项正确;冰熔化成水,水结成冰,伴随着能量的转移,不是自发进行的,没有违背热力学第二定律,故D项错误。
6.能源是当今社会快速发展面临的一大难题。由此,人们想到了永动机,关于第二类永动机,甲、乙、丙、丁4名同学争论不休。
甲:第二类永动机不违反能量守恒定律,应该可以制造成功。
乙:虽然内能不可能全部转化为机械能,但在转化过程中可以不引起其他变化。
丙:摩擦、漏气等因素导致能量损失,第二类永动机也因此才不能制成。
丁:内能与机械能之间的转化具有方向性才是第二类永动机不可能制成的原因。
你认为以上说法正确的是 (　　)
A.甲　　　　B.乙　　　　C.丙　　　　D.丁
【解析】选D。第二类永动机不违反能量守恒定律,但违反了热力学第二定律,甲同学说法错误;内能在转化为机械能的过程中要生热,所以要引起其他变化,乙同学说法错误;第二类永动机不能制成的原因是违反了热力学第二定律,丙同学说法错误;内能与机械能之间的转化具有方向性才是第二类永动机不可能制成的原因,丁同学说法正确。
二、非选择题(本题共2小题,共24分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单位)
7.(12分)制冷机是一种利用工作物质,使热量从低温物体传到高温物体的装置,通过制冷机的工作可以使一定空间内的物体温度低于环境温度并维持低温状态。夏天,将房间一台正在工作的电冰箱的门打开,这是否可以降低室内的平均温度?为什么?
【解析】不会降低室内的平均温度。若将一台正在工作的电冰箱的门打开,尽管可以不断向室内释放冷气,但同时冰箱的箱体也向室内散热,就整个房间来说,由于外界通过导线不断有能量输入,室内的温度会不断升高。
答案:见解析
8.(12分)某地的平均风速为5 m/s,已知空气密度是1.2 kg/m3,有一风车,它的车叶转动时可形成半径为12 m的圆面,如果这个风车能将此圆内10%的气流的动能转变为电能,则该风车带动的发电机功率是多少?
【解析】首先可以求出在时间t内作用于风车的气流质量为m=πr2vtρ,
这些气流的动能为mv2,
转变的电能为E=mv2×10%,
故风车带动电动机功率为
P==πr2ρv3×10%,
代入数据得P≈3.4 kW。
答案:3.4 kW
(15分钟·40分)
9.(7分)(多选)下列说法正确的是 (　　)
A.物体吸收热量,其内能一定增加
B.不可能从单一热库吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响
C.第二类永动机不能制成是因为违背了能量守恒定律
D.热量不能自发地从低温物体传递到高温物体
【解析】选B、D。根据热力学第一定律,物体吸收热量,但对外做功不明确,所以其内能不一定增加。故A错误;根据热力学第二定律,不可能从单一热库吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响。故B正确;第二类永动机不能制成是因为违背了热力学第二定律。故C错误;根据热力学第二定律,热量不能自发地从低温物体传递到高温物体。故D正确。
10.(7分)(多选)下列说法正确的是 (　　)
A.能量耗散说明能量在不断减少
B.能量耗散从能量转化角度反映出自然界的宏观过程具有方向性
C.热量不可能从低温物体传给高温物体
D.根据热力学第二定律,在火力发电机中,燃气的内能不能全部转化为电能
【解析】选B、D。能量耗散是指能量的可利用价值越来越低,由于能量守恒,故能量不会减少,A选项错误;根据热力学定律可知,宏观自然过程自发进行有其方向性,能量耗散就是从能量的角度反映了这种方向性,B选项正确;根据热力学定律可知,能量转化和转移具有方向性,热量不能自发地从低温物体传给高温物体,C选项错误;火力发电机发电时,能量转化的过程为内能——机械能——电能,因为内能——机械能的转化过程中会对外放出热量,故燃气的内能不能全部变为电能,选项D正确。
【补偿训练】
(多选)下列对能量耗散的理解正确的有(　　)
A.能量耗散说明能量在不断减少
B.能量耗散遵守能量守恒定律
C.能量耗散说明能量不能凭空产生,但可以凭空消失
D.能量耗散从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性
【解析】选B、D。在发生能量转化的宏观过程中,其他形式的能量最终会转化为流散到周围环境的内能,无法再回收利用,这种现象叫能量耗散。能量耗散并不违反能量守恒定律。宇宙的能量既没有减少,也没有消失,它只从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性,故A、C错误,B、D正确。
11.(7分)下列说法中正确的是 (　　)
A.由于能量的转化过程符合能量守恒定律,所以不会发生能源危机
B.随着低温技术的发展,我们可以使温度逐渐降低,并最终达到绝对零度
C.第一类永动机违背热力学第一定律
D.自然界中涉及热现象的宏观过程都具有方向性
【解析】选D。由于能量转移或转化是有方向性的,虽然能量守恒,但是还会产生能源危机,故A错误;绝对零度只能无限接近,不能达到,故B错误;第一类永动机违背能的转化和守恒定律,不能制造出来,不是违背了热力学第一定律,故C错误;根据热力学第二定律,自然界中涉及热现象的宏观过程都具有方向性,故D正确。
12.(19分)炎炎夏日,两位同学在充满凉意的空调室内,就空调机的工作过程是否遵循热力学第二定律的问题发生了争论。
甲同学说:空调机工作时,不断地把热量从室内传到室外,即从低温物体传到高温物体,可见它并不遵循热力学第二定律。
乙同学说:热力学第二定律是热力学系统的普遍规律,空调机的工作过程不可能违反它。
两人各执一词,都无法使对方信服。请你对他们的论点作出评价。
【解析】空调机和电冰箱都是制冷机,它们的工作原理基本相同。为了便于解析,我们以电冰箱为研究对象,认识它的基本结构和工作过程。从冰箱的原理图可以知道,电冰箱由压缩机、冷凝器、毛细管(节流阀)、蒸发器四个部分组成。这四个部分由管道连接,组成一个密闭的连通器系统,制冷剂作为工作物质,由管道输送,经过这四个部分,完成工作循环。

压缩机是电冰箱的“心脏”,它消耗电能对来自蒸发器的制冷剂蒸汽做功,使它变成高温高压的蒸汽(如p≈9.1 atm,t≈46 ℃)。然后这些高温高压的蒸汽来到冷凝器,向低温的环境(空气)放热,同时自身被冷却而凝成低温高压的液体(如p=8.9 atm,t=37.4 ℃),这些低温高压的液态制冷剂由过滤器滤掉水分和杂质,进入毛细管,经节流阀膨胀,变为低温低压的液体(如p≈1.5 atm,t≈-20 ℃),随后进入电冰箱的蒸发器。在那里,这些低温低压的液态制冷剂在低压条件下迅速汽化,从外界(电冰箱内)吸收大量的热量,使那儿的温度降低。这样就完成了一个制冷循环。由此可见乙同学的论点正确。
答案:乙同学说法正确