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人教版 (新课标)选修35 热力学第二定律的微观解释同步达标检测题
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这是一份人教版 (新课标)选修35 热力学第二定律的微观解释同步达标检测题，共6页。
[基础达标练]
一、选择题(本题共6小题，每小题6分)
1．(多选)关于宏观态与微观态，下列说法正确的是( )
A．同一系统，在不同“规则”下，其宏观态可能不同
B．宏观态越有序，其对应的微观态数目就越多
C．一个宏观态往往对应有多个微观态，对应的微观态越多，这个宏观态的无序度越大
D．一个宏观态可能是另一宏观态对应的微观态
ACD [宏观态越有序，其对应的微观态数目就越少．]
2．(多选)下列对能量耗散理解正确的是( )
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自发过程具有方向性
BD [在发生能量转化的宏观过程中，其他形式的能量最终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，宇宙中的能量既没有减少，也没有消失，它从能量角度反映出自然界中与热现象有关的宏观自发过程具有方向性，故A、C错误，B、D正确．]
3．下列关于热力学第二定律微观意义的说法正确的是( )
A．从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律
B．一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行
C．有的自然过程沿着分子热运动无序性增大的方向进行，有的自然过程沿着分子热运动无序性减小的方向进行
D．在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵会减小
A [从热力学第二定律的微观本质看，一切不可逆过程总是沿着大量分子热运动无序程度增大的方向进行，B、C项错误；热力学第二定律是一个统计规律，A项正确；任何自然过程总是朝着无序程度增大的方向进行，也就是熵增加的方向进行，故D项错误．]
4．(多选)从微观角度看，下列说法正确的是( )
A．一个非孤立系统可能从熵大的状态向熵小的状态发展
B．一个非孤立的系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展
C．一个宏观状态所对应的微观状越多，越是无序，熵值越大
D．出现概率越小的宏观状态熵值越大
E．出现概率越大的宏观状态，熵值越大
ACE [一切自然过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行的．熵是描述系统大量分子运动无序性程度的．在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小，也就是说，一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展．反映了一个孤立系统的自然过程会沿着分子热运动的无序性增大的方向进行．对于一个非孤立的系统，在与外界有能量交换时其熵也有可能变小，故B、D错误，A、C、E正确．]
5．(多选)下列说法中正确的是( )
A．机械能和内能之间的转化是不可逆的
B．气体向真空的自由膨胀是不可逆的
C．如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说明这个“宏观态”是比较有序的
D．如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说明这个“宏观态”是比较无序的
E．无序意味着各处一样，平均、没有差别
BDE [热现象的宏观过程都是不可逆的，故A错、B对；微观态越多越无序，因为无序是各处都一样，平均没有差别，故D、E正确，C错误．]
6．(多选)煤、石油、天然气作为能源的共同特点的下列说法正确的是( )
A．可再生能源，取之不尽，用之不竭
B．不可再生能源，用一点，少一点
C．来自太阳辐射的能量
D．污染环境的能源
E．正在开发的新能源
BCD [煤、石油、天然气是不可再生、污染环境的能源，它是由动、植物转化而来的，其来源可追溯到太阳能，故B、C、D正确．]
二、非选择题(14分)
7．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大？
[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Ek＝eq \f(1,2)mv2
故风车带动发电机发电的功率为
P＝eq \f(10%Ek,t)＝eq \f(1,2)πr2ρv3×10%
代入数据以后得P＝3.4 kW.
[答案] 3.4 kW
[能力提升练]
一、选择题(本题共4小题，每小题6分)
1．(多选)下列哪些现象能够发生，并且不违背热力学第二定律( )
A．一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热
B．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化为机械能
C．桶中浑浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离
D．电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体
E．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量
CDE [A、B都违背了热力学第二定律，都不能发生；C中系统的势能减少了；D中消耗了电能，所以不违背热力学第二定律，均能发生，故D正确；不可能从单一热源吸收热量使之完全变为功，而不产生其他影响，故E正确．]
2．(多选)对气体向真空中扩散的规律，下列说法中正确的是( )
A．气体分子数越少，扩散到真空中的分子全部回到原状态的可能性越大
B．气体分子数越多，扩散到真空中的分子全部回到原状态的可能性越大
C．扩散到真空中的分子数在整个容器中分布越均匀，其宏观态对应的微观态数目越大
D．扩散到真空中的分子数在整个容器中分布越不均匀，其宏观态对应的微观态数目越大
E．气体向真空中扩散时，总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行
ACE [气体分子数越多，其宏观态对应的微观态数目越多，无序性越大，故回到原状态的可能性越小，故A、C、E对，B、D错．]
3．(多选)对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是( )
A．温度升高，分子的平均动能增大，每次碰撞对容器壁的作用力增大，但压强不一定增大
B．体积减小，单位体积内的分子数增多，气体的内能一定增大
C．绝热压缩一定质量的理想气体时，外界对气体做功，内能增加，压强一定增大
D．一定质量的理想气体向真空自由膨胀时，体积增大，熵减小
E．在等温膨胀中一定从外界吸热
ACE [对于一定质量的理想气体，由eq \f(pV,T)＝C知，温度升高，如果气体体积增大，压强不一定增大，A对；体积减小，单位体积内的分子数增多，如果对外放热，气体的内能可能减小，B错；孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，D错，C对；气体在等温膨胀中，对外界做功，而内能不变，则一定吸热，故E对．]
4．(多选)用隔板将一绝热容器隔成A和B两部分，A中盛有一定质量的理想气体，B为真空(如图甲)．现把隔板抽去，A中的气体自动充满整个容器(如图乙)，这个过程称为气体的自由膨胀．下列说法正确的是( )
甲 乙
A．自由膨胀过程中，气体分子只做定向运动
B．自由膨胀后，气体的压强减小
C．自由膨胀前后，气体的温度不变
D．容器中的气体在足够长的时间内，能全部自动回到A部分
E．自由膨胀过程中，气体不做功
BCE [气体向真空膨胀，不对外做功，在充满整个容器过程中也没有热交换，根据热力学第一定律知内能不变，温度不变，C正确；气体膨胀后体积增大，温度不变，根据理想气体状态方程可知气体压强减小，B正确；自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程，但其逆过程却不能自动地进行，A、D错误；自由膨胀过程中由于不受阻力，因此气体不做功，E对．]
二、非选择题(本题共2小题，共26分)
5．(12分)设计在风力资源丰富的甘肃河西走廊西端的玉门建一个大型风力发电场，其单机的额定功率为600 kW.通过实验测得风力发电机的功率与风速的关系曲线如图所示．从图示资料可知：当平均风速大于______m/s时就可以发电，当平均风速达到______m/s时达到额定功率．气象资料显示：河西走廊常年平均风速为v＝12 m/s，则一台风力发电机的年发电量约为______kW·h.
[解析] 由题图可知，横坐标为风速、纵坐标为功率，起点处纵坐标为零，横坐标在2～3之间，所以当平均风速大于2 m/s时，就有电功率输出，就能发电．再由图线可知，在风速达到14 m/s时，电功率稳定，所以此时达到额定功率．风速v＝12 m/s时，对应电功率为530 kW，应用W＝Pt公式，将数据代入求解整理可得W＝4.64×106 kW·h.
[答案] 2 14 4.64×106
6．(14分)能源问题是当前热门话题，传统的能源——煤和石油，由于储量有限，有朝一日要被开采完，同时在使用过程中也会带来污染，寻找新的、无污染的能源是人们努力的方向，利用潮汐发电即为一例．
如图表示的是利用潮汐发电，左方为陆地和海湾，中间为大坝；其下有通道，水经通道可带动发电机．涨潮时，水进入海湾，待内外水面高度相同时，堵住通道，如图甲．潮落至最低点时放水发电，如图乙．待内外水面高度相同时，再堵住通道，直到下次涨潮至最高点，又进水发电，如图丙．设海湾面积为5.0×107 m2，高潮与低潮间高度差为3.0 m，则一天内流水的平均功率为____MW.
[解析] 潮汐发电其实质就是将海水的重力势能转化为电能．每次涨潮时流进海湾(落潮时流出海湾)的海水的重力为mg＝ρShg＝1.0×103×5.0×107×3×10 N＝1.5×1012 N，其重心高度变化为h′＝1.5 m.
一天内海水两进两出，故水流功率为
P＝eq \f(4mgh′,t)＝eq \f(4×1.5×1012×1.5,24×3 600) W＝1.0×108 W
＝100 MW.
[答案] 100
[基础达标练]
一、选择题(本题共6小题，每小题6分)
1．(多选)关于宏观态与微观态，下列说法正确的是( )
A．同一系统，在不同“规则”下，其宏观态可能不同
B．宏观态越有序，其对应的微观态数目就越多
C．一个宏观态往往对应有多个微观态，对应的微观态越多，这个宏观态的无序度越大
D．一个宏观态可能是另一宏观态对应的微观态
ACD [宏观态越有序，其对应的微观态数目就越少．]
2．(多选)下列对能量耗散理解正确的是( )
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自发过程具有方向性
BD [在发生能量转化的宏观过程中，其他形式的能量最终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，宇宙中的能量既没有减少，也没有消失，它从能量角度反映出自然界中与热现象有关的宏观自发过程具有方向性，故A、C错误，B、D正确．]
3．下列关于热力学第二定律微观意义的说法正确的是( )
A．从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律
B．一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行
C．有的自然过程沿着分子热运动无序性增大的方向进行，有的自然过程沿着分子热运动无序性减小的方向进行
D．在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵会减小
A [从热力学第二定律的微观本质看，一切不可逆过程总是沿着大量分子热运动无序程度增大的方向进行，B、C项错误；热力学第二定律是一个统计规律，A项正确；任何自然过程总是朝着无序程度增大的方向进行，也就是熵增加的方向进行，故D项错误．]
4．(多选)从微观角度看，下列说法正确的是( )
A．一个非孤立系统可能从熵大的状态向熵小的状态发展
B．一个非孤立的系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展
C．一个宏观状态所对应的微观状越多，越是无序，熵值越大
D．出现概率越小的宏观状态熵值越大
E．出现概率越大的宏观状态，熵值越大
ACE [一切自然过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行的．熵是描述系统大量分子运动无序性程度的．在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小，也就是说，一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展．反映了一个孤立系统的自然过程会沿着分子热运动的无序性增大的方向进行．对于一个非孤立的系统，在与外界有能量交换时其熵也有可能变小，故B、D错误，A、C、E正确．]
5．(多选)下列说法中正确的是( )
A．机械能和内能之间的转化是不可逆的
B．气体向真空的自由膨胀是不可逆的
C．如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说明这个“宏观态”是比较有序的
D．如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说明这个“宏观态”是比较无序的
E．无序意味着各处一样，平均、没有差别
BDE [热现象的宏观过程都是不可逆的，故A错、B对；微观态越多越无序，因为无序是各处都一样，平均没有差别，故D、E正确，C错误．]
6．(多选)煤、石油、天然气作为能源的共同特点的下列说法正确的是( )
A．可再生能源，取之不尽，用之不竭
B．不可再生能源，用一点，少一点
C．来自太阳辐射的能量
D．污染环境的能源
E．正在开发的新能源
BCD [煤、石油、天然气是不可再生、污染环境的能源，它是由动、植物转化而来的，其来源可追溯到太阳能，故B、C、D正确．]
二、非选择题(14分)
7．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大？
[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Ek＝eq \f(1,2)mv2
故风车带动发电机发电的功率为
P＝eq \f(10%Ek,t)＝eq \f(1,2)πr2ρv3×10%
代入数据以后得P＝3.4 kW.
[答案] 3.4 kW
[能力提升练]
一、选择题(本题共4小题，每小题6分)
1．(多选)下列哪些现象能够发生，并且不违背热力学第二定律( )
A．一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热
B．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化为机械能
C．桶中浑浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离
D．电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体
E．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量
CDE [A、B都违背了热力学第二定律，都不能发生；C中系统的势能减少了；D中消耗了电能，所以不违背热力学第二定律，均能发生，故D正确；不可能从单一热源吸收热量使之完全变为功，而不产生其他影响，故E正确．]
2．(多选)对气体向真空中扩散的规律，下列说法中正确的是( )
A．气体分子数越少，扩散到真空中的分子全部回到原状态的可能性越大
B．气体分子数越多，扩散到真空中的分子全部回到原状态的可能性越大
C．扩散到真空中的分子数在整个容器中分布越均匀，其宏观态对应的微观态数目越大
D．扩散到真空中的分子数在整个容器中分布越不均匀，其宏观态对应的微观态数目越大
E．气体向真空中扩散时，总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行
ACE [气体分子数越多，其宏观态对应的微观态数目越多，无序性越大，故回到原状态的可能性越小，故A、C、E对，B、D错．]
3．(多选)对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是( )
A．温度升高，分子的平均动能增大，每次碰撞对容器壁的作用力增大，但压强不一定增大
B．体积减小，单位体积内的分子数增多，气体的内能一定增大
C．绝热压缩一定质量的理想气体时，外界对气体做功，内能增加，压强一定增大
D．一定质量的理想气体向真空自由膨胀时，体积增大，熵减小
E．在等温膨胀中一定从外界吸热
ACE [对于一定质量的理想气体，由eq \f(pV,T)＝C知，温度升高，如果气体体积增大，压强不一定增大，A对；体积减小，单位体积内的分子数增多，如果对外放热，气体的内能可能减小，B错；孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，D错，C对；气体在等温膨胀中，对外界做功，而内能不变，则一定吸热，故E对．]
4．(多选)用隔板将一绝热容器隔成A和B两部分，A中盛有一定质量的理想气体，B为真空(如图甲)．现把隔板抽去，A中的气体自动充满整个容器(如图乙)，这个过程称为气体的自由膨胀．下列说法正确的是( )
甲 乙
A．自由膨胀过程中，气体分子只做定向运动
B．自由膨胀后，气体的压强减小
C．自由膨胀前后，气体的温度不变
D．容器中的气体在足够长的时间内，能全部自动回到A部分
E．自由膨胀过程中，气体不做功
BCE [气体向真空膨胀，不对外做功，在充满整个容器过程中也没有热交换，根据热力学第一定律知内能不变，温度不变，C正确；气体膨胀后体积增大，温度不变，根据理想气体状态方程可知气体压强减小，B正确；自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程，但其逆过程却不能自动地进行，A、D错误；自由膨胀过程中由于不受阻力，因此气体不做功，E对．]
二、非选择题(本题共2小题，共26分)
5．(12分)设计在风力资源丰富的甘肃河西走廊西端的玉门建一个大型风力发电场，其单机的额定功率为600 kW.通过实验测得风力发电机的功率与风速的关系曲线如图所示．从图示资料可知：当平均风速大于______m/s时就可以发电，当平均风速达到______m/s时达到额定功率．气象资料显示：河西走廊常年平均风速为v＝12 m/s，则一台风力发电机的年发电量约为______kW·h.
[解析] 由题图可知，横坐标为风速、纵坐标为功率，起点处纵坐标为零，横坐标在2～3之间，所以当平均风速大于2 m/s时，就有电功率输出，就能发电．再由图线可知，在风速达到14 m/s时，电功率稳定，所以此时达到额定功率．风速v＝12 m/s时，对应电功率为530 kW，应用W＝Pt公式，将数据代入求解整理可得W＝4.64×106 kW·h.
[答案] 2 14 4.64×106
6．(14分)能源问题是当前热门话题，传统的能源——煤和石油，由于储量有限，有朝一日要被开采完，同时在使用过程中也会带来污染，寻找新的、无污染的能源是人们努力的方向，利用潮汐发电即为一例．
如图表示的是利用潮汐发电，左方为陆地和海湾，中间为大坝；其下有通道，水经通道可带动发电机．涨潮时，水进入海湾，待内外水面高度相同时，堵住通道，如图甲．潮落至最低点时放水发电，如图乙．待内外水面高度相同时，再堵住通道，直到下次涨潮至最高点，又进水发电，如图丙．设海湾面积为5.0×107 m2，高潮与低潮间高度差为3.0 m，则一天内流水的平均功率为____MW.
[解析] 潮汐发电其实质就是将海水的重力势能转化为电能．每次涨潮时流进海湾(落潮时流出海湾)的海水的重力为mg＝ρShg＝1.0×103×5.0×107×3×10 N＝1.5×1012 N，其重心高度变化为h′＝1.5 m.
一天内海水两进两出，故水流功率为
P＝eq \f(4mgh′,t)＝eq \f(4×1.5×1012×1.5,24×3 600) W＝1.0×108 W
＝100 MW.
[答案] 100
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