高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册4 热力学第二定律课后作业题

第三章　热力学定律

4　热力学第二定律

基础过关练

题组一　对热力学第二定律的理解

1.(2020上海金山中学高二上期末)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

2.(2021福建莆田高二下测试)下列哪个过程具有方向性 (　　)

①热传导过程　②机械能向内能的转化过程　③气体的扩散过程　④气体向真空中的膨胀

A.①② B.②③

C.①②③ D.①②③④

3.(2021山东夏津一中高二下月考)(多选)下列有关热学知识的说法中正确的是              (深度解析)

A.热量可以从低温物体传递给高温物体

B.不可能从单一热库吸收热量,使之完全变成功

C.第二类永动机不可能制成的原因是违反了能量守恒定律

D.机械能可以全部转化为内能,内能也可以全部转化为机械能

题组二　热力学第二定律的应用

4.(2020山西实验中学高三上月考)(多选)关于气体的内能和热力学定律,下列说法正确的是              (　　)

A.在绝热过程中,对气体做功可以改变其内能

B.质量和温度都相同的理想气体,内能一定相同

C.热量不可能从低温物体传到高温物体

D.一定量的理想气体在等温膨胀过程中,一定吸收热量

E.一定量的理想气体,温度越高,气体分子运动越剧烈,气体内能越大

5.(2021重庆万州外国语学校高二下测试)(多选)下列关于热力学定律的说法正确的是              (　　)

A.如果两个系统均与第三个系统处于热平衡状态,这两个系统的温度一定相等

B.外界对某系统做正功,该系统的内能一定增加

C.可以找到一种材料做成墙壁,冬天供暖时吸收热量温度升高,向房间释放热量供暖,然后再把热量吸收回去,形成循环供暖,只需要短时间供热后即可停止外界供热

D.低温系统可以向高温系统传递热量

6.(2020江苏南通高二下期末)(多选)人们常用空调调节室内空气的温度,下列说法中正确的有              (　　)

A.空调风速越大,室内空气的分子动能也越大

B.空调既能制热又能制冷,说明热传递不存在方向性

C.空调制冷使得室内温度下降,则速率小的空气分子比例增多

D.空调过滤器能够吸附PM2.5颗粒,此颗粒的运动不是分子热运动

7.(2021江苏常州二中高二下期中)(多选)我国航天员漫步太空已成为现实。飞船在航天员出舱前先要“减压”,在航天员从太空返回进入航天器后要“升压”,因此将实现此功能的设施专门做成了飞船的一个舱,叫“气闸舱”,其原理如图所示。两个相通的舱A、B间装有阀门K,指令舱A中充满气体,气闸舱B内为真空,整个系统与外界没有热交换。打开阀门K后,A中的气体进入B中,最终达到平衡。若将此气体近似看成理想气体,则              (　　)

A.气体体积膨胀,对外做功

B.气体分子势能减小,内能增加

C.气体体积变大,温度不变

D.B中气体不可能自发地全部退回到A中

题组三　能量耗散和品质降低

8.(2020浙江丽水高二下期中)“绿色发展”是我国的发展理念,在生活中,我们也要做到“绿色、环保、低碳”,“低碳”要求我们节约及高效利用能源。关于能源与能量,下列说法正确的是              (　　)

A.因为能量守恒,所以不需要节约能源

B.自然界中石油、煤炭等能源可供人类长久使用

C.人类应多开发与利用风能、太阳能等新型能源

D.人类不断地开发和利用新的能源,所以能量可以被创造

9.(2021山东日照高二下期中)能量的概念是人类在对物质运动规律进行长期探索中建立起来的,下列说法正确的是              (　　)

A.热量可能会从低温物体传到高温物体

B.随着技术进步,最终能使热机的效率达到100%

C.能源在使用过程中,能量总量逐渐减少,因此要节约能源

D.物体只要与外界进行热交换,其内能就一定发生变化

答案全解全析

第三章　热力学定律

4　热力学第二定律

基础过关练

1.D　根据热力学第二定律,满足能量守恒定律的物理过程不一定都能自发地进行,选项A错误;能量在转化过程中会由高品质能量转化为低品质能量,故可利用性会降低,选项B错误;空调机既能制热又能制冷,但是要耗电,不是自发的过程,传热有方向性,热量自发地由高温物体传向低温物体,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,选项D正确。

2.D　这四个过程都是与热现象有关的宏观过程,根据热力学第二定律可知,它们都是不可逆的,具有方向性,故D正确,A、B、C错误。

3.AD　根据热力学第二定律,热量可以从低温物体传到高温物体,但是不可能不引起其他变化,故A正确;在外界的影响下,气体可以从单一热库吸收热量,使之完全变成功,故B错误;第二类永动机不可能制成的原因是违反了热力学第二定律,故C错误;机械能可以全部转化为内能,如运动的物体只受摩擦力最终停下来,在引起其他变化的情况下,内能也可以全部转化为机械能,故D正确。

方法技巧

理解热力学第二定律的实质,即自然界中进行的所有涉及热现象的宏观过程都具有方向性,理解的关键在于“自发”和“不引起其他变化”。

4.ADE　改变内能的方式有做功和传热,在绝热过程中,对气体做功可以改变其内能,故A正确。理想气体的内能与物质的量、温度有关,温度相同的气体,其分子的平均动能相等;质量相等的气体的物质的量不一定相等,如质量相等的氢气与氧气,所以质量和温度都相同的气体的内能不一定相等,故B错误。根据热力学第二定律可知,热量可能从低温物体传到高温物体,但要引起其他的变化,如空调,故C错误。一定量的理想气体在等温膨胀过程中,温度不变,内能不变,膨胀过程中气体对外做功,根据热力学第一定律ΔU=W+Q,气体一定吸收热量,故D正确。一定量的理想气体温度越高,气体分子运动越剧烈,气体内能越大,故E正确。

5.AD　如果两个系统均与第三个系统处于热平衡状态,这两个系统的温度一定相等,故A正确;根据ΔU=W+Q可知,外界对系统做正功即W>0,系统有可能同时对外放热即Q<0,那么系统内能的变化不确定,故B错误;根据热力学第二定律,选项C中所述的现象是不可能实现的,故C错误;低温系统向高温系统传递热量是可以实现的,前提是要引起其他变化,故D正确。

6.CD　室内空气的分子动能只与空气的温度有关,与空调风速无关,选项A错误;空调既能制热又能制冷,但是热量不能自发地从低温物体传到高温物体,则热传递存在方向性,选项B错误;空调制冷使得室内温度下降,空气分子平均速率减小,则速率小的空气分子比例增多,选项C正确;空调过滤器能够吸附PM2.5颗粒,此颗粒的运动不是分子热运动,选项D正确。

7.CD　当阀门K被打开时,A中的气体进入B中,由于B中为真空,所以气体体积膨胀,对外不做功,故选项A错误;又因为系统与外界无热交换,所以气体内能不变,则气体的温度也不变,故选项B错误,C正确;由热力学第二定律知,真空中气体膨胀具有方向性,在无外界作用时,B中气体不能自发地全部退回到A中,故选项D正确。

8.C　能量守恒告诉我们,能量是不会减少的,煤炭、石油、天然气等化石能源使用后,一部分化学能转化为内能耗散了,耗散的内能无法自动聚集起来驱动机器做功,虽然总能量没有减少,但是可以利用的品质降低了,所以依然要节约能源,故A错误;自然界中石油、煤炭等能源是有限的,故会不断减少,故B错误;新能源是可以循环利用的,故人类应多开发与利用风能、太阳能等新型能源,故C正确;人类不断地开发和利用新的能源,如风能、太阳能,本质上都来源于太阳,符合能量守恒定律,故D错误。

9.A　由热力学第二定律可知,热量能够自发地从高温物体传到低温物体,热量可以从低温物体传向高温物体,但要引起其他变化,故A正确;尽管技术不断进步,热机的效率仍不能达到100%,故B错误;根据热力学第二定律可知,在能源的使用过程中,能量的总量守恒,但可利用能源会逐步减少,因此节约能源是我们每个人的责任,故C错误;由热力学第一定律ΔU=W+Q可知,物体与外界进行热交换,其内能不一定发生变化,还要看外界对物体做功情况,故D错误。