高中物理沪科版 (2019)选择性必修 第三册4.3 热力学第二定律巩固练习

【精选】第3节热力学第二定律-1作业练习

一．填空题

1．给一定质量的温度为0℃的水加热，在水的温度由0℃上升到4℃的过程中，水的体积随着温度的升高反而减小，我们称之为“反常膨胀”．查阅资料知道：在水反常膨胀的过程中，体积减小是由于水分子之间的结构发生了变化，但所有水分子间的总势能是增大的．由此可知，反常膨胀时，水分子的平均动能________(选填“增大”“减小”或“不变”)，吸收的热量________(选填“大于”“小于”或“等于”)所有水分子的总势能增加量．

2．组成物体的分子在做永不停息的热运动，温度升高时，分子热运动的平均动能________(选填“增大”．“不变”或“减小”).1987年2月我国研制成的超导体起始超导温度为-173℃，用热力学温度表示为______K.

3．小明刚学了热传递的知识，想到了一个问题：在热传递过程中传递的是能量，还是温度？小明想到晚上洗澡时，用热水和冷水兑成温水，这不就是热传递现象吗？他决定用实验来研究．他从实验室借来量筒．烧杯．温度计．量热器（一种容器，绝热性能好）等器材．他先在量热器中倒入400mL温度为20℃的冷水，又倒入400mL温度为80℃的热水，稍搅拌后测得混合后的共同温度为50℃，接着他改变了水的体积和热水的初温，又做了三次实验，将数据记录在下表：（小明知道：100mL的水的质量是100g，合0.1kg，下表中水用质量表示）

根据上表中的数据，小明做了下面的计算和分析：（c水=4200J/（kg？℃））
（1）请将表格中两空格填全．       ,              
（2）在第三次实验中，冷水吸收的热量Q吸=          J，热水放出的热量Q放=            J．
小明经过计算和分析，概括了以下几点：
（1）热传递过程中，低温物体上升的温度         （一定/不一定）等于高温物体下降的温度．
（2）热传递过程中，低温物体吸收的热量             （等于/小于/大于）高温物体放出的热量．
（3）热传递过程中，传递的是            （能量/温度）．
小明经过思考，又提出了下面两个问题，请你帮他解答：
（1）要使一定质量的热水下降一定的温度，所用的冷水需要上升的温度和冷水质量之间成什么定量关系？             ．
（2）两种不同物体发生热传递时（无热量损失），要使低温物体上升的温度等于高温物体下降的温度，应满足的条件是      

4．热力学第二定律的克劳修斯表述：热量不能_______地从低温物体传到_______温物体，阐述的是传热的_______性。

5．能量转化是有方向性的。机械能和内能之间的转化也是有方向的，其中_____能可以完全转化为_____能。而相反的过程就不可能，除非引起其他变化。

6．在两个物体发生热传递过程中，高温的物体       热量，其内能      ；低温物体       热量，其内能     ；直到两物体      相同，热传递才停止．

7．热量能自发地从高温物体转移到低温物体，说明了热传递的______．

8．热量会自发地从高温物体传给低温物体，_________（选填“能”“不能”）实现相反过程，这说明热传导具有_________性。

9．天气预报今天的温度为23时，热力学温度为            K

10．如图所示是压缩式电冰箱的工作原理示意图。经过干燥过滤器后液体制冷剂进入蒸发器，汽化吸收箱体内的热量，压缩机使低温低压的制冷剂气体变成高温高压的气体，然后制冷剂在冷凝器中液化放出热量到箱体外。电冰箱将热量从低温物体转移到高温物体的工作过程___________（填“违背”或“不违背”）热力学第二定律。制冷剂在蒸发器中由液态变成气态的过程中，做的功W___________（填“大于”“小于”或“等于”）零；分子的势能将___________（填“增大”“不变”或“减小”）。

11．永动机不可能制成

（1）第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地_______的机器．

（2）第一类永动机由于违背了_______，所以不可能制成．

12．热量总是自发地从高温物体传递给低温物体，这说明热传递过程具有___________；冰箱工作时，能把冰箱内的热量传递到冰箱外，这___________（填“违反“或“不违反“）热力学第二定律。

13．热力学第二定律的开尔文表述：

（1）热机

①热机工作的两个阶段：第一个阶段是燃烧燃料，把燃料中的________变成工作物质的内能；第二个阶段是工作物质对外做功，把自己的内能变成_______。

②热机用于做功的热量一定_______它从高温热库吸收的热量，即W_______Q；

（2）热力学第二定律的开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之_______，而不产生其他影响。（该表述阐述了机械能与内能转化的方向性）

14．热机的效率要小于1，这说明能量的转化是有       的；热量总是从高温物体向低温物体传递，这说明能量的转移也是           的

15．永动机：第一类永动机是不可能制成的，因为它违反了________；第二类永动机也是不可能制成的，因为它违反了________。

参考答案与试题解析

1．【答案】    (1). 增大    (2). 大于

【解析】温度是分子平均动能的标志，温度升高，分子的平均动能增大；分子的平均动能增大，所有水分子间的总势能增大，内能是增大的。同时对外做功，根据热力学第一定律，吸收的热量大于所有水分子的总势能增加量．

2．【答案】增大    100   

【解析】【来源】上海市金山中学2018-2019学年高一下学期期末物理试题

【详解】

[1]．组成物体的分子在做永不停息的热运动，温度升高时，分子热运动的平均动能增大；

[2]．1987年2月我国研制成的超导体起始超导温度为-173℃，用热力学温度表示为273+(-173)=100K.

3．【答案】50，0.6，33600，33600，不一定，等于，能量，反比，比热容与质量的乘积相等．

【解析】在第三次实验时，冷水吸收的热量Q=cm△t=4.2×103J/（kg？℃）×0.2kg×40℃=33600J；
热水放出的热量Q=cm△t=4.2×103J/（kg？℃）×0.4kg×20℃=33600J；
因此冷水升温过程需要吸收热量，热水降温过程需要放出热量，并且冷水吸收的热量等于热水放出的热量，所以在第二次实验中，也会符合该结论：假设最后的混合温度为t，则c×0.2kg×（t-25）=c×0.2kg×（75-t），解得t=50℃；
第四次实验过程中最后混合水的质量等于两次水的质量之和，即m=0.4kg+0.2kg=0.6kg；
由以上分析可知，热传递过程中，低温物体上升的温度不一定等于高温物体下降的温度；
但在热传递过程中，低温物体吸收的热量一定等于高温物体放出的热量；
所以热传递过程中，传递的是能量；
由公式cm冷△t冷=cm热△t热可知，冷水需要上升的温度和冷水质量之间成反比；
因为两种不同物体发生热传递时（无热量损失），所以它们的热量是相等的，只有它们的比热容与质量的乘积相等时，才可以使低温物体上升的温度等于高温物体下降的温度；

4．【答案】自发    高    方向   

【解析】

略

5．【答案】机械    内   

【解析】【来源】上海市七宝中学2017-2018学年高二上学期期末物理试题

【详解】

[1][2] 根据热力学第二定律，一切与热现象有关的物理过程是有方向性的，机械能可以全部转化为内能，而内能不可能自发的转化成机械能；

6．【答案】放出；减小；吸收；增大；温度．

【解析】当两个温度不同的物体相接触后，就会发生热传递．在热传递过程中，高温的物体放出热量，内能减小；低温物体吸收热量，内能增加；当两个物体的温度相同时，热传递结束；

7．【答案】方向性

【解析】

略

8．【答案】不能    方向   

【解析】【来源】上海市上海中学2018-2019学年高二上学期期中物理试题

【详解】

[1][2]根据热力学第二定律知，热量可以自发地由高温物体传到低温物体，不能自发地由低温物体传到高温物体．所以热量会自发地从高温物体传给低温物体，不能自发实现相反过程，这说明热传导具有方向性。

9．【答案】296．15（或296）

【解析】

试题分析：天气预报今天的温度为23时，热力学温度为：T=t+273℃=296K

考点：绝对温度和摄氏温度的关系

【名师点睛】此题考查了绝对温度和摄氏温度的关系，记住公式T=t+273℃即可解题．

10．【答案】不违背    小于    增大   

【解析】

[1]热力学第二定律的克劳修斯表述为热量不能自发地从低温物体传到高温物体，电冰箱依靠压缩机实现了将热量从低温物体转移到高温物体，不违背热力学第二定律。

[2]制冷剂在蒸发器中由液态变成气态的过程中，体积膨胀，对外做功，W小于零；

[3]膨胀过程中克服分子引力做功，分子势能增加。

11．【答案】对外做功    能量守恒定律   

【解析】

略

12．【答案】(1). 方向性    (2). 不违反

【解析】[1]热量总是自发地从高温物体传递给低温物体，这说明热传递过程具有方向性；

[2]由热力学第二定律知，热量不能自发的有低温物体传到高温物体，除非施加外部的影响和帮助；电冰箱把热量从低温的内部传到高温外部，需要压缩机的帮助并消耗电；故热量不可以自发地从冰箱内传递到冰箱外，但借助压缩机可以实现热量传到冰箱外，故电冰箱的工作原理没有违反热力学第二定律。

13．【答案】化学能    机械能    小于    <    完全变成功   

【解析】

略

14．【答案】方向性；有方向性

【解析】热机的效率小于1，是因为总有一些能量散发到空气中，成为无用的能量，这说明能量转化是有方向性的．热量总是从高温物体向低温物体传递，但是热量要从高温物体传到低温物体必须要有一定的外界条件，这说明能量的转移也是有方向性的

15．【答案】能量守恒定律    热力学第二定律   

【解析】【来源】2021届广东省梅州市梅县华侨中学高三（下）开学考试模拟物理试题

[1]第一类永动机违反了能量的转化与守恒，永远不可能实现；

[2]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，内能在转化为机械能的过程中要生热，所以要引起其它变化。