高中4 热力学第二定律优秀综合训练题

3.4热力学第二定律

基础导学

要点一、热力学第二定律

1．定义：在物理学中，反映宏观自然过程的方向性的定律；

2．热力学第二定律的克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体；阐述的是传热的方向性。

3．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，把燃料中的化学能变成工作物质的内能；第二个阶段是工作物质对外做功，把自己的内能变成机械能。

②热机用于做功的热量一定小于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，使之完全变成功，而不产生其他影响。

要点二、能源是有限的

1．能源：具有高品质的容易利用的储能物质．

2．能量耗散：使用的能源转化成内能分散在环境中不能自动聚集起来驱动机器做功，这样的转化过程叫作“能量耗散”．

3．能源的使用过程中虽然能的总量保持不变，但能量的品质下降了，能源减少了．

要点突破

突破一：热力学第二定律理解中的几个问题

1．单一热库：指温度均匀并且恒定不变的系统．若一系统各部分温度不相同或者温度不稳定，则构成机器的工作物质可以在不同温度的两部分之间工作，从而可以对外做功．据报道，有些国家已在研究利用海水上下温度不同来发电．

2．其他影响：指除了从单一热库吸收的热量，以及所做的功以外的其他一切影响；或者除了从低温物体吸收热量、高温物体得到相同的热量外，其他一切影响和变化．不是不能从单一热库吸收热量而对外做功，而是这样做的结果，一定伴随着其他变化或影响．同样，也不是热量不能从低温物体传到高温物体，而是指不产生其他影响的自动热传递是不可能的．

3．关于“不可能”：实际上热机或制冷机系统循环终了时，除了从单一热库吸收热量对外做功，以及热量从低温热库传到高温热库以外，过程所产生的其他一切影响，不论用任何曲折复杂的办法都不可能加以消除．

4．两种表述是等价的

如果克劳修斯表达不成立，则开尔文表述也不成立．

5．热力学第二定律的实质

热力学第二定律的每一种描述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性．

突破二：热力学第一、第二定律的比较及两类永动机的比较

1．热力学第一定律与热力学第二定律的比较

2.两类永动机的比较

典例精析

题型一：对热力学第二定律的理解

例一、（多选）根据热力学第二定律分析，下列说法中正确的是(　　)

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．热量能够从高温物体传到低温物体，也可以从低温物体传到高温物体

C．机械能可以全部转化为内能，但变化的内能不可以全部转化为机械能

D．机械能可以全部转化为内能，变化的内能也可以全部转化为机械能

解析：

答案：　BD

【反思总结】　热量可以从高温物体传到低温物体．也可以从低温物体传到高温物体，只不过前者能自发地进行，后者必须借助外界的帮助；机械能可以全部转化为内能，而内能要全部转化为机械能，肯定会引起其他变化

变式迁移1：关于永动机和热力学定律的讨论，下列叙述正确的是(　　)

A．第二类永动机违反能量守恒定律

B．如果物体从外界吸收了热量，则物体的内能一定增加

C．外界对物体做功，则物体的内能一定增加

D．做功和热传递都可以改变物体的内能，但从能量转化或转移的观点来看这两种改变方式是有区别的

解析：　第二类永动机违反热力学第二定律，并不是违反能量守恒定律，故A错．据热力学第二定律ΔU＝Q＋W知内能的变化由做功W和热传递Q两个方面共同决定，只知道做功情况或只知道传热情况无法确定内能的变化情况，故B、C项错误．做功和热传递都可改变物体内能．但做功是不同形式能的转化，而热传递是同种形式能间的转移，这两种方式是有区别的，故D正确．

答案：　D

题型二：热力学第二定律的应用

例二．如图所示为电冰箱的工作原理示意图．压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环．在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外，下列说法正确的是(　　)

A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外

B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能

C．电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律

D．电冰箱的工作原理违反热力学第一定律

解析：　热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律，是能的转化和守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，故C正确，D错误；再根据热力学第二定律，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，必须借助于其他系统做功．A错误，B正确，故选B、C.

答案：　BC

变式迁移2：关于热现象和热学规律，下列说法中正确的是(　　)

A．随着低温技术的发展，我们可以使温度逐渐降低，并达到绝对零度，最终实现热机效率100%

B．热量是不可能从低温物体传递给高温物体的

C．第二类永动机遵守能量守恒定律故能制成

D．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功2.0×105 J，同时空气向外界放出热量1.5×105 J，则空气的内能增加了0.5×105 J

解析：　绝对零度不可能达到，A错误；由热力学第二定律知，B、C错误；由热力学第一定律知，D正确．

答案：　D

强化训练

一、选择题

1、已知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”，因此飞船将此设施专门做成了一个舱，叫“气闸舱”，其原理图如图所示，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，则（　　）

A．气体体积膨胀，对外做功

B．气体分子势能减少，内能增加

C．体积变大，温度降低

D．B中气体不可能自发地全部退回到A中

【答案】D

【解析】

【分析】

A．打开阀门K后，A中的气体进入B中，由于B中为真空，所以A中的气体不会做功，故A错误；

BC．气体分子间作用力忽略不计，所以气体分子间没有分子势能，又因为系统与外界无热交换，所以气体内能不变，气体的温度也不变，故BC错误；

D．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中气体不可能自发地全部退回到A中，故D正确。

故选D。

2、产生酸雨的祸首是（　　）

A．二氧化碳 B．氟利昂 C．二氧化硫 D．一氧化碳

【答案】C

【解析】酸雨的主要成份是亚硫酸，二氧化硫与空气中的水蒸气接触会生成亚硫酸。

故选C。

3、随着人们对社会发展、全球环境问题认识的加深，可持续能源的开发和利用，已成为人类社会可持续发展的重要前提之一。以下关于能源开发和利用的认识，正确的是（　　）

A．地球上的能源是取之不尽，用之不竭的

B．节约能源是人类社会可持续发展的重要方面

C．提倡“低碳生活”就是提倡生活中不用或少用二氧化碳

D．能源的利用过程是可逆的

【答案】B

【解析】A．地球上的能源不是取之不尽，用之不竭的，故A错误；

B．节约能源是人类社会可持续发展的重要方面，故B正确；

C．提倡“低碳生活”是指生活中所耗用的能量要尽量减少，从而降低碳特别是二氧化碳的排放量，故C错误；

D．能源的利用过程是不可逆的，故D错误。

故选B。

4、关于能源的开发和节约，你认为下列哪些观点是错误的（　　）

A．常规能源是有限的，无节制地利用常规能源，如石油之类，是一种盲目的短期行为

B．根据能量守恒定律，担心能源枯竭是一种杞人忧天的表现

C．能源的开发和利用，必须要同时考虑其对环境的影响

D．通过核聚变利用核能是目前开发新能源的一种新途径

【答案】B

【解析】常规能源是有限的的，需要节制，能量虽然守恒，但能量耗散导致能量的品质降低，从便于利用的能源变成不便于利用的能源，也往往对环境产生破坏，从而应开发新型的清洁型的能源，例如通过核聚变利用核能是目前开发新能源的一种新途径，故ACD正确，不符合题意，B错误，符合题意。

故选B。

5、(2020·黑龙江哈尔滨期末)关于永动机,下列说法中正确的是(　　)

A.随着科技的不断发展,永动机是可以制成的

B.第一类永动机违反了热力学第二定律

C.第二类永动机违反了热力学第二定律

D.永动机指的是在摩擦力趋于零的条件下一直运动的机器,它不需要对外做功

解析:第一类永动机指不需要外界输入能量,能够不断向外输出能量的机器,它违反了能量守恒定律,是不可能制成的,B错误;第二类永动机指从单一热源吸收热量全部用来对外做功,不产生其他影响的机器,它违反了热力学第二定律,也是不可能制成的,C正确;无论是哪种永动机,要么违反能量守恒定律,要么违反热力学第二定律,因此都不可能制成,A错误;无论哪种永动机都需要对外做功,D错误。

6、(2021·江苏二模)如图所示,两种不同的金属组成一个回路,接触头1置于热水杯中,接触头2置于冷水杯中,此时回路中电流计发生偏转,这是温差电现象。假设此过程电流做功为W,接触头1从热水中吸收的热量为Q1,冷水从接触头2吸收的热量为Q2,根据热力学第二定律可得(　　)

A.Q1=W   B.Q1>W

C.Q1<Q2 D.Q1+Q2=W

解析:根据热力学第二定律,不可能从单一热源吸收热量使之全部用来做功,而不产生其他影响;所以从热水中吸收的热量Q1应该大于电流做的功W,即Q1>W,根据能量守恒定律和热力学第二定律,从热水中吸收的热量转化成了两部分,一部分是电能W,另一部分是冷水吸收的热量Q2,故选B。

7、下列有关能的转化的说法中正确的是（　　）

A．热传递是其他形式的能与内能之间的转化过程

B．自然界的能量是守恒的，能源危机是不存在的

C．摩擦生热、热传递的过程是具有方向性的

D．能量的耗散否定了能量的转化与守恒定律

【答案】C

【解析】A．热传递是内能之间的转移过程，选项A错误；

B．虽然自然界的能量是守恒的，但是可利用的能源越来越少，能源危机是存在的，选项B错误；

C．根据热力学第二定律可知，摩擦生热、热传递的过程是具有方向性的，选项C正确；

D．能量的耗散说明了热学现象的方向性，但没有否定能量的转化与守恒定律，故D错误；

故选C。

8、选用下列八种表述组合出的四个选项中全都正确的一项是（　　）

①布朗运动反映了微粒分子在做无规则热运动

②水黾可以停在水面上是因为液体有表面张力

③一定质量的的水变成的水蒸气其内能增加

④第一类永动机由于违反热力学第一定律而不可能制成

⑤当分子间距离增大时分子间引力和斥力都减小

⑥各个方向导热性能均相同的晶体一定是多晶体

⑦若气体从外界吸收热量则内能一定增大

⑧热量可以从低温物体向高温物体传递

A．①③⑤⑦ B．①②⑥⑧ C．③④⑤⑥ D．②③⑤⑧

【答案】D

【解析】①固体微粒由于受到周围液体分子撞击的冲力不平衡而引起运动，所以布朗运动是液体分子无规则运动的反映，故①错误；

②水黾可以停在水面上是因为液体有表面张力，故②正确；

③一定质量的的水变成的水蒸气，分子动能不变，分子势能增加，所以其内能增加，故③正确；

④第一类永动机由于违反了能量守恒定律而不可能制成，故④错误；

⑤当分子间距离增大时分子间引力和斥力都减小，故⑤正确；

⑥一块晶体，若其各个方向的导热性相同，可能是多晶体，但不是一定是多晶体，故⑥错误；

⑦若气体从外界吸收热量，内能不一定增大，如气体对外界做功，且做的功比吸收的热量大，故⑦错误；

⑧热量可以从低温物体向高温物体传递，但要引起其它变化，故⑧正确；

综上可知D正确，ABC错误。

故选D。

9、（2021辽宁大连高二期中）下列说法中正确的是(      )

A. 自然界的能量的总和是守恒的，所以节约能源是毫无意义的

B. 电源是通过静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置

C. 电能转化为其他形式的能，是通过电流做功来实现的

D. 能量耗散表明自然界的能量总和在不断减少

答案：

解析：自然界的能量的总和是不变的，但人类可以利用的能源是有限的，节约能源不仅能使我们长久利用，并且可以减小由于常规能源在使用中带来的污染，节约能源对人类社会的发展有很大的意义，故项错误；电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置，故项错误；电能是通过电流做功来转化为其他形式的能，故项正确；能量耗散是针对一个系统（或一个物体）而言，能量在自然界中是守恒的，故项错误。

10、用隔板将一绝热容器隔成和两部分，中有一定质量的理想气体，为真空（如图甲所示），现把隔板抽去，中的气体自动充满整个容器（如图乙所示），这个过程称为气体的自由膨胀，下列说法正确的是(      )

A. 自由膨胀过程中，气体分子只做定向运动

B. 自由膨胀前后，气体的压强不变

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，能全部自动回到部分

答案：

解析：由分子动理论知，气体分子在永不停息地做无规则运动，故项错误；由能量守恒定律知，气体膨胀前后内能不变，又因一定质量的理想气体的内能只与温度有关，可知气体的温度不变，故项正确；由，可知气体压强变小，故项错误；由热力学第二定律知，真空中气体膨胀具有方向性，在无外界影响的情况下，容器中的气体不能自发地全部回到容器的部分，故项错误。