高效作业19 4 热力学第二定律-【精彩三年】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第三册课程探究与巩固教师用书配套课件PPT（人教版）

高效作业19 [4　热力学第二定律] [A级　新教材落实与巩固] 1．已知宇宙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”，因此宇宙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，则下列说法正确的是(　 　) 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．气体体积变大，温度降低 D．B中气体不可能自发地全部退回到A中 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 D 【解析】 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；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B、C错误；由热力学第二定律知，真空中气体膨胀具有方向性，在无外界作用时，B中气体不可能自发地全部退回到A中，故D正确。 2．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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 B 【解析】 地球上的能源不是取之不尽、用之不竭的，故A错误；节约能源是人类社会可持续发展的重要方面，故B正确；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；能源的利用过程是不可逆的，故D错误。 3．关于开发能源和节约能源，下列观点错误的是(　 　) 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，担心能源枯竭实在是一种杞人忧天的表现 C．能源的开发和利用，必须同时考虑对环境的影响 D．利用核能是目前开发新能源的一种新途径 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 B 【解析】 能源是有限的，比如常规能源，所以无节制地利用常规能源是一种盲目的短期行为，故A说法正确；能量最终转化为不能利用或不易利用的能量，所以可利用资源的数量不断减少，因此应该节约能源，故B说法错误；能源的开发和利用，必须同时考虑其对生态环境的影响，故C说法正确；和平利用核能是目前开发新能源的一项有效途径，故D说法正确。本题选观点错误的，故选B。 4．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0的条件下一直运动的机器，它不需要对外做功 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 C 【解析】 第一类永动机是指不需要外界输入能量，能够不断向外界输出能量的机器，它违反了能量守恒定律，是不可能制成的，B错误。第二类永动机是指从单一热库吸收热量全部用来对外做功，而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。永动机是指能源源不断对外做功的机器，D错误。 5．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．若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．做功和传热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方式是有区别的 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 D 【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错误。根据热力学第二定律ΔU＝Q＋W可知，内能的变化由做功W和传热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错误。做功和传热都可以改变物体的内能，但做功是内能与其他形式的能发生转化，而传热只是不同物体之间内能的转移，这两种方式是有区别的，故D正确。 6．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，这是温差发电现象。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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 B 【解析】 根据热力学第二定律，不可能从单一热库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可知，从热水中吸收的热量转化为两部分，一部分是电能W，另一部分是冷水吸收的热量Q2，故B正确，A、C、D错误。 7．下列有关能的转化的说法中正确的是(　 　) A．传热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守恒定律 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 C 【解析】 传热是不同物体之间内能的转移过程，选项A错误；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；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；能量的耗散说明了热学现象的方向性，但没有否定能量守恒定律，故D错误。 8．下列选项中表述全都正确的是(　 　) 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100 ℃的水变成100 ℃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，则内能一定增加 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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 D 【解析】 布朗运动是固体微粒由于受到周围液体分子撞击的冲力不平衡引起的，所以布朗运动是液体分子无规则运动的反映，故①错误；水黾可以停在水面上是因为液体有表面张力，故②正确；一定质量的100 ℃的水变成100 ℃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；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；当分子间距离增大时，分子间引力和斥力都减小，故⑤正确；一块晶体，若其各个方向的导热性能相同，它可能是多晶体，但并非一定是多晶体，故⑥错误；若气体从外界吸收热量，其内能不一定增加，如气体同时对外界做功，且做的功比吸收的热量多时，其内能会减少，故⑦错误；热量可以从低温物体向高温物体传递，但要引起其他变化，故⑧正确。综上可知D正确，A、B、C错误。 9．(多选)关于热力学第二定律，下列说法正确的是(　 　) A．空调既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性 B．自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的 C．自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的 D．第二类永动机不可能制成，是因为它违反了能量守恒定律 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 BC 【解析】 热传递存在方向性是说热量只能自发地从高温物体传向低温物体，空调既能制热又能制冷，是由于消耗了电能，不是自发进行的，故A错误；根据熵增加原理可知，自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的，故B正确；根据热力学第二定律可知，自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的，故C正确；第二类永动机不可能制成，是因为它违反了热力学第二定律，它并不违反能量守恒定律，故D错误。 [B级　素养养成与评价] 10．(多选)下列描述正确的是(　 　) A．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 B．恒温水池中一个气泡缓慢上升，则气泡将放热 C．固体很难被压缩，说明固体分子间不存在间隙 D．把两块纯净的铅压紧，它们会“粘”在一起，说明分子间存在引力 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 AD 【解析】 电冰箱制冷是从低温物体向高温物体传递热量，但必须通过电流做功，故A正确。气泡在缓慢上升的过程中，外部的压强逐渐减小，气泡膨胀对外做功，由于外部恒温，在上升过程中气泡内空气的温度始终等于外界温度，则内能不变，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可得，气泡从外界吸收热量，故B错误。固体很难被压缩，说明分子之间存在着斥力，故C错误。把两块纯净的铅压紧，使分子间距离减小到引力的作用范围，它们就会“粘”在一起，故D正确。 11．下列关于能量守恒定律及热力学定律的说法正确的是(　 　) A． 机械能全部变成内能是不可能的 B．从单一热库吸收的热量全部变成功而不产生其他影响是不可能的 C．第二类永动机不可能制造成功的原因是违背了热力学第一定律 D．根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 B 【解析】 机械能可以完全转化为内能，故A错误；由热力学第二定律可知，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；第二类永动机不可能制成，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可知，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，故D错误。 12．如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片。轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动。离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能转动较长时间，下列说法正确的是(　 　) A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量 B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身 C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高 D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 D 【解析】 转轮转动的过程中克服阻力做功，转轮的速度越来越小，所以要维持转轮转动需要外力做功，故A错误。要维持转轮转动需要外力做功，转轮转动所需能量不能由转轮自己提供，故B错误。转动的叶片不断搅动热水的过程是水对转轮做功的过程，同时水会向四周放出热量，根据热力学第一定律可知水的内能减少，故水温降低，故C错误。叶片在热水中吸收的热量一部用来使叶片伸展做功，故叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量，故D正确。 13．17世纪，英国赛斯特城的约翰·维尔金斯设计了一种磁力“永动机”，如图所示，在斜坡顶上放一块强有力的磁铁，斜坡上端有一个小孔，斜面下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道。维尔金斯认为：如果在斜坡底端放一个小铁球，那么由于磁铁的吸引，小铁球就会向上运动，当小球运动到小孔P处时，它就要掉下，再沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端Q，由于有速度而可以对外做功，然后又被磁铁吸引回到上端，到小孔P处又掉下。下列关于维尔金斯“永动机”，认识正确的是(　 　) A．满足能量守恒定律，所以可能实现 B．如果忽略斜面的摩擦，维尔金斯“永动机”一定可 以实现 C．若忽略斜面的摩擦，铁球质量较小，磁铁磁性又较 强，则维尔金斯“永动机”可以实现 D．违背能量守恒定律，不可能实现 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 D 【解析】 维尔金斯“永动机”不可能实现，因为它违背了能量守恒定律。铁球上升过程中，磁场力对铁球做正功，使铁球增加了机械能；但铁球下落时，同样也受到磁场力，而且磁场力做负功，这个负功与上升过程的正功相互抵消。可见，维尔金斯“永动机”不可能源源不断向外提供能量，所以，维尔金斯“永动机”不可能实现。 14．下列关于热现象的描述正确的是(　 　) A． 根据热力学定律，热机的效率可以达到100% B．做功和传热都是通过能量转化的方式改变系统内能的 C．温度是描述热运动的物理量，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同 D．物体由大量分子组成，其单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动也是无规律的 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 C 【解析】 根据热力学第二定律，热机的效率不可能达到100%，故A错误；做功是通过能量转化的方式改变系统内能，传热是通过热量转移的方式改变系统内能，故B错误；达到热平衡的两系统温度相同，故C正确；物体由大量分子组成，其单个分子的运动是无规则的，但大量分子的运动有统计规律，故D错误。 15．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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 C 【解析】 自然界的能量的总和是守恒的，但人类可以利用的能源是有限的，且耗散的能量无法再收集起来利用，所以能量的品质越来越低，一定要节约能源，故A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B项错误；电能是通过电流做功来转化为其他形式的能，故C项正确；根据能量守恒定律可知，自然界的总能量不变，能量耗散表明自然界中与热现象有关的宏观自然过程是具有方向性的，也说明可供人们利用的能量在不断减少，故D项错误。 16．用隔板将一绝热容器隔成A和B两部分，A中有一定质量的理想气体，B为真空(如图甲所示)，现把隔板抽去，A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A部分 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 C 感谢聆听，再见！ 【解析】 由分子动理论可知，气体分子在永不停息地做无规则运动，故A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C项正确；由理想气体状态方程＝C，可知气体压强变小，故B项错误；由热力学第二定律可知，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A部分，故D项错误。 $$