课时作业(15) 热力学第二定律-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版2024）

课时作业（十五） 热力学第二定律 答案精解Pm (建议用时：40分钟) [基础题组练] C对蒸汽机不断革新，可以把蒸汽的内能尽量多地 题组一对热力学第二定律的理解 转化成机械能 1.(多选)根据热力学第二定律，下列判断正确的是 D.利用降低海水温度放出大量的热量来发电，从而 ( 解决能源短缺的问题 A.电能不可能全部变为内能 5.下列说法正确的是 () B.在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变为 A.无摩擦、无漏气等能量损失，就能使热机效率达 电能 到100% C,热机中，燃气内能不可能全部变为机械能 B.热量不能从低温物体传到高温物体 D.在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递 C.一切物理过程都具有方向性 给高温物体 D.由热力学定律可推断出某个物理过程是否能自 2.(多选)下列说法正确的是 ( 发进行 A.一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性 题组二能源与能量损耗 B.一切不违背能量守恒定律的物理过程都是能实 6.热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象，下 现的 列关于能量耗散的说法正确的是 () C.由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发 A.能量耗散不符合热力学第一定律 进行 B.能量耗散不符合热力学第二定律 D.一切物理过程都不可能自发地进行 C.能量耗散过程中能量不守恒 3.关于热力学第二定律，下列说法正确的是( D.能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中 A.热力学第二定律是通过实验总结出来的实验 的与热现象有关的宏观过程具有方向性 定律 7.(多选)下列关于能量耗散的说法正确的是() B.热力学第二定律是通过大量自然现象的不可逆 A.能量耗散使能量的总量诚少 性总结出来的经验定律 B.能量耗散遵循能量守恒定律 C.热力学第二定律是物理学家从理论推导得出来 C.能量耗散是指耗散在环境中的内能很难再被人 的结果 类利用 D.热力学第二定律没有理论和实验的依据，因此没 D.能量耗散导致能量品质的降低 有实际意义 8.关于能量和能源，下列说法中正确的是 (） 4.下列说法中，能够发生且不违背热力学定律的是 A.能量在转化和转移过程中，其总量有可能增加 ( B.能量在转化和转移过程中，其总量会不断减少 A.一杯冷水自然放置，可以通过吸收空气中的热量 C.能量在转化和转移过程中总量保持不变，故节约 变得比周围空气更热 能源没有必要 B.将电冰箱放置在密闭的房间内，打开冰箱门让电 D.能量的转化和转移具有方向性，且现有可利用的 冰箱工作，可以降低房间的温度 能源有限，故必须节约能源 ·147 [能力提升练] 12.热力学第二定律常见的表述方式有两种，其一：不 9.(多选)对于孤立体系中发生的实际过程，下列说法 可能使热量由低温物体传到高温物体而不引起其 中正确的是 ( 他变化：其二：不可能从单一热源吸收热量并把它 A.系统的总熵只能增大，不可能减小 全部用来做功，而不引起其他变化.第一种表述方 B.系统的总嫡可能增大，可能不变，还可能减小 式可以用图甲来表示，根据你对第二种表述的理 C.系统逐渐从比较有序的状态向更无序的状态 解，如果也用类似的示意图来表示，请你根据第二 发展 种表述完成示意图乙. D,系统逐渐从比较无序的状态向更有序的状态 高流物体 高湿物休 发展 10.如图所示，用两种不同的金属丝组成一个回路，接 热机 触点1插在一杯热水中，接触点2插在一杯冷水 re. 低温物体 低温物体 中，此时灵敏电流计指针会发生偏转，这就是温差 州 发电现象，根据这一现象，下列说法中正确的是 峡铜○ 铜丝 马 水 A.这一过程违反了热力学第二定律 B.这一过程违反了热力学第一定律 C.热水和冷水的温度将发生变化 D.这一过程违反了能量守恒定律 1山.我国自古有“昼涨称潮，夜涨称汐”的说法.潮汐主 要是由太阳和月球对海水的引力造成的，以月球 对海水的引力为主，如图所示，甲、乙是某些潮汐 发电示意图.涨潮时开闸门（图甲），水由通道进入 海湾水库蓄水，待水面升至最高点时关闭闸门，当 落潮时，开闸放水发电（图乙）.设海湾水库面积为 5.0×10m2,平均潮差为3.0m,一天涨落潮 两次，发电的平均能量转化率为10%，则一天内发 电的平均功率约为 ·（P*取1.0× 10kgm3,g取10m/s2) 水坝 水坝 水流 放水发电 ·148·9.AC 解在快速推铁丝而马薯小块未飞出的过程中,外 出时绳子拉力F+变小,而)。不变,故力变大,气体体积减 界对笔芯内封闭气体做功,内能增加,气体的温度升高,选项 小,则汽缸内的活塞向左运动,气体被压缩,外界对气体做 A正确,B错误;马铨著小块高速飞出时,笔芯内气体对马 功,由于汽缸和活塞是绝热的,由热力学第一定律可知气体 薯小块做功,气体内能减小,即马拎薯小块高速飞出的动能 的内能变大,温度升高,则汽缸内气体的分子平均动能变大, 来自气体的内能,选项C正确,D错误。 选项A、B、C错误,D正确. 10.D 解绳克服与紫铜管间的摩擦力做功,使管壁内能增 8.BC 密封包装的小零食出现“涨袋”的现象说明零食密 大,温度升高,通过传热,乙酸的内能增加,温度升高,管塞 封袋中气体体积增大,密封袋中气体对外做功,选项A错 被冲开前管内气体内能增加,压强变大,选项D正确. 误;由于可近似认为汽车内温度不变,汽车从平原行驶到高 11.C 气体自由膨胀,不对外做功,又是绝热汽缸,没有 原,有DV,一pV。,由于零食密封袋中气体体积增大,密封 传热,故内能不变,选项A正确,C错误;气体被压缩的过 袋中气体压强减小,选项C正确;由于汽车内温度不变,则密 程,外界对气体做功,气体内能增大,选项B、D正确. 封袋中气体内能不变,结合热力学第一定律AU一Q十W,又 12.由于汽缸及活塞均绝热,故外界对气体所做的功全部 W<0.可知密封袋中气体从外界吸热,选项B正确,D错误。 转化为气体的内能,即△U一W.一(m十m)g△h十 9.BC突然断开绳后,活塞能向上运动,必满足F> $a-(5+15)x10×0.1J+1.01×10x0.1×0.11- mg pS,活塞往复运动后,最后处于静止状态时活塞的位 1030J. 置一定比原来高,否则不可能处于平衡状态,选项A错误,C 1030J 正确;活塞最终位置比原来高,气体体积减小,外界对气体做 13.解重物下落n-20次共做功W-mgh 功,由于容器绝热,由热力学第一定律可知,理想气体内能增 量热器中的水及容器和其他物体温度升高需吸收的热 大,故温度升高且趋于一个定值,选项B正确;当活塞最后静 量Q-c△. 止时满足F一mg十S,故弹仍处于压缩状态,但弹 由热功当量的定义得 的形变量减小,弹储存的弹性势能减小,由于活塞的高度 W nmngh20×26.320×9.8x160.5×10-} J/cal~ 增大,故活塞的重力势能增大,气体内能增加,可知活塞最后 6316×0.31 静止时,弹减少的弹性势能一部分转化为活塞的重力势 4.23Jcal. 能,一部分转化为气体的内能,选项D错误。 4.23J/cal 10.解(1)气体从C→A,发生等压变化,根据盖一吕萨克定 行## 课时作业(十四) 1.C 外界对物体做功,同时物体放热,根据热力学第一 解得V.-9.0×10-m. 定律可知,当外界对物体做的功大于物体放出的热量时,物 (2)气体从A→B,根据查理定律-C可知气体发生等容 体的内能将增大,选项A错误;外界对物体做功,同时物体 变化,则W-0. 吸热,根据热力学第一定律可知,物体的内能一定增大,选项 气体从B→C,体积增大,气体膨胀对外做功, B错误;物体对外做功,同时物体放热,根据热力学第一定律 则W--1000J. 可知,物体的内能一定减小,选项C正确;物体对外做功,同 气体从C→A,体积减小,外界对气体做功, 时物体吸热,根据热力学第一定律可知,当物体吸收的热量 则W =.(V.-V)=6001. 大于对外做的功时,物体的内能将增大,选项D错误. 全过程中W-W.+Wx+W =-400]. 2.AD由题图可知,A→B过程气体体积不变而温度升 初、末状态温度相同,所以全过程AU-0. 高,可知气体没有对外界做功,根据热力学第一定律AU 根据热力学第一定律AV-Q+W. W十Q.可知气体从外界吸收的热量等于其内能的增加量,选 得吸收的热量Q--W-4001. 项A正确,B错误;B→C过程气体温度不变而压强升高,可 智(1)9.0X10-*m(2)4001 知气体体积减小,外界对气体做功,根据压强的微观意义可 11.翻(1)对活塞,由平衡条件得pS=加S十mg, 知,气体分子与容器壁每秒碰撞的次数增加,选项C错误,D 得-3X10Pa. 正确. 3.B 解由题意可知,气体先等压变化,到活塞运动到挡板 处再发生等容变化,等压变化过程气体对外做功,做功为 1# W=-st--1x10x0.04×0.2]--800J,由热力学第 一定律可知,封闭气体的内能变化量为AU一Q十W 代入数据得H-36cm (2000-800)J-1200],选项B正确. (3)由题意得W--p△V--5.41.AU-1201. 4.AD 第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断地 由△U-W+Q,得Q-125.41. 对外做功的机器,这是人们的美好愿望,但它违背了能量守 警编(1)3×10*Pa (2)36cm (3)125.4] 恒定律,这也是它不能制成的原因,选项A、D正确. 课时作业(十五) 5.C 冰箱只是把冰箱内的热量移到外面,但在密闭绝热 的房间中,冰箱门打开,冰箱在不工作时,整个房间内的热量 1.BCD 根据热力学第二定律可知,凡与热现象有关的宏 是不变的,而在工作时有电在做功,产生焦耳热,电能转化为 观过程都具有方向性,电能可全部变为内能(由焦耳定律可 内能,根据能量守恒定律可知室内温度升高了,选项C正确. 知),但内能不可能全部变成电能,而不产生其他影响,选项 6.AB 气泡内气体压强)一加十pgh,气泡上升过程中, A错误,B正确;机械能可全部转变为内能,而内能不可能全 部转变成机械能,而不产生其他影响,选项C正确;在热传导 中,热量只能自发地从高温物体传给低温物体,而不能自发 一定增大,气泡内气体对外界做功,选项A正确,D错误,温 地从低温物体传给高温物体,选项D正确. 度是分子平均动能的标志,温度升高,气泡内气体分子平均 2.AC能量转移和转化的过程都是具有方向性的,选项 动能增大,气泡内气体内能增大,即A0.体积增大,即 A正确;一切自发进行的与热现象有关的宏观过程,都具有 W<0,根据热力学第一定律△U-W十Q可得Q0,即气泡 方向性,所以不违背能量守恒定律的物理过程不一定都是可 内的气体吸热,选项B正确,C错误. 以实现的,选项B错误;根据热力学第二定律,在传热的过程 7.D解设汽缸内气体压强为D,活塞面积为S.以活塞为研 中,热量可以自发地从高温物体传到低温物体,但其逆过程 究对象受力分析,根据平衡条件)S十F-一b.S,细沙不断流 不可能自发地进行,选项C正确,D错误 ·201· 3.B 热力学第二定律是物理学家通过对大量自然现象 的分析,又总结了生产和生活经验得到的结论,是一个经验 课时作业(十六) 定律,它并不能通过理论和实验来证明,但它符合客观事实 1.ACD根据热辐射的定义,选项A正确;根据热辐射和 因此是正确的;它揭示了热现象宏观过程的方向性,使人们 黑体辐射的特点知一般物体辐射电磁波的情况除与温度有 认识到第二类永动机不可能制成,对我们认识自然和利用自 关外,还与材料的种类和表面状况有关,而黑体辐射只与黑 然有着重要的指导意义,选项A、C、D错误,B正确. 体的温度有关,选项B错误,C正确;根据黑体的定义知,选 4.C 一杯冷水自然放置,可以通过吸收空气中的热量使 项D正确. 得和周围的空气温度相同,而不可能变得比周围空气更热, 2.ACD解由题图可知,随温度升高,各种波长的辐射强度 选项A错误;由于和室外没有热交换,并且压缩机工作时其 都增大,且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,当温 电路中也会因为有电阻而产生热量,即产生的热量大于制冷 度降低时,上述变化都将反过来,选项A、C、D正确,B错误. 量,故室内温度不降反升,选项B错误;热机的效率不可能达 3.A 解随着温度的升高,黑体辐射的强度与波长的关系 到100%,但是对蒸汽机不断革新,可以把蒸汽的内能尽量 为:一方面,各种波长的辐射强度都有增加,另一方面,辐射 多地转化成机械能,选项C正确;根据热力学第二定律,不可 强度的极大值向波长较短的方向移动,由此规律可知选项A 能从单一热库吸收热量并转化为功而不引起其他的变化,利 正确. 用降低海水温度放出大量的热量来发电,降低海水温度的过 4.D 解自然界的任何物体都向外辐射红外线,温度越高, 程,消耗的能源更多,不能解决能源短缺的问题,选项D 辐射电磁波的本领越强,选项A错误;黑体在不断地辐射电 错误. 磁波,且温度越高最强辐射波的波长越短,选项B错误;黑体 5.D 解对任何热机在工作时都不可避免地要向冷凝器的 对于外界过来的电磁波只吸收而不反射,但黑体辐射电磁 周围环境散发热量,总有能量的损失,因此其效率无法达到 波,肉眼能看到黑体,选项C错误;根据量子化的理论,黑体 100%,选项A错误;热量能从低温物体传到高温物体,但必 辐射电磁波的能量是不连续的,只能是某一最小能量值的整 须有外界的帮助,选项B错误;一切涉及热现象的物理过程 数倍,选项D正确. 都具有方向性,选项C错误;在热力学定律的基础上可以导 5.D 解提出能量的量子化假说的科学家是普朗克,选项D 出某物理过程的方向性,如气体的扩散、气体向真空的膨胀 正确. 等,选项D正确. 6.D 解由电磁波谱可知,紫光的波长最短,选项A错误;由 6.D 解能量耗散是指能量在转化和转移的过程中扩散到 一h可知,光的频率越大光的能量子越强,因七种色光中, 周围环境中无法再自动聚集起来,其满足热力学第一定律, 紫光的频率最大,则紫光的能量子最强,选项B、C错误,D 也符合热力学第二定律,能量在数量上并未减少,但在可利 正确。 用的品质上降低了;能量耗散反映了涉及热运动的宏观过程 都具有方向性,选项A、B.C错误,D正确. 7.BCD 解能量耗散是能量在转化的过程中有一部分以内 _ 能的形式被周围环境吸收,遵循能量守恒定律,但使得能量 品质降低,选项A错误,B、D正确;耗散在环境中的内能很 难再被人类利用,选项C正确. 8.D 能量在转化和转移过程中,总量是守恒的,但品质 有6个绿光的光子射入膛孔,眼睛就能察觉,所以式中E一6,又 降低了,且现有可利用的能源有限,故我们要注意节约能源, W~ 选项D正确 1X530×10- 9.AC 在孤立体系中发生的实际过程,其系统的总煸是 2.3X10-*W,选项A正确. 增加的,它不可能减小,选项A正确,B错误;根据煸增加原 9.B 解根据黑体辐射实验的规律可知,随着温度的升高, 理,系统总是自发地从比较有序的状态向更无序的状态发 一方面,各种波长的辐射强度I都有增强,另一方面,辐射强 展,选项C正确,D错误 度的极大值向波长较短的方向移动,故若人体温度升高,则 10.C 任何宏观的实际热现象都符合热力学第二定律, 人体热辐射强度I增大,辐射强度极大值对应的波长入减 选项A错误;吸放热和做功均会改变内能,该过程没有违 小,选项B正确,A、C、D错误. 反热力学第一定律,选项B错误;在实验过程中,热水内能 10.B 解由题意可知v-kU,则-长,其单位为1HzV= 减少,一部分转移到低温物体,一部分转化为电能,热水一 定会降温,冷水一定会升温,选项C正确;能量守恒定律是 普遍定律,在实验过程中,热水的内能部分转化成电能,电 能也部分转化成冷水的内能,符合能量守恒定律,选项D 错误。 11.(1)每个光子的能量e-hv-hc~1.06×10-”J.则每 11.发电时水减少的势能AE。=mg△h=pShg△,其中 -,一天发电两次,转化成的电能E-2AE。X10%. △- 秒电台发射的光子数N-P!~9.4×10”个. (2)设环状天线每秒接收的最大光子数为n个,以电台发射 智5.2X10+kW 天线为球心,则半径为R的球面积S一4nR{},而环状天线的 面积S一r”},所以n 12.解由题图甲可知,使热量由低温物体传到高温物体必伴 4N3.76×10“个,最大接收功 随着压缩机做功,即引起其他变化;对于第二种方式,热机 工作时,从高温物体吸收热量,只有一部分用来对外做功, 转变为机械能,另一部分热量要排放给低温物体,其表述示 答(1)9.4×10*个 (2)3.76×10②个 4X10W 意图如图所示. 12.解人体表面的温度为 商沮物体 T2.90X10- 0 9.4×10K~309K, -T-273C-36C. 10. 人体辐射的能量子的值为 低物 (=)nf=2.12x10-21. m 鹰见解析 36 2.12×10-*1 .202·