课时梯级训练(15) 热力学第二定律（Word练习）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（教科版2019）

课时梯级训练(15)　热力学第二定律 1．下列对能量耗散的理解正确的是(　　) A．能量耗散说明能量不断减少 B．能量耗散遵守能量守恒定律 C．能量耗散说明能量不能凭空产生，但可以凭空消失 D．能量耗散从能量角度反映出自然界的宏观过程没有方向性 B　解析：能量耗散的过程是能量向品质低的大气内能转变的过程，但是总的能量是守恒的，能量不能凭空产生，也不能凭空消失，A、C错误，B正确；根据热力学定律可知，宏观自然过程自发进行是有其方向性，能量耗散就是从能量的角度反映了这种方向性，D错误。 2．(多选)关于第二类永动机，下列说法正确的是(　　) A．第二类永动机是指没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机 B．第二类永动机违背了热力学第二定律，所以不可能制成 C．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不能全部转化为机械能 D．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化为机械能，而不引起其他变化 ABD　解析：由第二类永动机的定义知，第二类永动机是指没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机，A正确；第二类永动机不违背能量守恒定律，但是违背了热力学第二定律，所以不可能制成，B正确；机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化为机械能，而不引起其他变化，D正确，C错误。 3．根据热学中的有关知识，下列说法正确的是(　　) A．尽管技术不断进步，热机的效率仍不能达到100%，制冷机却可以使温度降到－293 ℃ B．第二类永动机是可以制造出来的，因为它不违反热力学第一定律 C．把装有不同压强、不同温度的气体的两容器连通，温度高的气体会向温度低的一方传递热量，压强大的气体会向压强小的一方流动 D．改进内燃机结构，提高内燃机内能转化率，最终可能实现内能完全转化为机械能 C　解析：尽管技术不断进步，热机的效率仍不能达到100%，制冷机不可以使温度降到－293 ℃，只能接近－273.15 ℃，却不可能达到，A错误；第二类永动机不违背能量守恒定律，而是违背了热力学第二定律，第二类永动机不可能被制造出来，B错误；把装有不同压强、不同温度的气体的两容器连通，只要时间足够长，温度高的气体会向温度低的一方传递热量，压强大的气体会向压强小的一方流动，只要时间足够长，系统内各部分的状态参量均能达到稳定，C正确；即使改进内燃机结构，提高内燃机内能转化率，根据热力学第二定律，内燃机也不可能实现内能完全转化为机械能，D错误。 4．(多选)人类不但掌握了精准测温控温的方法，还可以人工产生高热和深冷，在高热和深冷的“世界”里不断发现新的科学奇迹。下列关于热力学定律的说法正确的是(　　) A．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的 B．可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不引起其他影响 C．第二类永动机没有违反能量守恒定律，但违反了热力学第一定律 D．相互接触的两个物体发生热传递，达到热平衡时物体的温度一定相同 AD　解析：根据热力学第二定律，一切与热现象有关的自然过程都是不可逆的，A正确；根据热力学第二定律，不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为功，而不产生其他影响，B错误；第二类永动机没有违反能量守恒定律，即没有违反热力学第一定律，但违反了热力学第二定律，C错误；物体的内能与物质的量、温度、体积、物态等有关，所以相互接触的两个物体发生热传递，达到热平衡时温度一定相同，而内能可能不同，D正确。 5．关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述正确的是(　　) A．热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化，而热力学第二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式的能，故这两条定律是相互矛盾的 B．内能可以全部转化为其他形式的能，只是会产生其他影响，故两条定律并不矛盾 C．两条定律都是有关能量的转化规律，它们不但不矛盾，而且没有本质区别 D．能量守恒定律已经包含了热力学第一定律和热力学第二定律 B　解析：热力学第一定律揭示了内能与其他形式能量之间的转化关系，是能量守恒定律在热力学中的具体体现，热力学第二定律则进一步阐明了内能与其他形式能量转化时的方向性，二者表述的角度不同，本质不同，相互补充，并不矛盾，A、C、D错误；内能在一定条件下可以全部转化为机械能，热量也可以由低温物体传递到高温物体，但是要引起其他变化，如电冰箱制冷机工作要消耗电能，B正确。 6．(多选)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背能量守恒定律 D．电冰箱的工作原理违背了能量守恒定律 BC　解析：因为冰箱内的温度低于冰箱外的温度，所以热量不可以自发地从冰箱内传到冰箱外，A错误；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，电冰箱的工作原理不违背能量守恒定律，B、C正确，D错误。 7．(多选)下列现象及关于热力学第一、第二定律的叙述正确的是(　　) A．一定质量的理想气体在等温膨胀过程中，气体一定从外界吸收热量 B．热力学第一定律和热力学第二定律是从不同角度阐述了能量守恒定律 C．0 ℃的冰融化为0 ℃的水，此过程系统吸收热量，内能增加 D．“覆水难收(泼出去的水难以收回)”反映了与热现象有关的宏观过程具有方向性 ACD　解析：一定质量的理想气体在等温膨胀过程中，内能不变，即ΔU＝0，而W<0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，则Q>0，气体一定从外界吸收热量，A正确；热力学第一定律是能量守恒定律在热现象中的体现，热力学第二定律则指出了能量转化的方向性，B错误；0 ℃的冰融化为0 ℃的水，系统分子势能增加，分子平均动能不变，分子总动能不变，系统内能增加，C正确；热力学第二定律的微观意义是一切自发过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行，泼出去的水相比盆中的水，分子无序性增加了，反映了与热现象有关的宏观过程具有方向性，D正确。 8．(多选)如图所示，绝热的汽缸被一个绝热的活塞分成左右两部分，活塞质量不计，活塞用销钉锁住，活塞与汽缸之间没有摩擦，汽缸左边装有一定质量的理想气体，右边为真空，现在拔去销钉，抽去活塞，让气体向右边的真空做绝热自由膨胀，下列说法正确的是(　　) A．气体在向真空膨胀的过程中对外做功，气体内能减少 B．气体在向真空膨胀的过程中不对外做功，分子平均动能不变 C．气体在向真空膨胀的过程中，系统的熵不可能增加 D．若无外界的干预，气体分子不可能自发地退回到左边，使右边重新成为真空 BD　解析：气体在向真空膨胀的过程中没有力的作用，所以不对外做功，为绝热过程，内能不变，温度不变，分子平均动能不变，A错误，B正确；气体在向真空膨胀的过程中，系统的熵是增加的，C错误；若无外界的干预，气体分子不可能自发地退回到左边，使右边重新成为真空，D正确。 9．(多选)利用“涡流效应”可实现冷热气体的分离。如图，一冷热气体分离装置由喷嘴、涡流室、环形管、分离挡板和冷热两端管等构成。高压氮气由喷嘴切向流入涡流室中，然后以螺旋方式在环形管中向右旋转前进，分子热运动速率较小的气体分子将聚集到环形管中心部位，而分子热运动速率较大的气体分子将聚集到环形管边缘部位。气流到达分离挡板处时，中心部位气流与分离挡板碰撞后反向，从A端流出，边缘部位气流从B端流出。下列说法正确的是(　　) A．A端为冷端，B端为热端 B．A端流出的气体分子热运动平均速率一定小于B端流出的 C．A端流出的气体内能一定大于B端流出的 D．该装置气体进出的过程满足能量守恒定律，但违背了热力学第二定律 AB　解析：依题意，中心部位为热运动速率较低的气体，与挡板作用后反弹，从A端流出，而边缘部位为热运动速率较高的气体，从B端流出；同种气体分子平均热运动速率较大，其对应的温度也就较高，所以A端为冷端，B端为热端，A项正确；依题意，A端流出的气体分子热运动速率较小，B端流出的气体分子热运动速率较大，所以从A端流出的气体分子热运动平均速率小于从B端流出的，从A端流出的气体分子平均动能小于从B端流出的气体分子平均动能；内能的多少还与分子数有关，依题意，不能得出从A端流出的气体内能一定大于从B端流出的气体内能，B正确，C错误；该装置将冷热不均的气体进行分离，喷嘴处有高压，即通过外界做功而实现的，并非是自发进行的，没有违背热力学第二定律；温度较低的从A端出、较高的从B端出，也符合能量守恒定律，D项错误。 10．以下哪些现象能够发生、哪些不能发生？能够发生的现象是否违背热力学第二定律？ (1)一杯热茶自然放置，茶会自动变得更热。 (2)蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能。 (3)桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离。 (4)电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体。 答案：(1)(2)不能发生　(3)(4)能够发生，不违背 解析：(1)不可能。热茶温度比周围环境温度高，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体。 (2)不可能。蒸汽的内能转化为机械能必定需要做功，即热蒸汽推动活塞做功，这一过程中，一方面由于活塞摩擦汽缸而产生内能，另一方面热蒸汽与周围环境有温度差，蒸汽机会向周围环境散热。所以，蒸汽机把蒸汽的内能全部转化为机械能是不可能的。 (3)可能。混浊的泥水静置一段时间后，由于泥沙比水的密度大，泥沙会自动下沉，从而使得上面的浑水变清了。此过程不违背热力学第二定律，泥沙的重心降低，重力势能减少了，水的重心升高，水的重力势能增加了，但系统总的重力势能减少了，最终转化为内能，而机械能百分之百地转化为内能是可能的。 (4)可能。电冰箱通电后，电冰箱内的压缩机工作，消耗电能，将热量由箱内低温物体传递到箱外高温物体。没有违背热力学第二定律，因为它是通过消耗了电能从而引起其他变化的。 学科网（北京）股份有限公司 $$