3.4 热力学第二定律 分层练习 -2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

第3.4课 热力学第二定律 ( 基础达标练 ) 01热力学第二定律 1．(多选)下列说法正确的是( ) A．不可以从单一热库吸热使之完全变成功 B．机械能可以全部转化为内能，但内能不可以全部转化为机械能而不产生其他影响 C．热机的效率不能达到100% D．将来可能利用海水的温差发电供人类使用 2．(多选)有关热力学第二定律，下列说法正确的是( ) A．热力学第二定律说明自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性 B．热力学第二定律可以表述为：气体向真空的自由膨胀是不可逆的 C．由热力学第二定律的克劳修斯表述可知热量只能从高温物体传到低温物体 D．第一类永动机违背了热力学第二定律，因此制不成 3．(多选)关于自然过程的方向性，下列说法正确的是( ) A．摩擦生热的过程是可逆的 B．凡是符合能量守恒的过程一般都是可逆的 C．实际的宏观自发过程都具有“单向性”或“不可逆性” D．气体的自由膨胀是不可逆过程 4．根据热力学定律，下列判断正确的是( ) A．我们可以把火炉散失到周围环境中的能量全部收集到火炉中再次用来取暖 B．利用浅层海水和深层海水间的温度差制造出一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，这在原理上是可行的 C．制冷系统能将冰箱内的热量传给外界较高温度的空气，而不引起其他变化 D．满足能量守恒定律的客观过程都可以自发地进行 5．下列说法中正确的是( ) A．在一房间内，打开一台冰箱的门，再接通电源，过一段时间后，室内温度就会降低 B．从目前的理论看来，只要实验设备足够高级，可以使温度降低到－274 ℃ C．第二类永动机是不能制造出来的，尽管它不违反热力学第一定律，但它违反热力学第二定律 D．机械能可以自发地全部转化为内能，内能也可以全部转化为机械能而不引起其他变化 6．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．能量守恒定律包含了热力学第一定律和热力学第二定律 02能源是有限的 7．(多选)下列对能量耗散理解正确的是( ) A．能量耗散从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性 B．能量耗散遵守能量守恒定律 C．能量耗散说明能量可以凭空消失 D．能量耗散说明能量在不断减少 8．第19届亚运会于9月23日晚在杭州盛大开幕。此次亚运会开幕式将实体烟花燃放改成电子烟花表演展示，通过数字技术、光学投影等展现烟花绽放场景，传递出中国绿色低碳环保且负责任的发展中大国形象。以下说法正确的是( ) A．能量在使用过程中总量保持不变，故无需节约用电，可尽情燃放电子烟花 B．不断开发新能源，发展新技术，是缓解能源危机、加强环境保护的重要手段 C．电子烟花技术将电能全部转化为光能和内能，过程中不存在能量耗散 D．相比于传统烟花，使用电子烟花完全无污染 9．(多选)随着时代的发展，能源格局面临新的机遇与挑战。下列关于能量和能源的说法正确的是( ) A．能量在转化过程中具有方向性，因此可利用能源是有限的 B．电动汽车充电时，电能全部转化为锂电池的化学能 C．自由摆动秋千摆幅越来越小，减少的机械能转化内能，但总能量守恒 D．太阳照射到地球上的光能转化成其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了 10．下列关于熵的说法错误的是( ) A．熵是系统无序程度的量度 B．在孤立系统中，一个自发的过程总是向熵减少的方向进行 C．热力学第二定律的微观实质是孤立系统总是向熵增大的状态发展 D．熵值越大，代表系统分子运动越无序 ( 能力提升练 ) 11．热力学第二定律常见的表述方式有两种，其一是：热量不能自发地从低温物体传到高温物体；其二是：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。第一种表述方式可以用右图来表示，根据你对第二种表述的理解，如果也用类似的示意图来表示，你认为下列示意图中正确的是( ) 12．下列说法正确的是( ) A．一定质量的100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气时，其内能不变 B．用打气筒给自行车打气时需要的力越来越大，这是由于轮胎内气体分子间斥力越来越大 C．干旱天气里不宜锄松土壤，因为蓬松的土壤有利于水分蒸发，会使得土地更加干旱 D．初速度v0的物块在地面上滑动，最终停下来，产生的热量为Q。如果不计摩擦力及一切损耗，给物块相同的热量Q，物块获得的速度小于v0 ( 综合拓展 练 ) 13．如图所示，导热性能良好的汽缸高为L=50 cm，开口向上置于水平地面上。汽缸中有横截面积为S=10 cm2、质量为m=2 kg的光滑活塞，开始时活塞正好位于汽缸顶部，将一定质量的理想气体封闭在汽缸内。外界温度为t0=27 ℃、大气压为p0=1×105 Pa，汽缸和活塞的厚度均可忽略不计，g取10 m/s2。将汽缸固定在地面上，如果气体温度保持不变，在活塞上轻轻放一个物体，活塞下降并稳定停在距离底部L处。 （1）求所放物体的质量； （2）稳定后，外界温度缓慢升高，使活塞重新上升4 cm，则此时外界温度t为多少摄氏度？若该过程中气体内能增加5 J，则该过程中气体吸收热量多少？ 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第3.4课 热力学第二定律 ( 基础达标练 ) 01热力学第二定律 1．(多选)下列说法正确的是( ) A．不可以从单一热库吸热使之完全变成功 B．机械能可以全部转化为内能，但内能不可以全部转化为机械能而不产生其他影响 C．热机的效率不能达到100% D．将来可能利用海水的温差发电供人类使用 答案：BCD 解析：在引起其他变化的情况下，可以从单一热库吸热使之完全变成功，故A错误；在产生其他影响的情况下，内能可以全部转化为机械能，故B正确；由于不可能从单一热库吸收热量全部对外做功而不引起其他变化，导致热机的效率不能达到100%，故C正确；将来可能实现海水温差发电，故D正确。 2．(多选)有关热力学第二定律，下列说法正确的是( ) A．热力学第二定律说明自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性 B．热力学第二定律可以表述为：气体向真空的自由膨胀是不可逆的 C．由热力学第二定律的克劳修斯表述可知热量只能从高温物体传到低温物体 D．第一类永动机违背了热力学第二定律，因此制不成 答案：AB 解析：根据热力学第二定律，自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，故A正确；对任何与热现象有关的宏观自然过程方向性的描述，都可以作为热力学第二定律的一种表述，故B正确；热量可以从低温物体传到高温物体，只是不能自发进行，第一类永动机违背了能量守恒定律，故C、D错误。 3．(多选)关于自然过程的方向性，下列说法正确的是( ) A．摩擦生热的过程是可逆的 B．凡是符合能量守恒的过程一般都是可逆的 C．实际的宏观自发过程都具有“单向性”或“不可逆性” D．气体的自由膨胀是不可逆过程 答案：CD 解析：机械能和内能的转化过程具有方向性，所以摩擦生热的过程是不可逆的，故A错误；实际的宏观自发过程都符合能量守恒定律，具有“单向性”或“不可逆性”，故B错误，C正确；气体自由膨胀的过程具有方向性，是不可逆过程，故D正确。 4．根据热力学定律，下列判断正确的是( ) A．我们可以把火炉散失到周围环境中的能量全部收集到火炉中再次用来取暖 B．利用浅层海水和深层海水间的温度差制造出一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，这在原理上是可行的 C．制冷系统能将冰箱内的热量传给外界较高温度的空气，而不引起其他变化 D．满足能量守恒定律的客观过程都可以自发地进行 答案：B 解析：热量不能自发地从低温物体传到高温物体，所以不能把散失的能量全部收集起来重新加以利用，A错误；由热力学第二定律可知，B正确；热量从低温物体传给高温物体时一定会发生其他变化，C错误；只满足能量守恒定律而不满足热力学第二定律的过程是不可能发生的，D错误。 5．下列说法中正确的是( ) A．在一房间内，打开一台冰箱的门，再接通电源，过一段时间后，室内温度就会降低 B．从目前的理论看来，只要实验设备足够高级，可以使温度降低到－274 ℃ C．第二类永动机是不能制造出来的，尽管它不违反热力学第一定律，但它违反热力学第二定律 D．机械能可以自发地全部转化为内能，内能也可以全部转化为机械能而不引起其他变化 答案：C 解析：在房间内，打开一台冰箱的门，再接通电源，电流做功电能转化为热能，室内温度会升高，故A错误；－274 ℃低于绝对零度，是不可能达到的，故B错误；第二类永动机不违反能量守恒定律，违反了物理过程的方向性，故C正确；机械能可以自发地全部转化为内能，但不可能从单一热源吸收热量全并将这热量变为功，而不产生其他影响，故D错误。 6．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．能量守恒定律包含了热力学第一定律和热力学第二定律 答案：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，B正确，A、C、D错误。 02能源是有限的 7．(多选)下列对能量耗散理解正确的是( ) A．能量耗散从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性 B．能量耗散遵守能量守恒定律 C．能量耗散说明能量可以凭空消失 D．能量耗散说明能量在不断减少 答案：AB 解析：能量耗散遵守能量守恒定律，能量既不能凭空消失，也不能减少，而是以不同形式存在。能量耗散是指在能量转化的过程中，其他形式的能最终转化为热能，流散到周围环境中，无法利用，使能量的可利用率越来越低，反映了能量流动的方向性，故A、B正确。 8．第19届亚运会于9月23日晚在杭州盛大开幕。此次亚运会开幕式将实体烟花燃放改成电子烟花表演展示，通过数字技术、光学投影等展现烟花绽放场景，传递出中国绿色低碳环保且负责任的发展中大国形象。以下说法正确的是( ) A．能量在使用过程中总量保持不变，故无需节约用电，可尽情燃放电子烟花 B．不断开发新能源，发展新技术，是缓解能源危机、加强环境保护的重要手段 C．电子烟花技术将电能全部转化为光能和内能，过程中不存在能量耗散 D．相比于传统烟花，使用电子烟花完全无污染 答案：B 解析：能量在使用过程中虽然总量保持不变，但品质越来越差，即可利用率越来越低，所以必需节约能源，故A错误；不断开发新能源，发展新技术，是缓解能源危机、加强环境保护的重要手段，故B正确；电子烟花技术不能将电能全部转化为光能和内能，过程中也存在能量耗散，故C错误；相比于传统烟花，使用电子烟花污染较少，但也不是完全无污染，故D错误。 9．(多选)随着时代的发展，能源格局面临新的机遇与挑战。下列关于能量和能源的说法正确的是( ) A．能量在转化过程中具有方向性，因此可利用能源是有限的 B．电动汽车充电时，电能全部转化为锂电池的化学能 C．自由摆动秋千摆幅越来越小，减少的机械能转化内能，但总能量守恒 D．太阳照射到地球上的光能转化成其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了 答案：AC 解析：根据热力学第二定律可知，能量在转化过程中具有方向性，因此可利用能源是有限的，故A正确；电动汽车充电时，电能没有全部转化为锂电池的化学能，还有一部分转化为内能，故B错误；自由摆动秋千摆幅越来越小，减少的机械能转化内能，但总能量守恒，故C正确；根据能量守恒可知，太阳照射到地球上的光能转化成其他形式的能量，而照射到宇宙空间的能量并没有消失，故D错误。 10．下列关于熵的说法错误的是( ) A．熵是系统无序程度的量度 B．在孤立系统中，一个自发的过程总是向熵减少的方向进行 C．热力学第二定律的微观实质是孤立系统总是向熵增大的状态发展 D．熵值越大，代表系统分子运动越无序 答案：B 解析：熵是系统无序程度的量度，熵越大，系统分子运动无序程度越大，故A、D正确；孤立系统中发生的任何实际过程，其能量的总值保持不变，而其熵值恒增，故B错误，C正确。 ( 能力提升练 ) 11．热力学第二定律常见的表述方式有两种，其一是：热量不能自发地从低温物体传到高温物体；其二是：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。第一种表述方式可以用右图来表示，根据你对第二种表述的理解，如果也用类似的示意图来表示，你认为下列示意图中正确的是( ) 答案：B 解析：由题图可知，使热量由低温物体传递到高温物体必伴随着制冷机的做功，即不是自发的过程，对于第二种表述，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，另一部分热量要传递给低温物体，故选项B正确，A、C、D错误。 12．下列说法正确的是( ) A．一定质量的100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气时，其内能不变 B．用打气筒给自行车打气时需要的力越来越大，这是由于轮胎内气体分子间斥力越来越大 C．干旱天气里不宜锄松土壤，因为蓬松的土壤有利于水分蒸发，会使得土地更加干旱 D．初速度v0的物块在地面上滑动，最终停下来，产生的热量为Q。如果不计摩擦力及一切损耗，给物块相同的热量Q，物块获得的速度小于v0 答案：D 解析：一定质量的100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气时，发生汽化现象，要吸热，内能增加，故A错误；用打气筒给自行车打气时，越下压越费力这是气体压强作用的缘故，与分子力无关，故B错误；土壤里有很多毛细管，将地面的土壤锄松后破坏了土壤里的毛细管，不再发生毛细现象，水分保留在土壤内部，故C错误；根据热力学第二定律，由有序性较高的能量向内能转化具有方向性，由有序性较低的能量到有序性较高的能量转化需要条件且不能全额发生，故D正确。 ( 综合拓展 练 ) 13．如图所示，导热性能良好的汽缸高为L=50 cm，开口向上置于水平地面上。汽缸中有横截面积为S=10 cm2、质量为m=2 kg的光滑活塞，开始时活塞正好位于汽缸顶部，将一定质量的理想气体封闭在汽缸内。外界温度为t0=27 ℃、大气压为p0=1×105 Pa，汽缸和活塞的厚度均可忽略不计，g取10 m/s2。将汽缸固定在地面上，如果气体温度保持不变，在活塞上轻轻放一个物体，活塞下降并稳定停在距离底部L处。 （1）求所放物体的质量； （2）稳定后，外界温度缓慢升高，使活塞重新上升4 cm，则此时外界温度t为多少摄氏度？若该过程中气体内能增加5 J，则该过程中气体吸收热量多少？ 答案：（1）3 kg；（2）57 ℃，11 J 解析：（1）开始时V1=LS 压强为p1=p0+=1.2×105 Pa 活塞下移到处时V2=S 设此时气体的压强为p2，对所封闭的气体，活塞向下移动时，气体发生等温变化，根据玻意耳定律有p1V1=p2V2 解得p2=1.5×105 Pa 设所放物体的质量为m0，此时对活塞有p2S=p0S+mg+m0g 解得m0=3 kg （2）对所封闭的气体，开始时V2=S T2=300 K 温度升高后V3=（+ΔL）S 设此时的温度为T3，此过程为等压过程，根据 解得T3=330 K 即t=57 ℃ 该过程中气体对外界做功，得W=-p2SΔL 由热力学第一定律可得ΔU=W+Q 解得Q=11 J 1 学科网（北京）股份有限公司 $$