高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册4 热力学第二定律同步训练题

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册4 热力学第二定律同步训练题，共6页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
eq \f( 基础巩固练,25分钟·满分60分 )
一、选择题(本题共9小题，每题6分，共54分)
1．我们绝不会看到：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来。其原因是( C )
A．这违反了能量守恒定律
B．在任何条件下内能都不可能转化为机械能，只有机械能才会转化为内能
C．机械能和内能的转化过程具有方向性，内能转化成机械能是有条件的
D．以上说法均不正确
解析：机械能和内能可以相互转化，但必须通过做功来实现。由热力学第二定律可知，内能不可能全部转化成机械能，同时不引起其他变化。
2．(2021·浙江嘉兴月考)人人选择绿色出行方式，个个践行低碳生活理念，“低碳”要求我们节约及高效利用能源，关于能源与能量，下列说法中正确的是( C )
A．能量被使用后就消失了，所以要节约能源
B．自然界中石油、煤炭等能源可供人类长久使用
C．人类应多开发和利用风能、太阳能、核能等新能源
D．人类不断地开发和利用新的能源，所以能量可以被创造
解析：根据能量守恒定律，能量不会消失也不会被创造，故AD错误；自然界中石油、煤炭等能源是不可再生资源，不能被人类长久使用，故B错误；风能、太阳能、核能等清洁的新能源，人类应多开发和利用，故C正确。
3．下列说法正确的是( C )
A．热力学第二定律否定了以特殊方式利用能量的可能性
B．电流流过导体转化为内能，反过来，可将内能收集起来，再转化成相同大小的电流
C．可以做成一种热机，由热源吸取一定的热量而对外做功
D．冰可以熔化成水，水也可以结成冰，这个现象违背了热力学第二定律
解析：热力学第二定律说明了一切与热现象有关的宏观过程都是有方向性的，但并没有否定以特殊方式利用能量的可能性，故A项错误；功和内能的转化具有方向性，其逆过程是不可能自发实现的，故B项错误；只要不要求吸收的热量全部用来做功而不产生其他影响，可以做成一种热机，由热源吸取一定热量而对外做功，故C项正确；冰熔化成水，水结成冰，伴随着能量的转移，不是自发进行的，没有违背热力学第二定律，故D项错误。
4．(2021·北京市朝阳区模拟)下列说法中正确的是( B )


A．图甲中，两个分子从很远处逐渐靠近，直到不能再靠近为止的过程中，分子间相互作用的合力先变小后变大
B．图乙中，在测量分子直径时，可把油膜厚度视为分子直径
C．图丙中，猛推木质推杆，密闭的气体温度升高，压强变大，气体对外界做功
D．图丁中，电冰箱的工作过程表明，热量可以自发的从低温物体向高温物体传递
解析：在使两个分子间的距离由很远(r＞10－9 m)减小到很难再靠近的过程中，分子力开始时是引力，先增大，后减小，再变成斥力后逐渐增大，故A错误；乙图中，在测量油酸分子直径时，可把油膜厚度视为分子直径，故B正确；丙图中，猛推木质推杆，该过程中气体的体积减小，外界对气体做功，密闭的气体温度升高，压强变大，故C错误；丁图中，电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递，在该过程中压缩机做功，产生其他的变化，故D错误。
5．(多选)下列说法中正确的是( BCD )
A．随着科学技术的发展，制冷机的制冷温度可以降到－280 ℃
B．热量可以从低温物体传到高温物体
C．无论科技怎样发展，第二类永动机都不可能实现
D．无论科技怎样发展，都无法判断一物体温度升高是通过做功还是热传递实现的
解析：制冷机的制冷温度不可能降到－273.15 ℃以下，A错误；在一定条件下，热量可以从低温物体传到高温物体，B正确；不可能从单一热库吸热使之完全变成功而不产生其他影响，即第二类永动机永远不可能实现，C正确；做功和热传递在改变物体内能上是等效的，无论科技怎样发展，都无法判断一物体的温度升高是通过做功还是热传递实现的，D正确。
6．(多选)(2020·云南红河州河口一中高二上开学测试)下列哪些现象属于能量的耗散( BD )
A．利用水流能发电产生电能B．电能在灯光中变成光能
C．电池的化学能变成电能D．火炉把屋子烤暖
解析：能源耗散是指将高品质的能源在利用过程中转化为了低品质的能量过程，故BD是能源耗散。
7．(多选)倒一杯热水，然后加入适量的糖后，糖会全部溶于水中，但一段时间后又观察到杯底部有糖结晶，关于这个过程下列叙述正确的是( BD )
A．溶解过程是自发的，结晶过程也是自发的，因此热力学第二定律是错误的
B．溶解过程是有序向无序转变的过程
C．结晶过程是有序向无序转变的过程
D．结晶过程不是自发的，因为有外界的影响
解析：溶解过程是自发的，是由有序向无序转变的过程；结晶过程不是自发的，通常是由于水温降低或水的蒸发引起，是由无序向有序的转变过程，故选项B、D正确，选项A、C错误。
8．(多选)下面关于熵的说法正确的是( ACD )
A．熵是物体内分子运动无序程度的量度
B．在孤立系统中，一个自发的过程熵总是向减少的方向进行
C．热力学第二定律的微观实质是熵是增加的
D．熵值越大，代表系统分子运动越无序
解析：熵是物体内分子运动无序程度的量度，熵越大则物体内分子运动无序程度越大，A正确，在孤立系统中，一个自发的过程熵总是向增加的方向进行，B错误；热力学第二定律的微观实质是熵是增加的，C正确；熵值越大，代表系统分子运动越无序，D正确。
9．(多选)(2021·江西九江都昌县狮山中学高二月考)我国神九航天员的漫步太空已成为现实。神九航天员漫步太空，此举震撼世界，意义重大无比。其中，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”，其原理如图所示，两个相通的舱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( AD )
A．气体体积膨胀，但不做功
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
解析：当阀门K被打开时，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正确；又因为系统与外界无热交换，所以气体内能不变，则气体的温度也不变，故BC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中气体不能自发地全部退回到A中，故D正确。
二、非选择题(共6分)
10．(6分)用两种不同的金属丝组成一个回路，接触点1插在热水中，接触点2插在冷水中，如图所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象，这一实验是否违反热力学第二定律？热水和冷水的温度是否会发生变化？简述这一过程中能的转化情况。
答案：不违反；热水温度降低，冷水温度升高；转化效率低于100%
解析：温差发电现象中产生了电能是因为热水中的内能减少，一部分转化为电能，一部分传递给冷水，不违反热力学第二定律。
eq \f( 能力提升练,15分钟·满分40分 )
一、选择题(本题共4小题，每题7分，共28分)
1．下列宏观过程不能用热力学第二定律解释的是( A )
A．大米和小米混合后小米能自发地填充到大米空隙中而经过一段时间大米、小米不会自动分开
B．将一滴红墨水滴入一杯清水中，会均匀扩散到整杯水中，经过一段时间，墨水和清水不会自动分开
C．冬季的夜晚，放在室外的物体随气温的降低，不会由内能自发地转化为机械能而动起来
D．随着节能减排措施的不断完善，最终也不会使汽车热机的效率达到100%
解析：热力学第二定律反映的是与热现象有关的宏观过程的方向性的规律，A不属于热现象。
2．热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象。所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把散失的能量重新收集、加以利用。下列关于能量耗散的说法中正确的是( D )
A．能量耗散说明能量不守恒
B．能量耗散不符合热力学第二定律
C．能量耗散过程中能量不守恒
D．能量耗散是从能量转化的角度，反映出自然界中的宏观过程具有方向性
解析：能量耗散是指能量在转化的过程中扩散到周围环境中无法再收集起来加以利用，其满足能量守恒定律，也符合热力学第二定律。能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上降低了。能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性，所以A、B、C错误，D正确。
3．(多选)大约在1670年，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。在以后的二百多年里，维尔金斯的永动机居然改头换面地出现过多次，其中一次是在1878年，即在能量转化和守恒定律确定20年后，竟在德国取得了专利权。关于维尔金斯“永动机”，正确的认识应该是( AD )
A．不符合理论规律，一定不可能实现
B．如果忽略斜面的摩擦，维尔金斯“永动机”一定可以实现
C．如果忽略斜面的摩擦，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．违背能量转化和守恒定律，不可能实现
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，小球上升过程中，磁场力对小球做正力，使小球增加了机械能；但小球下落时，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，故选择AD。
4．(多选)(2021·江苏省徐州月考)关于热力学定律，下列说法正确的是( AB )
A．气体向真空的自由膨胀是不可逆的
B．理想气体在等温膨胀过程中从外界吸收的热量全部用于对外做功
C．空调机既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性
D．只要对内燃机不断改进，就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能
解析：根据热力学第二定律知气体向真空的自由膨胀是不可逆的，故A正确；理想气体在等温膨胀过程中气体的内能没有变，所以把吸收的热量全部对外做功，故B正确；空调机既能制热又能制冷，但是要耗电，即热传递有方向性，热量只能自发地由高温物体传向低温物体，故C错误；根据热力学第二定律可知，热机的效率不可能达到100%，即使对内燃机不断改进，也不可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能，故D错误。
二、非选择题(共12分)
5．(12分)如图所示的皮筋轮子发动机将一结实而富有弹性的条形材料(塑料或薄纸板)，围成一个直径为30 cm的环，用一些皮筋固定在这个环和中心轴之间。该中心轴可以在两个支架上做摩擦很小的转动。如果轮子的一边接近一个热源，如一电灯，接收了更多热量的皮筋就会变短，迫使轮子变成椭圆形，重心不再位于旋转轴上，这就迫使轮子转动，其他的皮筋接近电灯，轮子持续变形就保证了运动无休止地进行下去。分析上述发动机能实现吗？(该皮筋受热形变后不能自发地恢复原状)
答案：这实际上是一架第二类永动机，希望从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化。轮子变形后，重心偏移，开始带动“机器”转动。随着轮子不同部位的靠近，轮子不断收缩变形，最后达到不可再变的程度，此时发动机不再获得新的动能。要使它继续加速运动，必须通过外界的能量使轮子重新恢复原状，但这违背了设计的初衷，即从单一热源吸收热量把它全部用来做功。所以这台发动机是不能制成的，它违背了热力学第二定律。