高中物理沪科版 (2019)选择性必修 第三册第4章 热力学定律4.3 热力学第二定律当堂检测题

【精编】第3节热力学第二定律-1优选练习

一．填空题

1．一种海浪发电机的气室如图所示，工作时，活塞随海浪上升活下降，改变气室中空气的压强，从而驱动进气阀门和出气阀门打开或关闭，气室先后经历吸入．压缩和排出空气的过程，推动出气口处的装置发电，气室中的空气可视为理想气体．
（1）下列对理想气体的理解，正确的有         ．
（A）理想气体实际上并不存在，只是一种理想模型
（B）只要气体的压强不是很高就可视为理想气体
（C）一定质量的某种理想气体的内能与温度．体积都有关
（D）在任何温度．任何压强下，理想气体都遵循气体的实验定律
（2）压缩过程中，两个阀门均关闭，若此过程中，气室中的气体与外界无热量交换，内能增加了3.4×104J，则该气体的分子平均动能    （选填“增大”“减小”或“不变”），活塞对该气体所做的功          （选填“大于”“小于”或“等于”）3.4×104J．
（3）上述过程中，气体刚被压缩时的温度为27℃，体积为0.224m3，压强为1个标准大气压，已知1 mol气体在1个标准大气压．0℃时的体积为22.4L，阿伏伽德罗常数NA=6.02×1023mol-1，计算此时气室中气体的分子数（计算结果保留一位有效数字）

2．在将空气压缩装入气瓶的过程中，温度保持不变，外界做了24KJ的功。现潜水员背着该气瓶缓慢地潜入海底，若在此过程中，瓶中空气的质量保持不变，且放出了5KJ的热量。在上述两个过程中，空气的内能共减小 _____KJ,空气 ______（选填“吸收”或“放出”）的总热量为_________kJ.

3．下列说法错误的是（　 　）

A．液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点

B．杯中的茶水慢慢冷却，该过程中有的水分子的运动速率反而增大了

C．在南方的梅雨季节，湿衣服较不容易晾干，这是相对湿度较大的缘故

D．空调可以把热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外而不引起其他变化

4．热量总是自发地从高温物体传递给低温物体，这说明热传递过程具有___________；冰箱工作时，能把冰箱内的热量传递到冰箱外，这___________（填“违反“或“不违反“）热力学第二定律。

5．热量会自发地从高温物体传给低温物体，_________（选填“能”“不能”）实现相反过程，这说明热传导具有_________性。

6．如图是热管原理示意图，管内衬有一层叫吸液芯的多孔材料，里面装有酒精或其它液体．热管可以把高温部分的热量迅速传递到低温部分，其主要是利用了内装液体在高温部分       ，然后又迅速跑到低温部分进行           的道理

7．热力学第二定律的开尔文表述：

（1）热机

①热机工作的两个阶段：第一个阶段是燃烧燃料，把燃料中的________变成工作物质的内能；第二个阶段是工作物质对外做功，把自己的内能变成_______。

②热机用于做功的热量一定_______它从高温热库吸收的热量，即W_______Q；

（2）热力学第二定律的开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之_______，而不产生其他影响。（该表述阐述了机械能与内能转化的方向性）

8．永动机：第一类永动机是不可能制成的，因为它违反了________；第二类永动机也是不可能制成的，因为它违反了________。

9．热力学系统和外界

（1）热力学系统：由_______组成的研究对象叫作热力学系统，简称系统。

（2）外界：系统之外与系统发生_______的其他物体统称外界。

10．小明刚学了热传递的知识，想到了一个问题：在热传递过程中传递的是能量，还是温度？小明想到晚上洗澡时，用热水和冷水兑成温水，这不就是热传递现象吗？他决定用实验来研究．他从实验室借来量筒．烧杯．温度计．量热器（一种容器，绝热性能好）等器材．他先在量热器中倒入400mL温度为20℃的冷水，又倒入400mL温度为80℃的热水，稍搅拌后测得混合后的共同温度为50℃，接着他改变了水的体积和热水的初温，又做了三次实验，将数据记录在下表：（小明知道：100mL的水的质量是100g，合0.1kg，下表中水用质量表示）

根据上表中的数据，小明做了下面的计算和分析：（c水=4200J/（kg？℃））
（1）请将表格中两空格填全．       ,              
（2）在第三次实验中，冷水吸收的热量Q吸=          J，热水放出的热量Q放=            J．
小明经过计算和分析，概括了以下几点：
（1）热传递过程中，低温物体上升的温度         （一定/不一定）等于高温物体下降的温度．
（2）热传递过程中，低温物体吸收的热量             （等于/小于/大于）高温物体放出的热量．
（3）热传递过程中，传递的是            （能量/温度）．
小明经过思考，又提出了下面两个问题，请你帮他解答：
（1）要使一定质量的热水下降一定的温度，所用的冷水需要上升的温度和冷水质量之间成什么定量关系？             ．
（2）两种不同物体发生热传递时（无热量损失），要使低温物体上升的温度等于高温物体下降的温度，应满足的条件是      

11．能量转化是有方向性的。机械能和内能之间的转化也是有方向的，其中_____能可以完全转化为_____能。而相反的过程就不可能，除非引起其他变化。

12．如图所示是压缩式电冰箱的工作原理示意图。经过干燥过滤器后液体制冷剂进入蒸发器，汽化吸收箱体内的热量，压缩机使低温低压的制冷剂气体变成高温高压的气体，然后制冷剂在冷凝器中液化放出热量到箱体外。电冰箱将热量从低温物体转移到高温物体的工作过程___________（填“违背”或“不违背”）热力学第二定律。制冷剂在蒸发器中由液态变成气态的过程中，做的功W___________（填“大于”“小于”或“等于”）零；分子的势能将___________（填“增大”“不变”或“减小”）。

13．根据制冷机的工作原理，试分析每个工作过程中工作物质的内能改变情况和引起改变的物理过程：

（1）工作物质的内能___________，是___________的过程；

（2）工作物质的内能___________，是___________的过程；

（3）工作物质的内能___________，是___________的过程。

14．如图所示是压缩式电冰箱的工作原理示意图。经过干燥过滤器后液体制冷剂进入蒸发器，汽化吸收箱体内的热量，压缩机使低温低压的制冷剂气体变成高温高压的气体，然后制冷剂在冷凝器中液化放出热量到箱体外。电冰箱将热量从低温物体转移到高温物体的工作过程_______（填“违背”或“不违背”）热力学第二定律。制冷剂在蒸发器中由液态变成气态的过程中，________（选填“气体对外做功”“外界对气体做功”或“气体对外不做功”）。

15．给一定质量的温度为0℃的水加热，在水的温度由0℃上升到4℃的过程中，水的体积随着温度的升高反而减小，我们称之为“反常膨胀”．查阅资料知道：在水反常膨胀的过程中，体积减小是由于水分子之间的结构发生了变化，但所有水分子间的总势能是增大的．由此可知，反常膨胀时，水分子的平均动能________(选填“增大”“减小”或“不变”)，吸收的热量________(选填“大于”“小于”或“等于”)所有水分子的总势能增加量．

16．用各种方法使物体的内能发生改变：a．电炉通电后发热；b．一杯开水放在桌面上冷却；c．阳光照射下冰块融化；d．锯木头时，锯片发烫；e．人坐在火炉旁取暖；f．用打气筒给自行车打气后，打气筒变热．其中属于做功使物体内能改变的是_____；属于热传递使物体内能改变的是____．

17．热机的效率要小于1，这说明能量的转化是有       的；热量总是从高温物体向低温物体传递，这说明能量的转移也是           的

18．如图所示，一导热性良好的气缸竖直放置于恒温的环境中，气缸内有一质量不可忽略的水平活塞，将一定质量的理想气体封在气缸内，活塞与气缸壁无摩擦，气缸不漏气，整个装置处于平衡状态．活塞上放置一广口瓶，瓶中盛有一定量的酒精，经过一段较长时间后，与原来相比较，气体的压强________(填“减小”．“不变”或“增大”)，气体________(填“吸热”或“放热”)．

参考答案与试题解析

1．【答案】（1）AD（2）增大；等于（3）此时气室中气体的分子数为5×1024个

【解析】（1）在任何温度．任何压强下，理想气体都遵循气体的实验定律的称为理想气体，理想气体实际上并不存在，只是一种理想模型，一定质量的某种理想气体的内能只与温度有关，故AD正确BC错误；
故选：AD．
（2）由题意内能增加，理想气体的内能只与温度有关，故温度升高，则气体的分子平均动能增大；
根据热力学第一定律：△U=Q+W，3.4×104J=0+W
得：W=3.4×104J．
故答案为：增大；等于．
（3）设气体的在标准状态时的体积为V1，等压过程：

2．【答案】    (1). 5；    (2). 放出；    (3). 29

【解析】将空气压缩装入气瓶的过程中，温度保持不变，即内能不变，外界做的功等于放出的热量．潜入海底的过程中放出的热量等于空气的内能减小．所以放出的总热量是5+24=29KJ，内能的变化：△E=W+Q=24-29=-5KJ，即内能减小5KJ．

3．【答案】D

【解析】

A．液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点，故A正确，不合题意；

B．根据麦克斯韦速率分布规律，当温度降低时，大部分液体分子的速率减小，但个别分子的速率可能增大了，故B正确，不合题意；

C．在南方的梅雨季节，空气中的相对湿度较大，蒸发变慢，湿衣服不容易晾干，故C正确，不合题意；

D．根据热力学第二定律，空调把热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外需要消耗电能，故D错误，符合题意。

故选D。

4．【答案】(1). 方向性    (2). 不违反

【解析】[1]热量总是自发地从高温物体传递给低温物体，这说明热传递过程具有方向性；

[2]由热力学第二定律知，热量不能自发的有低温物体传到高温物体，除非施加外部的影响和帮助；电冰箱把热量从低温的内部传到高温外部，需要压缩机的帮助并消耗电；故热量不可以自发地从冰箱内传递到冰箱外，但借助压缩机可以实现热量传到冰箱外，故电冰箱的工作原理没有违反热力学第二定律。

5．【答案】不能    方向   

【解析】【来源】上海市上海中学2018-2019学年高二上学期期中物理试题

【详解】

[1][2]根据热力学第二定律知，热量可以自发地由高温物体传到低温物体，不能自发地由低温物体传到高温物体．所以热量会自发地从高温物体传给低温物体，不能自发实现相反过程，这说明热传导具有方向性。

6．【答案】汽化吸热；液化放热

【解析】（1）热管内的液体在高温下，由液态变成气态，属于汽化过程，汽化吸热；
（2）温度降低时，这些水蒸气又遇冷变成液体，属于液化过程，液化放热．

7．【答案】化学能    机械能    小于    <    完全变成功   

【解析】

略

8．【答案】能量守恒定律    热力学第二定律   

【解析】【来源】2021届广东省梅州市梅县华侨中学高三（下）开学考试模拟物理试题

[1]第一类永动机违反了能量的转化与守恒，永远不可能实现；

[2]第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，内能在转化为机械能的过程中要生热，所以要引起其它变化。

9．【答案】大量分子    相互作用   

【解析】

略

10．【答案】50，0.6，33600，33600，不一定，等于，能量，反比，比热容与质量的乘积相等．

【解析】在第三次实验时，冷水吸收的热量Q=cm△t=4.2×103J/（kg？℃）×0.2kg×40℃=33600J；
热水放出的热量Q=cm△t=4.2×103J/（kg？℃）×0.4kg×20℃=33600J；
因此冷水升温过程需要吸收热量，热水降温过程需要放出热量，并且冷水吸收的热量等于热水放出的热量，所以在第二次实验中，也会符合该结论：假设最后的混合温度为t，则c×0.2kg×（t-25）=c×0.2kg×（75-t），解得t=50℃；
第四次实验过程中最后混合水的质量等于两次水的质量之和，即m=0.4kg+0.2kg=0.6kg；
由以上分析可知，热传递过程中，低温物体上升的温度不一定等于高温物体下降的温度；
但在热传递过程中，低温物体吸收的热量一定等于高温物体放出的热量；
所以热传递过程中，传递的是能量；
由公式cm冷△t冷=cm热△t热可知，冷水需要上升的温度和冷水质量之间成反比；
因为两种不同物体发生热传递时（无热量损失），所以它们的热量是相等的，只有它们的比热容与质量的乘积相等时，才可以使低温物体上升的温度等于高温物体下降的温度；

11．【答案】机械    内   

【解析】【来源】上海市七宝中学2017-2018学年高二上学期期末物理试题

【详解】

[1][2] 根据热力学第二定律，一切与热现象有关的物理过程是有方向性的，机械能可以全部转化为内能，而内能不可能自发的转化成机械能；

12．【答案】不违背    小于    增大   

【解析】

[1]热力学第二定律的克劳修斯表述为热量不能自发地从低温物体传到高温物体，电冰箱依靠压缩机实现了将热量从低温物体转移到高温物体，不违背热力学第二定律。

[2]制冷剂在蒸发器中由液态变成气态的过程中，体积膨胀，对外做功，W小于零；

[3]膨胀过程中克服分子引力做功，分子势能增加。

13．【答案】增加    做功    减小    放热    增加    吸热   

【解析】

[1][2]在（1）中，压缩气体，对气体做功，内能增加；

[3][4]在（2）中，气体液化要放出热量，内能减小；

[5][6]在（3）中，是工作物质的汽化过程，要吸收热量，内能增加。

14．【答案】    ①. 不违背    ②. 气体对外做功

【解析】

【分析】

【详解】[1]热力学第二定律的克劳修斯表述为热量不能自发地从低温物体传到高温物体，电冰箱依靠压缩机实现了将热量从低温物体转移到高温物体，不违背热力学第二定律。

[2]制冷剂在蒸发器中由液态变成气态的过程中，体积膨胀，对外做功。

15．【答案】    (1). 增大    (2). 大于

【解析】温度是分子平均动能的标志，温度升高，分子的平均动能增大；分子的平均动能增大，所有水分子间的总势能增大，内能是增大的。同时对外做功，根据热力学第一定律，吸收的热量大于所有水分子的总势能增加量．

16．【答案】adf；bce．

【解析】a．电炉通电后发热：是电流做功，使电炉发热；b．一杯开水放在桌面上冷却，是水的热量向空气中传递，水温下降；c．阳光照射下冰块融化：太阳的热传递到冰块上，使冰吸热融化；d．锯木头时，锯片发烫：锯子摩擦木头做功，产生热量；e．人坐在火炉旁取暖：火炉的温度传递到人的身上，使人感觉暖和；f．用打气筒给自行车打气后，打气筒变热：打气筒的活塞摩擦筒壁产生热量，是做功．
故属于做功的是：adf  属于热传递的是：bce　

17．【答案】方向性；有方向性

【解析】热机的效率小于1，是因为总有一些能量散发到空气中，成为无用的能量，这说明能量转化是有方向性的．热量总是从高温物体向低温物体传递，但是热量要从高温物体传到低温物体必须要有一定的外界条件，这说明能量的转移也是有方向性的

18．【答案】减小　吸热

【解析】由于酒精蒸发，所以质量变小，气体的压强为pS＝mg＋p0S，气体的压强减小．因为气缸为导热气缸，所以气体的变化为等温变化，因为压强减小，体积增大，温度不变，所以要吸热．