人教版物理選修33：第10章 熱力學定律 第4、5節(jié) 課堂作業(yè) 含解析

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1、 第十章　第4、5節(jié) 基礎夯實 一、選擇題(1～3題為單選題，4、5題為多選題) 1．第二類永動機不可能制成，是因為( D ) A．違背了能量的守恒定律 B．熱量總是從高溫物體傳遞到低溫物體 C．機械能不能全部轉化為內能 D．內能不能全部轉化為機械能，同時不引起其他變化 解析：第二類永動機的設想并不違背能量守恒定律，但卻違背了涉及熱量的能量轉化過程是有方向性的規(guī)律。故選項A錯；在引起其他變化的情況下，熱量可由低溫物體非自發(fā)地傳遞到高溫物體。故B錯。機械能可以全部轉化為內能。 2．我們絕不會看到：一個放在水平地面上的物體，靠降低溫度，可以把內能自發(fā)地轉化為動能，使這

2、個物體運動起來。其原因是( C ) A．這違反了能量守恒定律 B．在任何條件下內能都不可能轉化為機械能，只有機械能才會轉化為內能 C．機械能和內能的轉化過程具有方向性，內能轉化成機械能是有條件的 D．以上說法均不正確 解析：機械能和內能可以相互轉化，但必須通過做功來實現。由熱力學第二定律可知，內能不可能全部轉化成機械能，同時不引起其他變化。 3．下列說法正確的是( C ) A．熱力學第二定律否定了以特殊方式利用能量的可能性 B．電流流過導體轉化為內能，反過來，可將內能收集起來，再轉化成相同大小的電流 C．可以做成一種熱機，由熱源吸取一定的熱量而對外做功 D．冰可以熔化成水，

3、水也可以結成冰，這個現象違背了熱力學第二定律 解析：熱力學第二定律說明了一切與熱現象有關的宏觀過程都是有方向性的，但并沒有否定以特殊方式利用能量的可能性，故A項錯誤；功和內能的轉化具有方向性，其逆過程是不可能自發(fā)實現的，故B項錯誤；只要不要求吸收的熱量全部用來做功而不產生其他影響，可以做成一種熱機，由熱源吸取一定熱量而對外做功，故C項正確；冰熔化成水，水結成冰，伴隨著能量的轉移，不是自發(fā)進行的，沒有違背熱力學第二定律，故D項錯誤。 4．(濟寧市2016年高二檢測)下面關于熵的說法正確的是( AD ) A．熵是物體內分子運動無序程度的量度 B．在孤立系統中，一個自發(fā)的過程熵總是向減少的方

4、向進行 C．熱力學第二定律的微觀實質是熵是增加的 D．熵值越大，代表系統分子運動越無序 解析：熵是物體內分子運動無序程度的量度，熵越大則物體內分子運動無序程度越大，A正確，在孤立系統中，一個自發(fā)的過程熵總是向增加的方向進行，B錯誤；熱力學第二定律的微觀實質是熵是增加的，C正確；熵值越大，代表系統分子運動越無序，D正確。 5．倒一杯熱水，然后加入適量的糖后，糖會全部溶于水中，但一段時間后又觀察到杯底部有糖結晶，關于這個過程下列敘述正確的是( BD ) A．溶解過程是自發(fā)的，結晶過程也是自發(fā)的，因此熱力學第二定律是錯誤的 B．溶解過程是有序向無序轉變的過程 C．結晶過程是有序向無序轉

5、變的過程 D．結晶過程不是自發(fā)的，因為有外界的影響 解析：溶解過程是自發(fā)的，是由有序向無序轉變的過程；結晶過程不是自發(fā)的，通常是由于水溫降低或水的蒸發(fā)引起，是由無序向有序的轉變過程，故選項B、D正確，選項A、C錯誤。 二、非選擇題 6．熱力學第二定律常見的表述有以下兩種： 第一種表述：不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化； 第二種表述；不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化。 (a)是根據熱力學第二定律的第一種表述畫出的示意圖；外界對制冷機做功，使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體。請你根據第二種表述完成示意圖(b)。根據你的理解，熱力學第二定律

6、的實質是一切與熱現象有關的宏觀過程都具有方向性。__。 答案：如圖所示， 7．一盆水在寒冷的天氣中放在戶外就要結冰，液態(tài)水的分子無序度比冰高。那么，結冰的過程違反熵增加原理嗎？為什么？ 答案：液體的水比冰的無序度大，但我們看孤立系統的熵，而不是看個別不孤立的物體。一盆水在寒冷的天氣中并不是孤立系統，因為水與外界大氣有能量交換。熵增加原理是指的孤立遵守能量守恒的系統。本說法中，水與大氣為一個孤立系統，水結冰時放熱，使周圍大氣、地面、分子內能增加，無序度增加，系統總熵值是增加的，并不違反該原理。 8．制冷機是一種利用工作物質，使熱量從低溫物體傳到高溫物體的裝置，通過制冷機的工作可以使一

7、定空間內的物體溫度低于環(huán)境溫度并維持低溫狀態(tài)。夏天，將房間一臺正在工作的電冰箱的門打開，試分析這是否可以降低室內的平均溫度？為什么？ 答案：不會降低室內的平均溫度。若將一臺正在工作的電冰箱的門打開，盡管可以不斷向室內釋放冷氣，但同時冰箱的箱體向室內散熱，就整個房間來說，由于外界通過導線不斷有能量輸入，室內的溫度會不斷升高。 能力提升 一、選擇題(1～2題為單選題，3～5題為多選題) 1．(齊齊哈爾市實驗中學2017～2018學年度高二上學期期末)以下說法中正確的是( D ) A．滿足能量守恒定律的宏觀過程都是可以自發(fā)進行的 B．某導熱材料制成的容器處于溫度恒定的環(huán)境中，容器內

8、用活塞封閉著剛好飽和的一些水汽，當緩慢向下壓活塞時，水汽的密度增加 C．單晶體有固定的熔點，多晶體和非晶體沒有固定的熔點 D．布朗運動并不是液體分子的運動，但它說明分子永不停息地做無規(guī)則運動 解析：自發(fā)的宏觀熱學過程是有方向性的，滿足能量守恒定律的宏觀過程并不一定都是可以自發(fā)進行的，自發(fā)的宏觀熱學過程還應滿足熵增加原理，故A項錯誤；當緩慢向下壓活塞時，溫度不變，水汽的飽和氣壓不變，密度不變，故B項錯誤；單晶體和多晶體有固定的熔點，非晶體沒有固定的熔點，故C項錯誤；布朗運動是固體小顆粒的運動并不是液體分子的運動，但它說明分子永不停息地做無規(guī)則運動。故D項正確。 2．下列宏觀過程不能用熱力

9、學第二定律解釋的是( A ) A．大米和小米混合后小米能自發(fā)地填充到大米空隙中而經過一段時間大米、小米不會自動分開 B．將一滴紅墨水滴入一杯清水中，會均勻擴散到整杯水中，經過一段時間，墨水和清水不會自動分開 C．冬季的夜晚，放在室外的物體隨氣溫的降低，不會由內能自發(fā)地轉化為機械能而動起來 D．隨著節(jié)能減排措施的不斷完善，最終也不會使汽車熱機的效率達到100% 解析：熱力學第二定律反映的是與熱現象有關的宏觀過程的方向性的規(guī)律，A不屬于熱現象。 3．(內蒙古赤峰市2018屆高三上學期期末)下列說法正確的是( ABD ) A．一定質量的理想氣體，經等容過程，吸收熱量，內能一定增加 B

10、．氣體對容器的壓強是大量分子對容器的碰撞引起的，它跟氣體分子的密集程度及氣體分子的平均動能有關 C．在顯微鏡下看到的布朗運動是液體分子的無規(guī)則運動 D．熱量總是自發(fā)地從分子平均動能大的物體傳遞給分子平均動能小的物體 解析：一定質量的理想氣體，根據熱力學定律ΔU＝W＋Q，經等容過程，W＝0，吸收熱量，Q>0，則ΔU>0，即內能一定增加，故A正確；氣體對容器的壓強是大量氣體分子對容器的碰撞引起的，它跟氣體分子的密集程度以及氣體分子的平均動能有關，故B正確；液體分子無法用普通光學顯微鏡觀察，觀察到的是固體顆粒在液體分子無規(guī)則碰撞下造成的無規(guī)則運動，故C錯誤；熱傳遞是改變物體內能的一種方式，熱量

11、總是從溫度高的物體傳遞到溫度低的物體，而溫度是分子平均動能的標志，溫度越高分子平均動能越大，故D正確。 4．關于第二類永動機，下列說法正確的是( AD ) A．沒有冷凝器，只有單一的熱源，能將從單一熱源吸收的熱量全部用來做功，而不引起其他變化的熱機叫做第二類永動機 B．第二類永動機違反了能量守恒定律，所以不可能制成 C．第二類永動機不可能制成，說明機械能可以全部轉化為內能，內能卻不可能全部轉化為機械能 D．第二類永動機不可能制成，說明機械能可以全部轉化為內能，內能卻不可能全部轉化為機械能，同時不引起其他變化 解析：根據第二類永動機的定義可知A選項正確，第二類永動機不違反能量守恒定律

12、，而是違反熱力學第二定律，所以B選項錯誤。機械能可以全部轉化為內能，內能在引起其他變化時可能全部轉化為機械能，C選項錯誤，D選項正確。所以，該題的正確答案是A、D。 5．以一副撲克牌為例，下列關于有序和無序、宏觀態(tài)和微觀態(tài)的認識中不正確的是( BD ) A．按黑桃、紅桃、草花、方塊的順序，而且從大到小將撲克牌排列起來，撲克牌這時是有序的 B．將撲克牌按偶數和奇數分成兩部分，撲克牌是無序的，每部分內部是有序的 C．一副撲克牌，這就是一個宏觀態(tài)，將牌洗動一次就是一個微觀態(tài) D．一副撲克牌按偶數和奇數分成兩部分，這是一個宏觀態(tài)，從偶數部分抽出一張插入到奇數部分，它是該宏觀態(tài)對應的一個微觀態(tài)

13、 解析： 選項 個性分析 綜合點評 A正確 撲克牌的排列是有確定規(guī)則的，是有序的 規(guī)定了某個規(guī)則，就規(guī)定了一個“宏觀態(tài)”，符合這個規(guī)則的就是有序，破壞了這個規(guī)則，則原有“宏觀態(tài)”改變 B錯誤 按偶數和奇數分成兩部分，是有序的，內部是無序的 C正確 一副撲克牌是一個系統，是一個宏觀態(tài)，洗動一次，該狀態(tài)為這副撲克牌宏觀態(tài)對應的一個微觀態(tài)；奇偶分開是一種宏觀態(tài)，從偶數部分抽出一張插入到奇數部分，原宏觀態(tài)被破壞 D錯誤 二、非選擇題 6．用兩種不同的金屬絲組成一個回路，接觸點1插在熱水中，接觸點2插在冷水中，如圖所示，電流計指針會發(fā)生偏轉，這就是溫差發(fā)電現象，這一實驗是否違

14、反熱力學第二定律？熱水和冷水的溫度是否會發(fā)生變化？簡述這一過程中能的轉化情況。 答案：不違反；熱水溫度降低，冷水溫度升高；轉化效率低 于100% 解析：溫差發(fā)電現象中產生了電能是因為熱水中的內能減少，一部分轉化為電能，一部分傳遞給冷水，不違反熱力學第二定律。 7．一鍋開水投入了5個糖餡的甜湯圓，隨后又投入了5個肉餡的咸湯圓，甜、咸湯圓在沸水中翻滾，象征著封閉系統進入一個自發(fā)的過程。隨后，用兩只碗各盛了5個湯圓，每碗湯圓中共有六種可能： ①全是甜的，②全是咸的，③1甜4咸，④4甜1咸，這是四種不平衡的宏觀態(tài)；⑤2甜3咸，⑥3甜2咸，這是兩種相對平衡的宏觀態(tài)。 兩只碗各盛5個湯圓共有32種組合方式，我們稱為32個微觀態(tài)。試問： (1)以上六種宏觀態(tài)所對應的微觀態(tài)的個數各是多少？請設計一個圖表來表示。 (2)以上相對平衡的宏觀態(tài)出現的概率是多少？ 答案：見解析 解析：(1)宏觀態(tài)對應的微觀態(tài)個數。 宏觀態(tài) 全是甜的 全是咸的 1甜4咸 4甜1咸 2甜3咸 3甜2咸 微觀態(tài)個數 1 1 5 5 10 10 (2)相對平衡的宏觀態(tài)出現的概率為： p＝＝