高中物理 第4章4.4描述無序程度的物理量知能優(yōu)化訓(xùn)練 滬科版選修3-3

1．關(guān)于熱傳導(dǎo)的方向性，下列說法正確的是()A．熱量能自發(fā)地由高溫物體傳給低溫物體B．熱量能自發(fā)地由低溫物體傳給高溫物體C．在一定條件下，熱量也可以從低溫物體傳給高溫物體D．熱量一定不可能從低溫物體傳給高溫物體解析：選AC.在有外力做功的情況下，熱量可以從低溫物體傳給高溫物體，而熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體．2．對于孤立體系中發(fā)生的實際過程，下列說法中正確的是()A．系統(tǒng)的總熵只能增大或不變，不可能減小B．系統(tǒng)的總熵可能增大，可能不變，還可能減小C．系統(tǒng)逐漸從比較有序的狀態(tài)向更加無序的狀態(tài)發(fā)展D．系統(tǒng)逐漸從比較無序的狀態(tài)向更加有序的狀態(tài)發(fā)展解析：選AC.根據(jù)熵增加原理，在任何自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的總熵不會減少可知，A對，B錯．根據(jù)熱力學(xué)第二定律的微觀解釋可知，一切自然過程總是沿著分子熱運(yùn)動的無序性增大的方向進(jìn)行，所以C對，D錯．3．第二類永動機(jī)不可能制成，這是因為()A．它違背了能量守恒定律B．熱量總是從高溫物體傳遞到低溫物體C．機(jī)械能不可能全部轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能D．內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，同時不引起其他變化解析：選D.第二類永動機(jī)的設(shè)想雖然符合能量守恒定律，但是違背了能量轉(zhuǎn)化過程中，有些過程是不可逆的規(guī)律，所以不可能制成，故選D.4．熱力學(xué)第二定律常見的表述有兩種．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．圖4－3－4甲是根據(jù)熱力學(xué)第二定律的第一種表述畫出的示意圖：外界對制冷機(jī)做功，使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體．請你根據(jù)第二種表述完成示意圖乙．根據(jù)你的理解，熱力學(xué)第二定律的實質(zhì)是________．圖4－3－4解析：示意圖如圖所示．答案：一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性．一、選擇題1．(年廊坊高二檢測)熱力學(xué)第二定律指出()A．不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體B．不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功C．熱機(jī)效率η≤1D．大量分子參與的宏觀過程具有方向性解析：選D.熱力學(xué)第二定律指出，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，但要引起其他變化，故A錯，B也錯．熱機(jī)效率要小于1，不能等于1，C也錯．一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性，D對．2．關(guān)于熱力學(xué)第二定律的微觀意義，下列說法正確的是()A．大量分子無規(guī)則的熱運(yùn)動能夠自動轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蜻\(yùn)動B．熱傳遞的自然過程是大量分子從有序運(yùn)動狀態(tài)向無序運(yùn)動狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程C．熱傳遞的自然過程是大量分子從無序程度小的運(yùn)動狀態(tài)向無序程度大的運(yùn)動狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程D．一切自然過程總是沿著分子熱運(yùn)動的無序性增大的方向進(jìn)行解析：選CD.熱力學(xué)第二定律的微觀意義明確指出：一切自然過程總是沿著分子熱運(yùn)動的無序程度增大的方向進(jìn)行，所以答案C、D正確．3．關(guān)于永動機(jī)和熱力學(xué)定律的討論，下列敘述正確的是()A．第二類永動機(jī)違反能量守恒定律B．如果物體從外界吸收了熱量，則物體的內(nèi)能一定增加C．外界對物體做功，則物體的內(nèi)能一定增加D．做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能，但從能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的觀點來看這兩種改變方式是有區(qū)別的解析：選D.第二類永動機(jī)違反熱力學(xué)第二定律，并不是違反能量守恒定律，故A錯；據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W知內(nèi)能的變化由做功W和熱傳遞Q兩個方面共同決定，只知道做功情況或只知道傳熱情況無法確定內(nèi)能的變化情況，故B、C錯誤；做功和熱傳遞都可改變物體內(nèi)能．但做功是不同形式能的轉(zhuǎn)化，而熱傳遞是同種形式能間的轉(zhuǎn)移，這兩種方式是有區(qū)別的，故D正確．4．在一定速度下發(fā)生變化的孤立系統(tǒng)，其總熵的變化是()A．不變 B．可能增大或減小C．總是增大 D．總是減小解析：選C.根據(jù)熵增加原理可知，任何孤立系統(tǒng)熵是增加的，故C正確．5．根據(jù)熱力學(xué)第二定律分析，下列說法中正確的是()A．熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，但不能從低溫物體傳到高溫物體B．熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，也可以從低溫物體傳到高溫物體C．機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但變化的內(nèi)能不可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能D．機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，變化的內(nèi)能也可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能解析：選BD.根據(jù)熱傳遞的規(guī)律可知，熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，但不能自發(fā)地(不需要外界幫助)從低溫物體傳到高溫物體．借助外界的幫助，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，如電冰箱就是接通電源后，壓縮機(jī)對“制冷劑”(氟利昂等)做功，把熱量從冰箱內(nèi)部(低溫物體)傳向外部(高溫物體)達(dá)到制冷目的的，故選項A錯誤，B正確．機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能(如一個運(yùn)動物體克服摩擦力做功而最終停止運(yùn)動時，機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能)，在一定條件下，變化的內(nèi)能也可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，如理想氣體在等溫膨脹過程中，將吸收來的熱量全部用來做功，因此選項C錯誤，選項D正確．6．對熱力學(xué)第二定律，下列理解正確的是()A．自然界進(jìn)行的一切宏觀過程都是可逆的B．自然界進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性，是不可逆的C．熱量不可能由低溫物體傳遞到高溫物體D．第二類永動機(jī)違背了能量守恒定律，因此不可能制成解析：選B.由熱力學(xué)第二定律可知，熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體，而不引起其他變化，由此說明熱量由低溫物體傳到高溫物體是可能的，但要引起其他變化，故C錯；第二類永動機(jī)并不違反能量守恒，卻違背了自然界涉及熱現(xiàn)象宏觀過程的方向性，故A、D錯，B正確．7.如圖4－3－5所示，汽缸內(nèi)盛有一定量的理想氣體，汽缸壁是導(dǎo)熱的，缸外環(huán)境保持恒溫，活塞與汽缸壁接觸光滑，但不漏氣，現(xiàn)將活塞桿與外界連接緩慢地向右移動，氣體膨脹對外做功．已知理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，則下列說法正確的是()圖4－3－5A．氣體是從單一熱源吸熱，全用來對外做功，因此此過程違反熱力學(xué)第二定律B．氣體是從單一熱源吸熱，但并未全用來對外做功，因此此過程不違反熱力學(xué)第二定律C．氣體是從單一熱源吸熱，全部用來對外做功，但此過程不違反熱力學(xué)第二定律D．以上三種說法都不正確解析：選C.此過程氣體吸熱膨脹內(nèi)能不變，因此吸收的熱量全部用來膨脹做功，但要發(fā)生這樣的過程，必須借助外界某種變化，因此此過程不違反熱力學(xué)第二定律，故C正確．二、非選擇題8．下列所述過程是可逆的，還是不可逆的？(1)汽缸與活塞組合中裝有氣體，當(dāng)活塞上沒有外加壓力，活塞與汽缸間沒有摩擦?xí)r________________________________________________________________________；(2)上述裝置，當(dāng)活塞上沒有外加壓力，活塞與汽缸上摩擦很大，使氣體緩慢地膨脹時________________________________________________________________________；(3)上述裝置，沒有摩擦，但調(diào)整外加壓力，使氣體能緩慢地膨脹時________________________________________________________________________；(4)在一絕熱容器內(nèi)盛有液體，不停地攪動它，使它溫度升高_(dá)_______________________________________________________________________；(5)一導(dǎo)熱容器內(nèi)盛有液體，容器放在一恒溫的大水池內(nèi)，液體不停地攪動，可保持溫度不變________________________________________________________________________；(6)在一絕熱容器內(nèi)，不同溫度的液體進(jìn)行混合____________________；(7)在一絕熱容器內(nèi)，不同溫度的氦氣進(jìn)行混合__________________________．答案：(1)發(fā)生自由膨脹，則是不可逆過程(2)有摩擦發(fā)生，是不可逆過程(3)是準(zhǔn)靜態(tài)無摩擦的膨脹，則為可逆過程(4)這是由功變?yōu)闊?，是不可逆過程．(5)此過程中既有“功變熱”又有“熱傳導(dǎo)”，也是不可逆過程(6)液體的擴(kuò)散是不可逆過程．(7)有一定溫度差的熱傳導(dǎo)是不可逆過程9.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4－3－6所示，電流計指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這就是溫差發(fā)電現(xiàn)象．這一實驗是否違反熱力學(xué)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(zhuǎn)化情況．圖4－3－6解析：溫差發(fā)電現(xiàn)象中產(chǎn)生了電能是因為熱水中的內(nèi)能減少，一部分轉(zhuǎn)化為電能，一部分傳遞給冷水，不違反熱力學(xué)第二定律．答案：不違反．熱水溫度降低，冷水溫度升高，轉(zhuǎn)化效率低于100%.10.如圖4－3－7所示，將一滴紅墨水滴入一杯清水中，紅墨水會逐漸擴(kuò)散到整杯水中，呈均勻分布，試說明這個過程中熵的變化．圖4－3－7解析：一滴紅墨水和一杯清水這兩個系統(tǒng)是比較有序的，也可以說無序程度較小，即熵值較小，當(dāng)把這兩個系統(tǒng)混合后，隨著紅墨水?dāng)U散的進(jìn)行，系統(tǒng)內(nèi)這種宏觀狀態(tài)的無序程度大大增強(qiáng)，所以系統(tǒng)的熵值大大增加．答案：見解析11．有人估算使地球上的海水降低0.1℃，就能放出5.8×1024J的熱量，這相當(dāng)于1800個功率為100萬千瓦的核電站一年的發(fā)電量．假定整個海洋都具有同一溫度，你能設(shè)計一種只靠吸收海水的熱量推動輪船航行，而不需要燃料的機(jī)器嗎？解析：這種靠吸收海水熱量推動輪船航行的熱機(jī)基本結(jié)構(gòu)如圖所示．設(shè)大氣溫度為t2，海水溫