2022年高中物理同步講義（人教版選修性必修第3冊）：第13講 熱力學第二定律（解析版）

第13講熱力學第二定律目標導航目標導航課程標準課標解讀通過自然界中宏觀過程的方向性，了解熱力學第二定律1.通過自然界中客觀過程的方向性，了解熱力學第二定律。2.了解熱力學第二定律的兩種不同表述，以及兩種表述的物理實質(zhì)。3.能運用熱力學第二定律解釋自然界中的能量轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移以及宏觀自然過程的方向性問題。4.認識能量耗散，知道能源是有限的。知識精講知識精講知識點01熱力學第二定律1．定義：在物理學中，反映宏觀自然過程的方向性的定律；2．熱力學第二定律的克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體；闡述的是傳熱的方向性。3．熱力學第二定律的開爾文表述：(1)熱機①熱機工作的兩個階段：第一個階段是燃燒燃料，把燃料中的化學能變成工作物質(zhì)的內(nèi)能；第二個階段是工作物質(zhì)對外做功，把自己的內(nèi)能變成機械能。②熱機用于做功的熱量一定小于它從高溫熱庫吸收的熱量，即W<Q。(2)熱力學第二定律的開爾文表述：不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響?！局R拓展】1．自然過程的方向性(1)熱傳導具有方向性：兩個溫度不同的物體相互接觸時，熱量會自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，而低溫物體不可能自發(fā)地將熱量傳給高溫物體，要實現(xiàn)低溫物體向高溫物體傳遞熱量，必須借助外界的幫助，因而產(chǎn)生其他影響或引起其他變化。(2)氣體的擴散現(xiàn)象具有方向性：兩種不同的氣體可以自發(fā)地進入對方，最后成為均勻的混合氣體，但這種均勻的混合氣體，決不會自發(fā)地分開，成為兩種不同的氣體。(3)機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性：物體在地面上運動，因摩擦而逐漸停止下來，但絕不可能出現(xiàn)物體吸收原來傳遞出去的熱量后，在地面上重新運動起來。(4)氣體向真空膨脹具有方向性：氣體可自發(fā)地向真空容器內(nèi)膨脹，但絕不可能出現(xiàn)氣體自發(fā)地從容器中流出，使容器內(nèi)變?yōu)檎婵铡?．在熱力學第二定律的表述中，“自發(fā)地”“不產(chǎn)生其他影響”“單一熱庫”“不可能”的含義(1)“自發(fā)地”是指熱量從高溫物體“自發(fā)地”傳給低溫物體的方向性．在傳遞過程中不會對其他物體產(chǎn)生影響或借助其他物體提供能量等；(2)“不產(chǎn)生其他影響”的含義是發(fā)生的熱力學宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學方面的影響．如吸熱、放熱、做功等；(3)“單一熱庫”：指溫度均勻并且恒定不變的系統(tǒng)．若一系統(tǒng)各部分溫度不相同或者溫度不穩(wěn)定，則構成機器的工作物質(zhì)可以在不同溫度的兩部分之間工作，從而可以對外做功．據(jù)報道，有些國家已在研究利用海水上下溫度不同來發(fā)電；(4)“不可能”：實際上熱機或制冷機系統(tǒng)循環(huán)時，除了從單一熱庫吸收熱量對外做功，以及熱量從低溫熱庫傳到高溫熱庫以外，過程所產(chǎn)生的其他一切影響，不論用任何的辦法都不可能加以消除。【即學即練1】關于兩類永動機和熱力學的兩個定律，下列說法正確的是（）A．第二類永動機不可能制成是因為違反了熱力學第一定律B．第一類永動機不可能制成是因為違反了熱力學第二定律C．由熱力學第一定律可知做功不一定改變內(nèi)能，熱傳遞也不一定改變內(nèi)能，但同時做功和熱傳遞一定會改變內(nèi)能D．由熱力學第二定律可知熱量從低溫物體傳向高溫物體是可能的?！敬鸢浮緿【解析】A.第二類永動機不違反能量守恒定律，違反熱力學第二定律，故A錯誤；B．第一類永動機不可能制成是因為違反了熱力學第一定律，故B錯誤；C．改變內(nèi)能的方式有做功和熱傳遞，二者在內(nèi)能的改變上是一樣的，若對外做功的同時吸收熱量，內(nèi)能可能不變，故C錯誤；D．由熱力學第二定律可知熱量從低溫物體傳到高溫物體是可能的，故D正確。故選D。知識點02能源是有限的1．能源：具有高品質(zhì)的容易利用的儲能物質(zhì)．2．能量耗散：使用的能源轉(zhuǎn)化成內(nèi)能分散在環(huán)境中不能自動聚集起來驅(qū)動機器做功，這樣的轉(zhuǎn)化過程叫作“能量耗散”．3．能源的使用過程中雖然能的總量保持不變，但能量的品質(zhì)下降了，能源減少了．【知識拓展】（一）能量與能源的區(qū)別1．能量是守恒的，既不會增加也不會減少。2．能源是能夠提供可利用能量的物質(zhì)。3．能量耗散，能量總量不變，但能量品質(zhì)會下降即能源減少，故我們要節(jié)約能源。（二）熱力學第一定律和熱力學第二定律的比較1．兩定律的比較熱力學第一定律熱力學第二定律區(qū)別是能量守恒定律在熱力學中的表現(xiàn)，否定了創(chuàng)造能量和消滅能量的可能性，從而否定了第一類永動機是關于在有限空間和時間內(nèi)，一切和熱現(xiàn)象有關的物理過程、化學過程具有不可逆性的經(jīng)驗總結，從而否定了第二類永動機聯(lián)系兩定律分別從不同角度揭示了與熱現(xiàn)象有關的物理過程所遵循的規(guī)律，二者既相互獨立，又相互補充，都是熱力學的理論基礎2.兩類永動機的比較第一類永動機第二類永動機設計要求不消耗任何能量，可以不斷做功(或只給予很少的能量啟動后，可以永遠運動下去)將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機械能，而不引起其他變化(或只有一個熱庫，實現(xiàn)內(nèi)能向機械能的轉(zhuǎn)化)不可能制成的原因違背了能量守恒定律違背了熱力學第二定律【即學即練2】下列說法不正確的是（）A．利用太陽能、風能和氫能等能源替代化石能源，可減少環(huán)境污染B．用純電動汽車代替燃油汽車，可改善空氣質(zhì)量C．能量是守恒的，我們不需要節(jié)約能源D．能量的耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中宏觀過程的方向性.能源的利用受這種方向性的制約，所以能源的利用是有條件的，也是有代價的【答案】C【解析】A．利用太陽能、風能和氫能等能源替代化石能源，可減少環(huán)境污染，選項A正確，不符合題意；B．用純電動汽車代替燃油汽車，能減小尾氣的排除，可改善空氣質(zhì)量，選項B正確，不符合題意；C．能量雖然是守恒的，但是可利用的能源越來越少，所以我們需要節(jié)約能源，選項C錯誤，符合題意；D．能量的耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中宏觀過程的方向性；能源的利用受這種方向性的制約，所以能源的利用是有條件的，也是有代價的，選項D正確，不符合題意。故選C。能力拓展能力拓展考法01熱力學第二定律【典例1】大約在1670年，英國的一個主教維爾金斯設計了一種磁力“永動機”。如圖所示，在斜面頂上放一塊強有力的磁鐵，斜面上端有一個小孔，斜面下有一個連接小孔直至底端的彎曲軌道。維爾金斯認為：如果在斜面底放一個小鐵球，那么由于磁鐵的吸引，小鐵球就會向上運動；當小鐵球運動到小孔P處時，它就要掉下，再沿著斜面下的彎曲軌道返回斜面底端Q；由于小球有速度而可以對外做功，然后又被磁鐵吸引回到斜面上端，到小孔P處又掉下。在以后的200多年里，維爾金斯的永動機居然改頭換面地出現(xiàn)過多次，其中一次在1878年，即能量轉(zhuǎn)化和守恒定律被確定20年后，而且竟在法國取得了專利權！請你分析一下，維爾金斯的“永動機”能實現(xiàn)嗎？【答案】不可能實現(xiàn)，因為它違背了能的轉(zhuǎn)化和能量守恒定律【解析】小球上升過程中，磁場力對小球做正功，使小鐵球機械能增加；但小球下落時，同時也受到磁場力，而且做負功，這個負功與上升過程的正功相互抵消，所以維爾金斯的“永動機”不可能實現(xiàn)。考法02能源與環(huán)境【典例2】大規(guī)模開發(fā)利用太陽能，將會滿足人類長期對大量能源的需求。太陽能的光一熱轉(zhuǎn)換是目前技術最為成熟、成本最低廉、應用最廣泛的形式。太陽能熱水器的構造示意圖如圖甲所示，下方是象日光燈管似的集熱管，外有透明玻璃管，內(nèi)有黑色管子（管內(nèi)蓄水），由導熱性能良好的材料制成，在黑色管和外面透明管間有空隙，并抽成真空，集熱管的下方是一塊光亮的鋁合金板子，做成凹凸一定的曲面。試分析下列有關太陽能的利用問題：(1)說明太陽能熱水器哪些結構與其功能相適應？水箱為何安裝在頂部而非下部？(2)圖乙中A是集熱器，B是儲水容器，在陽光直射下水將沿什么方向流動，這是為什么？，C是附助加熱器，其作用是什么？。請在圖中適當位置安上進水閥門和出水閥門，并說明選擇位置的理由。(3)試舉例分析說明太陽能與電能、化學能、生物能的轉(zhuǎn)換?！窘馕觥?1)日光燈管似的集熱管面積較大，便于吸收較多的太陽能；外有透明玻璃管，內(nèi)有黑色管子使陽光能直射入玻璃管而不易被反射；在黑色管和外面透明管間有空隙，并抽成真空，減少兩管之間空氣對流引起的熱損失，減少熱傳導；集熱管的下方是一塊光亮的鋁合金板子，做成凹凸一定的曲面，使周圍及穿過管隙的陽光盡量聚焦在水管內(nèi)，水箱安裝在頂部而非下部，便于水的對流。(2)順集熱器中的水被太陽光曬熱后密度變小，受浮力作用沿管向右上方運動；附助加熱器作用是在陰天用電加熱的方式使水溫升高；在封閉的環(huán)形管道的左下方安上進水閥門，在貯水容器下方豎直管道上安出水閥門，可使熱水流出，冷水得以補充。(3)利用光電效應將太陽能轉(zhuǎn)化成電能。光—電轉(zhuǎn)換的基本裝置是太陽能電池，目前國產(chǎn)硅光電池的最大開路電壓已達到600mV。利用硅光電池的光電流隨受光面積變化的特征，制成了各種自動控制裝置；利用太陽輻射能直接分解水制氫，氫是二次能源，用途廣、無污染、便貯存、便運輸，這是一種很有吸引力的途徑；捕獲太陽能的生物是綠色植物，利用植物的光合作用，將太陽能轉(zhuǎn)化成生物能。（答案不唯一，合理即可）分層提分分層提分題組A基礎過關練1．產(chǎn)生酸雨的禍首是（）A．二氧化碳 B．氟利昂 C．二氧化硫 D．一氧化碳【答案】C【解析】酸雨的主要成份是亞硫酸，二氧化硫與空氣中的水蒸氣接觸會生成亞硫酸。故選C。2．隨著人們對社會發(fā)展、全球環(huán)境問題認識的加深，可持續(xù)能源的開發(fā)和利用，已成為人類社會可持續(xù)發(fā)展的重要前提之一。以下關于能源開發(fā)和利用的認識，正確的是（）A．地球上的能源是取之不盡，用之不竭的B．節(jié)約能源是人類社會可持續(xù)發(fā)展的重要方面C．提倡“低碳生活”就是提倡生活中不用或少用二氧化碳D．能源的利用過程是可逆的【答案】B【解析】A．地球上的能源不是取之不盡，用之不竭的，故A錯誤；B．節(jié)約能源是人類社會可持續(xù)發(fā)展的重要方面，故B正確；C．提倡“低碳生活”是指生活中所耗用的能量要盡量減少，從而降低碳特別是二氧化碳的排放量，故C錯誤；D．能源的利用過程是不可逆的，故D錯誤。故選B。3．關于能源的開發(fā)和節(jié)約，你認為下列哪些觀點是錯誤的（）A．常規(guī)能源是有限的，無節(jié)制地利用常規(guī)能源，如石油之類，是一種盲目的短期行為B．根據(jù)能量守恒定律，擔心能源枯竭是一種杞人憂天的表現(xiàn)C．能源的開發(fā)和利用，必須要同時考慮其對環(huán)境的影響D．通過核聚變利用核能是目前開發(fā)新能源的一種新途徑【答案】B【解析】常規(guī)能源是有限的的，需要節(jié)制，能量雖然守恒，但能量耗散導致能量的品質(zhì)降低，從便于利用的能源變成不便于利用的能源，也往往對環(huán)境產(chǎn)生破壞，從而應開發(fā)新型的清潔型的能源，例如通過核聚變利用核能是目前開發(fā)新能源的一種新途徑，故ACD正確，不符合題意，B錯誤，符合題意。故選B。4．下列關于能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程的敘述中，正確的是（）A．汽車的內(nèi)燃機通過燃燒汽油而對外做功，同時還向空氣中散熱，這違背熱力學第一定律B．冷水倒入保溫杯后，冷水和杯子的溫度都變得更低，這是不可能的，因為違背熱力學第一定律C．某新型熱機工作時將從高溫熱源吸收的熱量全部轉(zhuǎn)化為功，而不產(chǎn)生其他影響，這不違背熱力學第一定律、也不違背熱力學第二定律D．冰箱的制冷機工作時實現(xiàn)了熱量從箱內(nèi)低溫環(huán)境散發(fā)到箱外溫度較高的室內(nèi)，這違背熱力學第二定律【答案】B【解析】A．燃燒汽油產(chǎn)生的內(nèi)能一方面向機械能轉(zhuǎn)化，同時熱傳遞向空氣轉(zhuǎn)移，既不違背熱力學第一定律，也不違背熱力學第二定律，選項A錯誤；B．冷水倒入保溫杯后，沒有對外做功，同時也沒有熱傳遞，內(nèi)能不可能減少，故違背熱力學第一定律，選項B正確；C．某新型熱機工作時將從高溫熱源吸收的熱量全部轉(zhuǎn)化為功，必然產(chǎn)生其他影響故違背熱力學第二定律，選項C錯誤；D．制冷機消耗電能工作時從箱內(nèi)低溫環(huán)境中提取熱量散發(fā)到溫度較高的室內(nèi)，發(fā)生了內(nèi)能的轉(zhuǎn)移，同時對外界產(chǎn)生了影響.既不違背熱力學第一定律，也不違背熱力學第二定律，選項D錯誤。故選B。5．下列有關現(xiàn)象的描述或判斷正確的是（）A．露珠通常呈現(xiàn)球狀，是水的表面張力作用的結果B．氣體可以被壓縮，但又不能無限地被壓縮說明氣體分子間存在相互作用的斥力C．懸浮在液體中的微小顆粒的無規(guī)則運動就是分子熱運動D．在一個孤立的系統(tǒng)內(nèi)，一切自然過程總是沿著分子熱運動無序性減小的方向進行【答案】A【解析】A．露珠通常呈現(xiàn)球狀，是水的表面張力作用的結果，A正確；B．氣體可以被壓縮，但又不能無限地被壓縮說明分子之間有間距，當氣體分子間距被壓縮到最小，分子本身的大小就不可以壓縮了因此不能被無限壓縮，B錯誤；C．懸浮在液體中的微小顆粒的無規(guī)則運動間接反映并證明了分子熱運動，C錯誤；D．根據(jù)熱力學第二定律一切自然過程總是沿著無序性增大的方向進行，D錯誤。故選A。6．關于熱力學定律，下列說法正確的是（）A．隨著高科技的不斷發(fā)展，絕對零度是可以達到的B．熱力學第一定律也可表述為第一類永動機不可能制成C．因為第二類永動機不違背能量守恒定律，所以它將會被制造出來D．熱量能夠白發(fā)地從高溫物體傳遞到低溫物體，不能從低溫物體傳遞到高溫物體【答案】B【解析】A．熱力學第三定律告訴我們絕對零度不可達到。故A錯誤；B．熱力學第一定律的第二種表述為第一類永動機不可能制成。故B正確；C．因為第二類永動機雖然不違背能量守恒定律，但違背了熱力學第二定律，所以它不會被制造出來。故C錯誤；D．熱量能夠自發(fā)地從高溫物體傳遞到低溫物體，不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體。故D錯誤。故選B。7．下列說法中正確的是（）A．懸浮在水中花粉顆粒的布朗運動反映了花粉中分子做無規(guī)則的熱運動B．足球充足氣后很難壓縮，是足球內(nèi)氣體分子間斥力作用的結果C．溫度相同的氫氣和氧氣中，氫氣分子和氧氣分子的平均速率不同D．熱量不能從低溫物體傳到高溫物體【答案】C【解析】A．懸浮在水中花粉顆粒的布朗運動反映了水分子做無規(guī)則的熱運動。故A錯誤；B．足球充足氣后很難壓縮，是足球內(nèi)氣體壓強增加的結果。故B錯誤；C．溫度相同的氫氣和氧氣中，氫氣分子和氧氣分子的平均動能相同，但它們的質(zhì)量不同，故速率不同。故C正確；D．熱量不能自發(fā)從低溫物體傳到高溫物體。故D錯誤。故選C。8．如圖所示，兩種不同的金屬組成一個回路，接觸頭1置于熱水杯中，接觸頭2置于冷水杯中，此時回路中電流計發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這是溫差電現(xiàn)象假設此過程電流做功為W，接觸頭1從熱水中吸收的熱量為Q1，冷水從接觸頭2吸收的熱量為Q2，根據(jù)熱力學第二定律可得（）A．Q1=W B．Q1>W C．Q1<Q2 D．Q1+Q2=W【答案】B【解析】根據(jù)熱力學第二定律，不可能從單一熱源吸收熱量使之全部用來做功，而不產(chǎn)生其他影響；所以從熱水中吸收的熱量Q1應該大于電流做的功W，即根據(jù)能量守恒定律和熱力學第二定律，從熱水中吸收的熱量轉(zhuǎn)化成了兩部分，一部分電能W，另一部分是冷水吸收的熱量Q2故選B。9．根據(jù)所學的熱學的有關知識，判斷下列說法中正確的是（）A．機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能也可以自發(fā)地全部轉(zhuǎn)化成機械能B．凡與熱現(xiàn)象有關的自發(fā)的宏觀過程都具有方向性，在熱傳遞中，熱量能夠從高溫物體傳遞給低溫物體，但不能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體C．隨著技術不斷進步，制冷機可以使溫度降到D．滿足能量守恒定律的物理過程都能自發(fā)進行【答案】B【解析】A．由熱力學第二定律可知，機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，在有外界影響的情況下，內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為機械能，但不能自發(fā)地全部轉(zhuǎn)化為機械能，故A錯誤；B．由熱力學第二定律可知，凡與熱現(xiàn)象有關的自發(fā)的宏觀過程都具有方向性，在熱傳遞中，熱量能夠從高溫物體傳遞給低溫物體，但不能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體，故B正確；C．是低溫的極限，故制冷機不可以使溫度降到，故C錯誤；D．若與熱力學第二定律相違背，滿足能量守恒定律的物理過程不能能自發(fā)進行，故D錯誤。故選B。10．根據(jù)熱力學定律和分子動理論，可知下列說法正確的是（）A．不管科技如何進步，絕對零度都不能達到B．為了增加物體的內(nèi)能，必須給物體傳遞熱量C．空氣壓縮到一定程度很難再壓縮是因為分子間存在斥力的作用D．可以利用高科技手段，將散失到環(huán)境中的內(nèi)能重新收集起來加以利用而不引起其他變化【答案】A【解析】A．絕對零度是一切低溫物體的極限，只能無限接近，不能達到，故A項正確．B．增加物體的內(nèi)能可以通過熱傳遞和做功的方法，故B項錯誤．C．空氣壓縮到一定程度很難再壓縮是因為壓強增大，故C項錯誤．D．自然界的一切宏觀熱現(xiàn)象都具有方向性，故不可能將流散到環(huán)境的內(nèi)能重新收集起來加以利用而不引起其他變化，故D項錯誤．題組B能力提升練1．下列有關能的轉(zhuǎn)化的說法中正確的是（）A．熱傳遞是其他形式的能與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化過程B．自然界的能量是守恒的，能源危機是不存在的C．摩擦生熱、熱傳遞的過程是具有方向性的D．能量的耗散否定了能量的轉(zhuǎn)化與守恒定律【答案】C【解析】A．熱傳遞是內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)移過程，選項A錯誤；B．雖然自然界的能量是守恒的，但是可利用的能源越來越少，能源危機是存在的，選項B錯誤；C．根據(jù)熱力學第二定律可知，摩擦生熱、熱傳遞的過程是具有方向性的，選項C正確；D．能量的耗散說明了熱學現(xiàn)象的方向性，但沒有否定能量的轉(zhuǎn)化與守恒定律，故D錯誤；故選C。2．選用下列八種表述組合出的四個選項中全都正確的一項是（）①布朗運動反映了微粒分子在做無規(guī)則熱運動②水黽可以停在水面上是因為液體有表面張力③一定質(zhì)量的的水變成的水蒸氣其內(nèi)能增加④第一類永動機由于違反熱力學第一定律而不可能制成⑤當分子間距離增大時分子間引力和斥力都減小⑥各個方向?qū)嵝阅芫嗤木w一定是多晶體⑦若氣體從外界吸收熱量則內(nèi)能一定增大⑧熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞A．①③⑤⑦ B．①②⑥⑧ C．③④⑤⑥ D．②③⑤⑧【答案】D【解析】①固體微粒由于受到周圍液體分子撞擊的沖力不平衡而引起運動，所以布朗運動是液體分子無規(guī)則運動的反映，故①錯誤；②水黽可以停在水面上是因為液體有表面張力，故②正確；③一定質(zhì)量的的水變成的水蒸氣，分子動能不變，分子勢能增加，所以其內(nèi)能增加，故③正確；④第一類永動機由于違反了能量守恒定律而不可能制成，故④錯誤；⑤當分子間距離增大時分子間引力和斥力都減小，故⑤正確；⑥一塊晶體，若其各個方向的導熱性相同，可能是多晶體，但不是一定是多晶體，故⑥錯誤；⑦若氣體從外界吸收熱量，內(nèi)能不一定增大，如氣體對外界做功，且做的功比吸收的熱量大，故⑦錯誤；⑧熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞，但要引起其它變化，故⑧正確；綜上可知D正確，ABC錯誤。故選D。3．在人類經(jīng)濟發(fā)展中環(huán)境保護日益重要，而利用太陽能發(fā)電投資少，見效快。如果用太陽能替代化石燃料可以減少溫室氣體的排放，減輕污染，有利于環(huán)境保護。以農(nóng)村住宅屋頂發(fā)電為例，如屋頂放置垂直太陽光線的光電池板，面積為10米×5米，已知太陽光垂直照射到地球表面的光能平均為1400焦/米2?秒，如果太陽平均每天有6小時的垂直照射，現(xiàn)在的光電轉(zhuǎn)化率大約為23％，那么這個屋頂在一天內(nèi)發(fā)電大約有（）A．10000度 B．1000度 C．100度 D．10度【答案】C【解析】由這個屋頂在一天內(nèi)發(fā)電大約有故C正確。故選C。4．下列說法正確的是（）A．熵增加原理說明一切自然過程總是向著分子熱運動的無序性減小的方向進行B．質(zhì)量相等的80℃的液態(tài)萘和80℃的固態(tài)萘相比，具有相同的分子勢能C．液體具有流動性是因為液體分子具有固定的平衡位置D．氣體分子單位時間內(nèi)與單位面積器壁碰撞的次數(shù)與單位體積內(nèi)氣體的分子數(shù)和溫度都有關【答案】D【解析】A．熵增加原理說明一切自然過程總是向著分子熱運動的無序性增大的方向進行，選項A錯誤；B．80℃的液態(tài)萘凝固成80℃的固態(tài)萘的過程中放出熱量，溫度不變，則分子的平均動能不變，萘放出熱量的過程中內(nèi)能減小，而分子平均動能不變，所以一定是分子勢能減小，故B錯誤；C．液體具有流動性是因為液體分子沒有固定的平衡位置，選項C錯誤；D．氣體分子單位時間內(nèi)與單位面積器壁碰撞的次數(shù)與單位體積內(nèi)氣體的分子數(shù)和溫度都有關，選項D正確。故選D。5．下列說法正確的是（）A．因為能量守恒，所以能源危機是不可能的B．熱力學第二定律可表述為所有自發(fā)的熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性C．摩擦力做功的過程，必定有機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能D．第二類永動機不可能制造成功的原因是違背了能量守恒定律【答案】B【解析】A．能量雖然是守恒的，總量不變，但是我們可以利用的能源是有限的，故一定要注意節(jié)約能源，防止能源危機，故A錯誤；B．熱力學第二定律可表述為所有自發(fā)的熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性，故B正確；C．一對滑動摩擦力做功，兩物體之間存在相對運動時，系統(tǒng)機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，如果沒有相對運動，即一對靜摩擦力做功，系統(tǒng)沒有機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故C錯誤；D．第二類永動機是指只需從單一熱源吸收熱能便能永遠對外做功的動力機械，雖然不違反能量的轉(zhuǎn)化和守恒，但是違反了機械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性，故D錯誤；故選B。6．關于熱力學第二定律，下列表述正確的是（）A．不可能使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體B．不可能從單一熱庫吸收熱量并把它全部用來做功C．一切自然過程總是沿著分子熱運動無序性增大的方向進行D．在任何的自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的總熵一定增加【答案】C【解析】A．熱力學第二定律可描述為不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體而不產(chǎn)生其它影響，A錯誤；B．根據(jù)熱力學第二定律知，不可能從單一熱庫源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化，B錯誤；C．根據(jù)熱力學第二定律可知，一切自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行，C正確；D．由熱力學第二定律可知，任何自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的總熵不會減少可能保持不變，D錯誤。故選C。7．下列說法錯誤的是（）A．懸浮在水中的花粉做布朗運動反映了花粉分子的熱運動B．并不是所有晶體都具有各向異性C．溫度是描述熱運動的物理量，一個系統(tǒng)與另一個系統(tǒng)達到熱平衡時兩系統(tǒng)溫度相同D．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【答案】A【解析】A．懸浮在水中的花粉做布朗運動反映了水分子的熱運動，A錯誤；B．單晶體具有各向異性，而多晶體不具有各向異性，B正確；C．溫度是描述熱運動的物理量，一個系統(tǒng)與另一個系統(tǒng)達到熱平衡時兩系統(tǒng)溫度相同，C正確；D，根據(jù)熱力學第二定律可知，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，D正確。故不正確的是A。8．根據(jù)你所學過的知識判斷以下說法不正確的是（）A．在圖1中，向上拉動下表面緊貼水面的玻璃板時，拉力大于重力，主要是分子力作用的影響B(tài)．在圖2中，隨著活塞上砝碼個數(shù)的增加，氣缸內(nèi)封閉的氣體越來越難壓縮（始終為氣體狀態(tài)），主要原因是由于隨著氣體體積的減小，分子間的斥力越來越大C．用燒熱的針尖接觸表面涂有蜂蠟層的云母片，蜂蠟層形成了如圖3所示的熔化區(qū)域，說明云母片對于導熱性存在著各向異性D．圖4為熱機能流圖，隨著機械制造工藝、機械材料等科學技術的不斷發(fā)展，熱機的效率仍無法達到100%【答案】B【解析】A．玻璃板被拉起時，要受到水分子間的引力，所以拉力大于玻璃板的重力，A正確；B．壓縮氣體越來越費力，是因為氣體的體積減小，單位體積內(nèi)的分子數(shù)增多，使得在相同時間內(nèi)撞擊活塞的氣體分子數(shù)目增多，氣體的壓強增大，需要用的外力增大，B錯誤；C．燒熱的針尖，接觸涂上薄蜂蠟層的云母片上某點，經(jīng)一段時間后形成圖丙的形狀，由于是橢圓，則說明云母具有各向異性，是單晶體，C正確；D．根據(jù)熱力學第二定律，熱機把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能時，能量的耗散是不可以避免的，所以熱機的效率不可以達到100%，D正確。故選B。9．下列說法中正確的是（）A．固體可以分為晶體和非晶體兩類，非晶體和多晶體都沒有固定的熔點B．液晶像液體一樣具有流動性，而其光學性質(zhì)與某些多晶體相似，具有各向同性C．熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，但不可能從低溫物體傳到高溫物體D．密封在體積不變的容器中的氣體，若溫度升高，則氣體分子對器壁單位面積上的平均作用力增大【答案】D【解析】A．固體可以分為晶體和非晶體兩類，晶體又分為單晶和多晶，單晶和多晶有固定的熔點，非晶體沒有固定的熔點，故A錯誤；B．液晶像液體一樣具有流動性，而其光學性質(zhì)與某些單晶體相似，具有各向異性，故B錯誤；C．由熱力學第二定律知，熱量可以自發(fā)的從高溫物體傳到低溫物體，但不可能自發(fā)的從低溫物體傳到高溫物體，并不是熱量不能從低溫物體傳到高溫物體，在外界的影響下是可以的，只是不能自發(fā)的發(fā)生，比如電冰箱等，故C錯誤。D．一定質(zhì)量氣體等容變化中溫度升高，其壓強一定變大，氣體分子的平均速率變大，則氣體對器壁的平均作用力增大，故D正確.故選D。10．如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A依次經(jīng)過狀態(tài)B、C和D后再回到狀態(tài)A。其中，A→B和C→D為等溫過程，B→C和D→A為絕熱過程（氣體與外界無熱量交換）。這就是著名的“卡諾循環(huán)”。在該循環(huán)過程中，下列說法正確的是（）A．A→B過程中，氣體從外界吸熱并全部用來對外做功，所以違反了熱力學第二定律B．C→D過程中，單位時間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)減少C．D→A過程中，氣體分子的速率分布曲線不發(fā)生變化D．氣體在完成一次循環(huán)過程中（A→B→C→D→A）對外做功【答案】D【解析】A．“卡諾循環(huán)”沒有違反熱力學第二定律。因為它是理想中的熱機，不是實際發(fā)生的熱現(xiàn)象。故A錯誤；B．C→D過程中，等溫壓縮，體積變小，分子數(shù)密度變大，單位時間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增多。故B錯誤；C．D→A過程中，絕熱壓縮，外界對氣體做功，溫度升高，分子平均動能增大，氣體分子的速率分布曲線發(fā)生變化。故C錯誤；D．氣體在完成一次循環(huán)過程中（A→B→C→D→A）對外做功，即圖像中閉合曲線所圍面積。故D正確。故選D。題組C培優(yōu)拔尖練1．下列說法中正確的是（）A．只要知道水的摩爾質(zhì)量和水分子的質(zhì)量，就可以計算出阿伏伽德羅常數(shù)B．內(nèi)能向機械能轉(zhuǎn)化是有條件的，即環(huán)境中必須存在溫度差，通過科技創(chuàng)新，我們能夠研制出內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機械能的熱機C．在使兩個分子間的距離由很遠（r＞10-9m）減小到很難再靠近的過程中，分子間作用力先減小后增大；分子勢能不斷增大D．溫度升高，分子熱運動的平均動能一定增大，但并非所有分子的速率都增大E.一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)等溫壓縮后，其壓強一定增大【答案】ADE【解析】A．只要知道水的摩爾質(zhì)量和水分子的質(zhì)量，根據(jù)可以計算出阿伏加德羅常數(shù)，A正確；B．內(nèi)能的轉(zhuǎn)化為機械能是有條件的；內(nèi)能不可能全部轉(zhuǎn)化為機械能，B錯誤；C．如圖所示在使兩個分子間的距離由很遠（r＞10-9m）減小到很難再靠近的過程中，分子間作用力先增大后減小再增大；分子勢能先減小后增大，C錯誤；D．分子平均動能是大量分子的統(tǒng)計規(guī)律，對具體的某一個分子沒有意義；溫度升高，分子熱運動的平均動能一定增大，但并非所有分子的速率都增大，D正確；E．根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)等溫壓縮后，其壓強一定增大，E正確。故選ADE。2．下列說法正確的是（）A．空調(diào)既能制熱又能制冷，說明熱傳遞不存在方向性B．水蒸氣的實際壓強越大，相對濕度越大C．布朗運動是懸浮在液體或氣體中的小顆粒的無規(guī)則運動D．實際氣體的內(nèi)能包括氣體分子之間的相互作用的勢能E.對一定質(zhì)量的理想氣體，當它的壓強、體積都增大時，其內(nèi)能一定增大【答案】CDE【解析】A．空調(diào)既能制熱又能制冷，只能說明在不自發(fā)的條件下熱傳遞方向可以逆向，不違背熱力學第二定律，A錯誤；B．據(jù)濕度的定義可知，水蒸氣的實際壓強越大，絕對濕度越大，但相對濕度不一定越大，B錯誤；C．布朗運動是懸浮在液體或氣體中的固體小顆粒的無規(guī)則運動，間接反映了液體或氣體分子的無規(guī)則運動，C正確；D．實際氣體的分子間相互作用力不能忽略，故其內(nèi)能包括氣體的分子動能和分子勢能，D正確；E．對一定質(zhì)量的理想氣體，根據(jù)當它的壓強、體積都增大時，溫度也增大，其內(nèi)能一定增大，E正確。故選CDE。3．下列有關熱現(xiàn)象分析與判斷正確的是（）A．布朗運動是由于液體分子對固體小顆粒的撞擊引起的，固體小顆粒的體積越大，液體分子對它的撞擊越多，布朗運動就越顯著B．在墻壁與外界無熱傳遞的封閉房間里，夏天為了降低溫度，同時打開電冰箱門和電風扇，兩電器工作較長時間后，房子內(nèi)的氣溫將會增加C．溫度升高，單位時間里從液體表面飛出的分子數(shù)增多，液體繼續(xù)蒸發(fā)，飽和氣壓強增大D．在一個大氣壓下，1克100℃的水吸收2.26×103J熱量變?yōu)?克100℃的水蒸氣，在這個過程中，2.26×103J=水蒸氣的內(nèi)能+水的內(nèi)能+水變成水蒸氣體積膨脹對外界做的功【答案】BC【解析】A．布朗運動是由于液體分子對固體小顆粒的撞擊引起的，固體小顆粒的體積越大，在一瞬間跟它相撞的分子數(shù)越多，各個方向的撞擊作用越接近平衡，布朗運動越不顯著，故A錯誤；B．根據(jù)制冷機原理可知電冰箱的制冷并不會使系統(tǒng)內(nèi)總熱量減小，只是通過壓縮機將熱量從低溫物體傳向了高溫物體，所以打開電冰箱門并不能使房間內(nèi)熱量減少，而由于電冰箱和電風扇工作過程中，電流做功會產(chǎn)生一部分焦耳熱，并且電風扇吹風的過程中使空氣產(chǎn)生摩擦熱，根據(jù)熱力學第一定律可知兩電器工作較長時間后，房間內(nèi)氣溫會增加，故B正確；C．溫度升高，單位時間里從液體表面飛出的分子數(shù)增多，液體繼續(xù)蒸發(fā)，飽和氣壓強增大，故C正確；D．液體汽化時，吸收的熱量一部分用于克服分子間引力做功，增加內(nèi)能，另一部分用于對外界做功，則根據(jù)熱力學第一定律可知在一個大氣壓下，1克100℃的水吸收2.26×103J熱量變?yōu)?克100℃的水蒸氣，在這個過程中，2.26×103J=水蒸氣的內(nèi)能－水的內(nèi)能+水變成水蒸氣體積膨脹對外界做的功，故D錯誤。故選BC。4．關于熱現(xiàn)象，下列說法正確的是（）A．在“用油膜法估測分子的大小”的實驗中，油酸分子的直徑（也就是單層油酸分子組成的油膜的厚度）等于一小滴溶液中純油酸的體積與它在水面上攤開的面積之比B．兩個鄰近的分子之間同時存在著引力和斥力，它們都隨距離的增大而減小，當兩個分子的距離為r0時，引力與斥力大小相等，分子勢能最小C．同種物質(zhì)要么是晶體，要么是非晶體，不可能以晶體和非晶體兩種不同的形態(tài)出現(xiàn)D．如果用Q表示物體吸收的能量，用W表示物體對外界所做的功，ΔU表示物體內(nèi)能的增加，那么熱力學第一定律可以表達為Q=ΔU+WE.如果沒有漏氣沒有摩擦，也沒有機體熱量的損失，這樣的熱機的效率可以達到100%【答案】ABD【解析】A．根據(jù)用“油膜法”估測分子大小的實驗原理可知，讓一定體積的純油酸滴在水面上形成單分子油膜，由于油酸分子是緊密排列的，而且形成的油膜為單分子油膜，然后用每滴油酸酒精溶液所含油酸體積除以油膜面積得出的油膜厚度即為油酸分子直徑，A正確；B．當分子間的距離時，分子力表現(xiàn)為斥力，減小分子間的距離，分子力做負功，分子勢能增加；當分子間的距離時，分子力表現(xiàn)為引力，增大分子間的距離，分子力做負功，分子勢能增加，所以當兩個分子的距離為r。時，引力與斥力大小相等，分子勢能最小，B正確；C．物質(zhì)是晶體還是非晶體，并不是絕對的，有些非晶體在一定條件下也可以轉(zhuǎn)化為晶體，C錯誤；D．根據(jù)熱力學第一定律可知，如果用Q表示物體吸收的能量，用W

表示物體對外界所做的功，表示物體內(nèi)能的增加，那么熱力學第一定律可以表達為D正確；E．根據(jù)熱力學第二定律可知，熱機的效率不可以達到100%，E錯誤。故選ABD。5．關于分子動理論和熱力學定律，下列說法中正確的是（）A．一定質(zhì)量的理想氣體，若吸收熱量100J時，內(nèi)能減少了10J，則氣體一定對外做了110J的功B．布朗運動是由于分子無規(guī)則運動直接形成的，而擴散現(xiàn)象是分子熱運動的間接反映C．阿伏加德羅常數(shù)是聯(lián)系微觀物理量和宏觀物理量的橋梁，已知水的摩爾質(zhì)量和水分子的質(zhì)量，可以求出該常數(shù)D．第二類永動機雖然不違反熱力學第二定律，但它違背了能量守恒定律E.水面上的單分子油膜，在測量油膜分子直徑時可把它們當作球形處理【答案】ACE【解析】A．由題意根據(jù)得即氣體對外做功110J，選項A正確；B．擴散現(xiàn)象是由于分子無規(guī)則運動直接形成的，而布朗運動是分子熱運動的間接反映，選項B錯誤；C．阿伏加德羅常數(shù)是聯(lián)系微觀物理量和宏觀物理量的橋梁，已知水的摩爾質(zhì)量和水分子的質(zhì)量，可以求出阿伏加德羅常數(shù)，選頊C正確；D．第二類永動機雖然不違反能量守恒定律。但它違背了熱力學第二定律，所以制造不出來，選頊D錯誤；E．油膜法測分子直徑時，可把油分子近似看作一個球體，選項E正確。故選ACE。6．下列說法正確的是（）A．可以從單一熱源吸收熱量，使其全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能而不引起其他變化B．所有晶體都有固定熔點C．做布朗運動的花粉顆粒，溫度越高，運動越劇烈D．單位時間內(nèi)氣體分子對容器壁單位面積上碰撞次數(shù)減少，氣體的壓強一定減小E.由于液體表面層的分子間距離大于液體內(nèi)部分子間的距離，所以液體表面具有收縮的趨勢【答案】BCE【解析】A．根據(jù)熱力學第二定律，不可能從單一熱源吸收熱量，使其全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能而不引起其他變化。A錯誤；B．所有晶體都有固定熔點。B正確；C．做布朗運動的花粉顆粒，溫度越高，液體分子對顆粒的撞擊越劇烈，運動越劇烈。C正確；D．單位時間內(nèi)氣體分子對容器壁單位面積上碰撞次數(shù)減少，如果分子撞擊的作用力增大，則壓強有可能增大。D錯誤；E．由于液體表面層的分子間距離大于液體內(nèi)部分子間的距離，液體表面層分子間表現(xiàn)為引力，所以液體表面具有收縮的趨勢。E正確。故選BCE。7．關于熱力學定律，下列說法正確的是（）A．第一類永動機不可能制成是因為違反了能量守恒定律B．電冰箱的工作表明，熱量可以自發(fā)地從低溫物體向高溫物體傳遞C．一定質(zhì)量的理想氣體密封在容積不變的容器內(nèi)，若溫度升高，則氣體一定吸收熱量D．一定質(zhì)量的理想氣體，在等壓膨脹過程中，氣體一定放出熱量E.一定質(zhì)量的理想氣體從外界吸收熱量，則氣體的內(nèi)能不一定增大【答案】ACE【解析】A．第一類永動機不可能制成是因為違反了能量守恒定律，A正確B．電冰箱的工作時消耗了電能，則熱量并不是自發(fā)地從低溫物體向高溫物體傳遞，所以并不違反熱力學第二定律，B錯誤C．一定質(zhì)量氣體密封在容積不變的容器內(nèi)，溫度升高則理想氣體分子平均動能增大，內(nèi)能也增大，體積不變則不做功，根據(jù)熱力學第一定律氣體一定吸收熱量,C正確D．一定質(zhì)量的理想氣體，在等壓膨脹過程中，根據(jù)蓋—呂薩克定律可知溫度升高，氣體內(nèi)能增大，因為氣體體積變大，則氣體對外做功，根據(jù)熱力學第一定律則氣體一定吸熱，D錯誤E．氣體從外界吸收熱量，但做功情況不確定，根據(jù)熱力學第一定律則氣體的內(nèi)能不一定增大，E正確故選ACE。8．如圖所示，導熱氣缸內(nèi)封閉一定質(zhì)量的理想氣體，外界環(huán)境保持恒溫，活塞與氣缸壁光滑接觸，現(xiàn)將活塞桿緩慢向右移動，這樣氣體將等溫膨脹并通過活塞對外做功，下列說法正確的是（）A．所有氣體分子熱運動的速率都相等B．氣體的壓強減小C．氣體分子在單位時間內(nèi)撞擊氣缸壁上單位面積的平均次數(shù)增加D．氣體對外做功，從外界吸收熱量，但內(nèi)能不變E.氣體從單一熱源吸熱，全部用來對外做功，但不違反熱力學第二定律【答案】BDE【解析】A．在一定的溫度下，氣體分子熱運動的速率各不相同，具有一定的統(tǒng)計分布，A錯誤；BC．氣體溫度不變，體積增大，根據(jù)玻意耳定律，壓強減小，分子的密集程度減小，因此單位時間內(nèi)撞擊氣缸壁上單位面積的平均次數(shù)減少，B正確、C錯誤；D．一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關，因此內(nèi)能不變，氣體吸收的熱量等于對外做的功，D正確；E．在等溫膨脹過程中，氣體從單一熱源吸熱，全部用來對外做功，但不違反熱力學第二定律，此過程由外力對活塞做功來維持，即對外界產(chǎn)生了其他影響，如果沒有外力的作用，則不可能發(fā)生，E正確。故選BDE。9．對于以下教材中配圖說明，說法正確的是（）A．甲圖為油膜法估算分子直徑的實驗圖。實驗中需注意待油酸薄膜形狀穩(wěn)定后再描繪油酸膜的形狀B．乙圖為布朗運動產(chǎn)生原因示意圖。說明微粒越大，液體分子沿各方向撞擊它的數(shù)量越多，布朗運動越明顯C．丙圖為模擬氣體壓強產(chǎn)生機理實驗圖。說明氣體壓強是由氣體分子對器壁頻繁碰撞產(chǎn)生的D．丁圖為熱機工作時的能流分配圖。說明熱機的效率可能達到100%【答案】AC【解析】A．甲圖為油膜法估算分子直徑的實驗圖。根據(jù)實驗注意事項，可知實驗中需注意待油酸薄膜形狀穩(wěn)定后再描繪油酸膜的形狀，A正確；B．乙圖為布朗運動產(chǎn)生原因示意圖。說明微粒越大，液體分子沿各方向撞擊它的數(shù)量越多，受力越均衡，布朗運動越不明顯，B錯誤C．由圖可知，丙圖為模擬氣體壓強產(chǎn)生機理實驗圖。實驗說明了氣體壓強是由氣體分子對器壁頻繁碰撞產(chǎn)生的，C正確；D．由圖可知，丁圖為熱機工作時的能流分配圖，說明熱機的效率不可能達到100%，D錯誤。故選AC。10．下列說法中正確的是（）A．高原地區(qū)水的沸點較低，這是高原地區(qū)溫度較低的緣故B．空調(diào)制冷說明熱量可以自發(fā)地由低溫物體傳遞給高溫物體C．一切與熱現(xiàn)象有關的宏觀自然過程都具有方向性，都是不可逆的D．液體中懸浮微粒的布朗運動是周