2025高考物理步步高同步練習(xí)選修3第三章　熱力學(xué)定律第4節(jié)　熱力學(xué)第二定律含答案

2025高考物理步步高同步練習(xí)選修3第三章熱力學(xué)定律第4節(jié)熱力學(xué)第二定律[學(xué)習(xí)目標(biāo)要求]1.知道一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的。2.知道熱力學(xué)第二定律的兩種表述內(nèi)容，并能運(yùn)用該定律解決一些實(shí)際問題。3.了解自然界中的能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移，知道能量耗散的概念。一、熱力學(xué)第二定律1.一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的。如物體間的傳熱、氣體的膨脹、擴(kuò)散、有摩擦的機(jī)械運(yùn)動(dòng)……都有特定的方向性。2.反映宏觀自然過程的方向性的定律就是熱力學(xué)第二定律?！九幸慌小?1)熱量能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體。(√)(2)傳熱是有方向性的。(√)(3)氣體向真空中膨脹的過程是有方向性的。(√)二、熱力學(xué)第二定律的兩種表述1.熱力學(xué)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。2.熱機(jī)熱機(jī)工作的兩個(gè)階段：第一個(gè)階段是燃燒燃料，把燃料中的化學(xué)能變成工作物質(zhì)的內(nèi)能。第二個(gè)階段是工作物質(zhì)對(duì)外做功，把自己的內(nèi)能變成機(jī)械能。3.熱力學(xué)第二定律的開爾文表述：不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。(該表述闡述了機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性)【判一判】(1)熱量不能從低溫物體傳到高溫物體。(×)(2)不可逆過程指的是某過程只沿某個(gè)方向發(fā)生，而不可能在沒有外界影響(或不產(chǎn)生其他影響)的情況下沿相反方向發(fā)生。(√)(3)內(nèi)能不可能完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。(×)(4)一切形式的能量間的相互轉(zhuǎn)化都不具有可逆性。(×)三、能源是有限的1.能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化具有方向性：在各種生產(chǎn)生活中，人們利用的各種形式的能最終都轉(zhuǎn)化成內(nèi)能流散到周圍的環(huán)境中。2.能量耗散根據(jù)熱力學(xué)第二定律，分散在環(huán)境中的內(nèi)能不管數(shù)量多么巨大，它也只不過能使地球、大氣稍稍變暖一點(diǎn)，卻再也不能自動(dòng)聚集起來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)器做功了。這樣的轉(zhuǎn)化過程叫作“能量耗散”。3.能源：是指具有高品質(zhì)的容易利用的儲(chǔ)能物質(zhì)。探究1熱力學(xué)第二定律的理解1.單一熱庫(kù)：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(gòu)成機(jī)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(duì)外做功。據(jù)報(bào)道，有些國(guó)家已在研究利用海水上下溫度不同來(lái)發(fā)電。2.其他影響：指除了從單一熱庫(kù)吸收的熱量，以及所做的功以外的其他一切影響；或者除了從低溫物體吸收熱量、高溫物體得到相同的熱量外，其他一切影響和變化，不是不能從單一熱庫(kù)吸收熱量而對(duì)外做功，而是這樣做的結(jié)果，一定伴隨著其他變化或影響。同樣，也不是熱量不能從低溫物體傳到高溫物體，而是指不產(chǎn)生其他影響的自動(dòng)傳熱是不可能的。3.關(guān)于“不可能”：實(shí)際上熱機(jī)或制冷機(jī)系統(tǒng)循環(huán)終了時(shí)，除了從單一熱庫(kù)吸收熱量對(duì)外做功，以及熱量從低溫?zé)釒?kù)傳到高溫?zé)釒?kù)以外，過程所產(chǎn)生的其他一切影響，不論用任何曲折復(fù)雜的辦法都不可能加以消除。4.兩種表述是等價(jià)的如果克勞修斯表達(dá)不成立，則開爾文表述也不成立。5.適用條件：只能適用于由很大數(shù)目分子所構(gòu)成的系統(tǒng)及有限范圍內(nèi)的宏觀過程，而不適用于少量的微觀體系，也不能把它擴(kuò)展到無(wú)限的宇宙。【例1】關(guān)于熱力學(xué)第二定律，下列說(shuō)法中正確的是()A．不可能從單一熱庫(kù)吸熱并把它全部用來(lái)做功，而不引起其他變化B．沒有冷凝器，只有單一的熱庫(kù)，能將從單一熱庫(kù)吸收的熱量全部用來(lái)做功，而不引起其他變化的熱機(jī)是可以實(shí)現(xiàn)的52頁(yè)C.制冷系統(tǒng)將冰箱里的熱量傳給外界較高溫度的空氣而不引起其他變化D．在火力發(fā)電中，燃?xì)獾膬?nèi)能可能全部變成電能答案A解析熱力學(xué)第二定律揭示了與熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程的方向性，A正確；機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性，機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能要全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能必須有外界的幫助，故B錯(cuò)誤；冰箱向外傳遞熱量時(shí)消耗了電能，故C錯(cuò)誤；火力發(fā)電時(shí)，能量轉(zhuǎn)化的過程為內(nèi)能→機(jī)械能→電能，因?yàn)閮?nèi)能向機(jī)械能轉(zhuǎn)化過程中會(huì)對(duì)外放出熱量，故燃?xì)獾膬?nèi)能不會(huì)全部變?yōu)殡娔?，故D錯(cuò)誤?！纠?】如圖所示為電冰箱的工作原理示意圖。壓縮機(jī)工作時(shí)，強(qiáng)迫制冷劑在冰箱內(nèi)、外的管道中不斷循環(huán)。在蒸發(fā)器中制冷劑汽化吸收箱體內(nèi)的熱量，經(jīng)過冷凝器時(shí)制冷劑液化，放出熱量到箱體外。下列說(shuō)法正確的是()A．熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外B．電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界，是因?yàn)槠湎牧穗娔蹸．電冰箱的工作原理違背熱力學(xué)第一定律D．電冰箱的工作原理違背熱力學(xué)第二定律答案B解析根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，要想使熱量從低溫物體傳到高溫物體必須借助于其他系統(tǒng)做功，故A錯(cuò)誤，B正確；電冰箱的工作原理不違背熱力學(xué)第一定律和第二定律，故C、D錯(cuò)誤?！踞槍?duì)訓(xùn)練1】對(duì)于孤立體系中發(fā)生的實(shí)際過程，下列說(shuō)法中正確的是()A．系統(tǒng)的總熵只能減小，不可能增大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)向更無(wú)序的狀態(tài)發(fā)展D．系統(tǒng)逐漸從比較無(wú)序的狀態(tài)向更有序的狀態(tài)發(fā)展答案C解析在孤立體系中發(fā)生的實(shí)際過程，其系統(tǒng)的總熵是增加的，它不可能減小，故A、B錯(cuò)誤；根據(jù)熵增加原理，系統(tǒng)總是自發(fā)地從比較有序的狀態(tài)向更無(wú)序的狀態(tài)發(fā)展，故C正確，D錯(cuò)誤。探究2永動(dòng)機(jī)不可能制成1.永動(dòng)機(jī)：不需要任何動(dòng)力或燃料，卻能不斷地對(duì)外做功的一種機(jī)器，永動(dòng)機(jī)是不可能制成的。2.人類通過對(duì)大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)得知，要獲得一種能量，一定需要利用另一種能量通過做功的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)化，能量不能被產(chǎn)生。即不可能設(shè)計(jì)、創(chuàng)造出一種不消耗任何能量而能源源不斷地對(duì)外做功的永動(dòng)機(jī)。3.永動(dòng)機(jī)失敗的原因分析：如果沒有外界熱庫(kù)供給熱量，則有U2－U1＝W，就是說(shuō)，如果系統(tǒng)內(nèi)能減少，即U2＜U1，則W＜0，系統(tǒng)對(duì)外做功是要以內(nèi)能減少為代價(jià)的。若想源源不斷地做功，就必須使系統(tǒng)不斷回到初始狀態(tài)，在無(wú)外界能量供給的情況下是不可能的?！纠?】如圖所示，一演示用的“永動(dòng)機(jī)”轉(zhuǎn)輪由5根輕桿和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，輕桿的末端裝有形狀記憶合金制成的葉片，輕推轉(zhuǎn)輪后，進(jìn)入熱水的葉片因伸展而“劃水”，推動(dòng)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。離開熱水后，葉片形狀迅速恢復(fù)，轉(zhuǎn)輪因此能較長(zhǎng)時(shí)間轉(zhuǎn)動(dòng)。下列說(shuō)法正確的是()A.轉(zhuǎn)輪依靠自身慣性轉(zhuǎn)動(dòng)，不需要消耗外界能量B.轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)所需能量來(lái)自形狀記憶合金自身C.轉(zhuǎn)動(dòng)的葉片不斷攪動(dòng)熱水，水溫升高D.葉片在熱水中吸收的熱量一定大于在空氣中釋放的熱量答案D解析形狀記憶合金從熱水中吸收熱量后，一部分能量在伸展劃水時(shí)轉(zhuǎn)化為水和轉(zhuǎn)輪的動(dòng)能，另一部分釋放到空氣中，根據(jù)能量守恒定律可知只有D項(xiàng)正確?！踞槍?duì)訓(xùn)練2】下列說(shuō)法正確的是()A.一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)吸收了熱量，其內(nèi)能不一定增加B.絕熱情況下，外界對(duì)物體做了正功，物體的內(nèi)能也不一定增加C.根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱機(jī)的效率可以達(dá)到100%D.第二類永動(dòng)機(jī)是不可能制造出來(lái)的，因?yàn)樗粌H違反熱力學(xué)第一定律，也違反熱力學(xué)第二定律答案A解析一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于氣體從外界吸收的熱量與外界對(duì)它所做的功的和，故A正確，B錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律“不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響”，故C錯(cuò)誤；第二類永動(dòng)機(jī)不違反熱力學(xué)第一定律，但違反熱力學(xué)第二定律，故D錯(cuò)誤。探究3能量耗散和品質(zhì)降低的理解1.能量耗散自然界中集中度較高(即有序度較高)的能量，如機(jī)械能、電能、化學(xué)能，當(dāng)它們變?yōu)榄h(huán)境的內(nèi)能后，就成為更加分散的能量，沒有辦法把這些分散的內(nèi)能重新變成品質(zhì)高的能量加以利用，這樣的現(xiàn)象叫作能量耗散。各種形式的能量向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化，是能夠自動(dòng)發(fā)生、全額發(fā)生的，能量耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有方向性。2.能量品質(zhì)的降低能量耗散雖然不會(huì)使能量減少，卻會(huì)導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低，它實(shí)際上將能量從高度有用的形式降級(jí)為不大可用的形式。煤、石油、天然氣等能源儲(chǔ)存著高品質(zhì)的能量，在利用它們的時(shí)候，高品質(zhì)的能量釋放出來(lái)并最終轉(zhuǎn)化為低品質(zhì)的內(nèi)能。內(nèi)能較之機(jī)械能、電能、光能、核能等是一種低品質(zhì)能量。雖然能量不會(huì)減少但能源越來(lái)越少，所以要節(jié)約能源?！纠?】下列說(shuō)法正確的是()A.能量耗散說(shuō)明能量在不斷減少B.能量耗散從能量轉(zhuǎn)化角度反映出自然界的宏觀過程具有方向性C.對(duì)能源的過度消耗將使自然界的能量不斷減少，形成能源危機(jī)D.根據(jù)熱力學(xué)第二定律，在火力發(fā)電機(jī)中，燃?xì)獾膬?nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為電能答案B解析能量耗散是指能量的可利用率越來(lái)越低，由于能量守恒，故能量不會(huì)減少，A錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程具有方向性，能量耗散就是從能量的角度反映了這種方向性，B正確；根據(jù)能量守恒定律，自然界的能量不會(huì)減少，C錯(cuò)誤；火力發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí)，能量轉(zhuǎn)化的過程為化學(xué)能—內(nèi)能—機(jī)械能—電能，因?yàn)閮?nèi)能—機(jī)械能的轉(zhuǎn)化過程中會(huì)對(duì)外放出熱量，故燃?xì)獾膬?nèi)能必然不能全部變?yōu)殡娔?，D錯(cuò)誤。1．(熱力學(xué)第二定律的理解)下列說(shuō)法正確的是()A．熱量能自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體B．熱量不能從低溫物體傳到高溫物體C．傳熱是有方向性的D．氣體向真空中膨脹的過程是可逆的答案C解析如果是自發(fā)地進(jìn)行，熱量只能從高溫物體傳到低溫物體，但這并不是說(shuō)熱量不能從低溫物體傳到高溫物體，只是不能自發(fā)地進(jìn)行，在外界條件的幫助下，熱量也能從低溫物體傳到高溫物體，C正確，A、B錯(cuò)誤；氣體向真空中膨脹的過程也是不可逆，具有方向性的，D錯(cuò)誤。2.(熱力學(xué)第二定律的理解)關(guān)于熱力學(xué)第二定律，下列說(shuō)法正確的是()A.熱力學(xué)第二定律是通過實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的實(shí)驗(yàn)定律B.熱力學(xué)第二定律是通過大量自然現(xiàn)象的不可逆性總結(jié)出來(lái)的經(jīng)驗(yàn)定律C.熱力學(xué)第二定律是物理學(xué)家從理論推導(dǎo)得出來(lái)的結(jié)果D.熱力學(xué)第二定律沒有理論和實(shí)驗(yàn)的依據(jù)，因此沒有實(shí)際意義答案B解析熱力學(xué)第二定律是物理學(xué)家通過對(duì)大量自然現(xiàn)象的分析，又總結(jié)了生產(chǎn)和生活經(jīng)驗(yàn)得到的結(jié)論，是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)定律，它并不能通過理論和實(shí)驗(yàn)來(lái)證明，但它符合客觀事實(shí)，因此是正確的。它揭示了熱現(xiàn)象宏觀自然過程的方向性，使人們認(rèn)識(shí)到第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成，對(duì)我們認(rèn)識(shí)自然和利用自然有著重要的指導(dǎo)意義。3．(能量耗散和品質(zhì)降低的理解)熱現(xiàn)象過程中不可避免地出現(xiàn)能量耗散的現(xiàn)象。所謂能量耗散是指在能量轉(zhuǎn)化的過程中無(wú)法把流散的能量重新收集、重新加以利用。下列關(guān)于能量耗散的說(shuō)法中正確的是()A．能量耗散說(shuō)明能量不守恒B．能量耗散不符合熱力學(xué)第二定律C．能量耗散過程中能量消失了D．能量耗散是從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有方向性答案D解析能量耗散說(shuō)明能量轉(zhuǎn)化的宏觀過程具有方向性，符合熱力學(xué)第二定律，B錯(cuò)誤，D正確；能量耗散過程中，能量并沒有消失，能量仍然守恒，A、C錯(cuò)誤。課時(shí)定時(shí)訓(xùn)練(限時(shí)20分鐘)1．下列關(guān)于能源的說(shuō)法中正確的是()A．能源是取之不盡，用之不竭的B．能源是有限的，特別是常規(guī)能源，如太陽(yáng)能、核能等C．大量消耗常規(guī)能源會(huì)使環(huán)境惡化，故提倡開發(fā)利用新能源D．核能的利用對(duì)環(huán)境的影響比燃燒石油、煤炭大答案C解析盡管能量守恒，但耗散能量無(wú)法重新收集利用，所以能源是有限的，特別是常規(guī)能源，但太陽(yáng)能、核能不是常規(guī)能源，A、B錯(cuò)誤；常規(guī)能源的利用比新能源核能的利用對(duì)環(huán)境影響大，C正確，D錯(cuò)誤。2.(2021·山東威海市高二期末)下列現(xiàn)象可以用熱力學(xué)第一定律解釋的是()A.兩物體接觸后，熱量自發(fā)地從高溫物體傳遞到低溫物體B.蒸汽機(jī)不能把蒸汽的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而不引起其他變化C.葉片攪拌絕熱容器中的水，引起水溫升高D.利用能源的過程中會(huì)發(fā)生“能量耗散”現(xiàn)象答案C解析根據(jù)熱力學(xué)第二定律，兩物體接觸后，熱量自發(fā)地從高溫物體傳遞到低溫物體，A錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律，蒸汽機(jī)不能把蒸汽的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而不引起其它變化，B錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第一定律，葉片攪拌絕熱容器中的水，引起水溫升高，C正確；根據(jù)熱力學(xué)第二定律，利用能源的過程中會(huì)發(fā)生“能量耗散”現(xiàn)象，D錯(cuò)誤。3．下列關(guān)于熱力學(xué)定律和能量守恒定律的說(shuō)法中正確的是()A．一切達(dá)到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的內(nèi)能B．熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞，但必須有第三者的介入C．能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，能量的總量保持不變，所以不用節(jié)約能源D．隨著技術(shù)的發(fā)展，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)可以將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能答案B解析一切達(dá)到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度，但內(nèi)能不一定相同，所以A錯(cuò)誤；熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，例如電冰箱，熱量的確從低溫物體—箱內(nèi)食品，傳到了高溫物體—箱外空氣，但這不是自發(fā)的過程，這個(gè)過程必須有第三者的介入：必須開動(dòng)冰箱的壓縮機(jī)，所以B正確；能量在數(shù)量上雖然守恒，但其轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化具有方向性，雖然能量不會(huì)減少但能源會(huì)越來(lái)越少，所以要節(jié)約能源，增強(qiáng)學(xué)生環(huán)保意識(shí)和可持續(xù)發(fā)展意識(shí)，所以C錯(cuò)誤；熱力學(xué)第二定律的另一種表述為“不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響”，即機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能無(wú)法全部用來(lái)做功轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，所以D錯(cuò)誤。4.關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說(shuō)法正確的是()A.功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬膶?shí)際宏觀過程是不可逆過程B.對(duì)某物體做功，必定會(huì)使該物體的內(nèi)能增加C.不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之完全變?yōu)楣.不可能使熱量從低溫物體傳向高溫物體答案A解析熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)：一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過程都是不可逆的，根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬膶?shí)際宏觀過程是不可逆過程，故A正確；做功和傳熱是改變物體內(nèi)能的兩種方法，由熱力學(xué)第一定律知：為了增加物體的內(nèi)能，可以對(duì)物體做功或向它傳熱，單獨(dú)地對(duì)物體做功，內(nèi)能不一定增加，故B錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之完全變?yōu)楣?，而不引起其他變化，故C錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律，不可能使熱量自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體，但在外界的作用下，能使熱量從低溫物體傳向高溫物體，比如電冰箱，故D錯(cuò)誤。5.下列說(shuō)法正確的是()A.功可以完全轉(zhuǎn)化為熱量，而熱量不可以完全轉(zhuǎn)化為功B.熱機(jī)必須具有兩個(gè)熱庫(kù)，才能實(shí)現(xiàn)熱功轉(zhuǎn)化C.熱機(jī)的效率不可能大于1，但可能等于1D.熱機(jī)的效率必定小于1答案D解析開爾文表述沒有排除熱量可以完全轉(zhuǎn)化為功，但必然要產(chǎn)生其他變化，比如氣體等溫膨脹，氣體內(nèi)能完全轉(zhuǎn)化為功，但氣體體積增大了，A錯(cuò)誤；開爾文表述指出，熱機(jī)不可能只有單一熱庫(kù)，但未必就是兩個(gè)熱庫(kù)，可以具有兩個(gè)以上熱庫(kù)，B錯(cuò)誤；由η＝eq\f(Q1－Q2,Q1)可知，只要Q2≠0，就有η＜1，如果Q2＝0，則低溫?zé)釒?kù)不存在，違背了開爾文表述，C錯(cuò)誤，D正確。6.隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源短缺問題日顯突出，油價(jià)不斷攀升，已對(duì)各國(guó)人民的日常生活造成了各種影響，如排長(zhǎng)隊(duì)等待加油的情景已經(jīng)多次在世界各地發(fā)生，能源成為困擾世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大難題之一。下列有關(guān)能量轉(zhuǎn)化的說(shuō)法中正確的是()A.不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量并把它全部用來(lái)做功，而不產(chǎn)生其他的變化B.只要對(duì)內(nèi)燃機(jī)不斷進(jìn)行改進(jìn)，就可以把內(nèi)燃機(jī)得到的全部?jī)?nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能C.滿足能量守恒定律的物理過程都能自發(fā)進(jìn)行D.外界對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能必然增加答案A解析由熱力學(xué)第二定律的開爾文表述可知，A正確；熱機(jī)效率總低于100%，B錯(cuò)誤；滿足能量守恒定律的物理過程未必能自發(fā)進(jìn)行，任何過程一定都滿足熱力學(xué)第二定律，C錯(cuò)誤；由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q可知，W＞0，ΔU不一定大于0，即內(nèi)能不一定增加，D錯(cuò)誤。7．根據(jù)熱力學(xué)第二定律，下列判斷正確的是()A．電流的能不可能全部變?yōu)閮?nèi)能B．在火力發(fā)電機(jī)中，燃?xì)獾膬?nèi)能可能全部變?yōu)殡娔蹸．熱機(jī)中，燃?xì)鈨?nèi)能可能全部變?yōu)闄C(jī)械能D．在傳熱中，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體答案D解析根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性，電流的能可以全部變?yōu)閮?nèi)能(由焦耳定律可知)，但內(nèi)能不可能全部變成電流的能，而不產(chǎn)生其他影響。機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能，而內(nèi)能不可能全部轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，而不產(chǎn)生其他影響。在傳熱中，熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，而不能自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體。故選項(xiàng)D正確。8．下列說(shuō)法正確的是()A．物體從外界吸收熱量，其內(nèi)能一定增加，物體對(duì)外界做功，其內(nèi)能一定減少B．凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性，在傳熱中，熱量只能從高溫物體傳遞給低溫物體，而不能從低溫物體傳遞給高溫物體C．第二類永動(dòng)機(jī)沒有違反熱力學(xué)第一定律，可以成功制造出來(lái)D．熱現(xiàn)象過程中不可避免地出現(xiàn)能量耗散現(xiàn)象，能量耗散符合熱力學(xué)第二定律答案D解析根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，可知物體從外界吸收熱量，其內(nèi)能不一定增加，物體對(duì)外界做功，其內(nèi)能不一定減少，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；通過做功的方式可以讓熱量從低溫物體傳遞給高溫物體，如電冰箱，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；第二類永動(dòng)機(jī)沒有違反熱力學(xué)第一定律，但違反了熱力學(xué)第二定律，不可能成功制造出來(lái)，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；能量耗散過程體現(xiàn)了宏觀自然過程的方向性，符合熱力學(xué)第二定律，選項(xiàng)D正確。9.熱力學(xué)第二定律常見的表述方式有兩種，其一：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；其二：不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量并把它全部用來(lái)做功，而不引起其他變化。第一種表述方式可以用圖甲來(lái)表示，根據(jù)你對(duì)第二種表述的理解，如果也用類似的示意圖來(lái)表示，你認(rèn)為圖乙示意圖中正確的是()甲乙答案B解析由題圖甲可知，使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體必伴隨壓縮機(jī)的做功，即引起其他變化；對(duì)于第二種方式，熱機(jī)工作時(shí)，從高溫物體吸收熱量，只有一部分用來(lái)對(duì)外做功，轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，另一部分熱量要排放給低溫物體，故選項(xiàng)B正確，A、C、D錯(cuò)誤。章末測(cè)評(píng)驗(yàn)收卷(三)(時(shí)間：75分鐘滿分：100分)一、單項(xiàng)選擇題(共11個(gè)小題，每小題4分，共44分)1.(2021·遼寧大連市高二期中)下列說(shuō)法中正確的是()A.自然界的能量的總和是守恒的，所以節(jié)約能源是毫無(wú)意義的B.電源是通過靜電力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能的裝置C.電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，是通過電流做功來(lái)實(shí)現(xiàn)的D.能量耗散表明自然界的能量總和在不斷減少答案C解析自然界的能量的總和是守恒的，但人類可以利用的能源是有限的，節(jié)約能源不僅能使我們長(zhǎng)久利用能源，并且可以減小由常規(guī)能源在使用中帶來(lái)的污染，節(jié)約能源對(duì)人類社會(huì)的發(fā)展有很大的意義，故A錯(cuò)誤；電源是通過非靜電力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能的裝置，故B錯(cuò)誤；通過電場(chǎng)力做功，把電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，故C正確；能量耗散是針對(duì)一個(gè)系統(tǒng)(或一個(gè)物體)而言，能量在自然界中是守恒的，故D錯(cuò)誤。2.根據(jù)你學(xué)過的熱學(xué)中的有關(guān)知識(shí)，判斷下列說(shuō)法中正確的是()A.機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能也可以全部用來(lái)做功轉(zhuǎn)化成機(jī)械能B.凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性，在傳熱中，熱量只能從高溫物體傳遞給低溫物體，而不能從低溫物體傳遞給高溫物體C.盡管科技不斷進(jìn)步，熱機(jī)的效率仍不能達(dá)到100%，制冷機(jī)卻可以使溫度降到－293℃D.第一類永動(dòng)機(jī)違背能量守恒定律，第二類永動(dòng)機(jī)不違背能量守恒定律，隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，第二類永動(dòng)機(jī)可以制造出來(lái)答案A解析機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能在引起其他變化時(shí)也可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，A正確；凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性，在傳熱中，熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體，也能從低溫物體傳遞給高溫物體，但必須借助外界的幫助，B錯(cuò)誤；盡管科技不斷進(jìn)步，熱機(jī)的效率仍不能達(dá)到100%，制冷機(jī)也不能使溫度降到－293℃，只能無(wú)限接近－273.15℃，C錯(cuò)誤；第一類永動(dòng)機(jī)違背能量守恒定律，第二類永動(dòng)機(jī)不違背能量守恒定律，但違背熱力學(xué)第二定律，第二類永動(dòng)機(jī)不可能制造出來(lái)，D錯(cuò)誤。3.一定質(zhì)量的氣體膨脹對(duì)外做功100J，同時(shí)對(duì)外放熱40J，氣體內(nèi)能的增量ΔU為()A.60J B.－60JC.－140J D.140J答案C解析由熱力學(xué)第一定律得ΔU＝W＋Q＝－100J－40J＝－140J，故選項(xiàng)C正確。4.(2021·濟(jì)寧市月考)二氧化碳是導(dǎo)致“溫室效應(yīng)”的主要原因之一，人類在采取節(jié)能減排措施的同時(shí)，也在研究控制溫室氣體的新方法，目前專家們正在研究二氧化碳的深海處理技術(shù)。在某次實(shí)驗(yàn)中，將一定質(zhì)量的二氧化碳?xì)怏w封閉在一個(gè)可以自由壓縮的導(dǎo)熱容器中，將容器緩慢移到海水某深處，氣體體積減小為原來(lái)的一半，溫度逐漸降低。此過程中()A.封閉的二氧化碳?xì)怏w對(duì)外界做正功B.封閉的二氧化碳?xì)怏w壓強(qiáng)一定增大C.封閉的二氧化碳?xì)怏w分子的平均動(dòng)能增大D.封閉的二氧化碳?xì)怏w一定從外界吸收熱量答案B解析氣體體積減為原來(lái)的一半，外界對(duì)氣體做正功，故A錯(cuò)誤；海水壓強(qiáng)隨深度增加而增加，而容器內(nèi)外的壓強(qiáng)平衡，氣體壓強(qiáng)增大，故B正確；溫度降低，所以氣體分子的平均動(dòng)能減小，故C錯(cuò)誤；溫度降低，內(nèi)能減小，外界對(duì)氣體做正功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，封閉氣體向外界放出熱量，故D錯(cuò)誤。5.地面附近有一正在上升的空氣團(tuán)。它與外界的熱交換忽略不計(jì)。已知大氣壓強(qiáng)隨高度增加而降低，則該氣團(tuán)在此上升過程中(不計(jì)氣團(tuán)內(nèi)分子間的勢(shì)能)()A.體積減小，溫度降低 B.體積減小，溫度不變C.體積增大，溫度降低 D.體積增大，溫度不變答案C解析隨著氣團(tuán)上升，大氣壓強(qiáng)變小，外界對(duì)氣團(tuán)壓力減小，氣團(tuán)膨脹，體積變大，氣團(tuán)對(duì)外做功，不考慮熱交換，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，氣團(tuán)的內(nèi)能減小，若不計(jì)分子勢(shì)能，則內(nèi)能減小體現(xiàn)為分子平均動(dòng)能減小，宏觀表現(xiàn)為溫度降低。故C正確。6.(2020·天津卷，5)水槍是孩子們喜愛的玩具，常見的氣壓式水槍儲(chǔ)水罐示意如圖。從儲(chǔ)水罐充氣口充入氣體，達(dá)到一定壓強(qiáng)后，關(guān)閉充氣口?？蹌?dòng)扳機(jī)將閥門M打開，水即從槍口噴出。若在水不斷噴出的過程中，罐內(nèi)氣體溫度始終保持不變，則氣體()A.壓強(qiáng)變大B.對(duì)外界做功C.對(duì)外界放熱D.分子平均動(dòng)能變大答案B解析在水向外不斷噴出的過程中，罐內(nèi)氣體體積增大，根據(jù)玻意耳定律可知，罐內(nèi)氣體的壓強(qiáng)減小，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由于罐內(nèi)氣體溫度不變，內(nèi)能不變，體積增大，氣體對(duì)外做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體吸熱，選項(xiàng)B正確，C錯(cuò)誤；根據(jù)溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志可知，溫度不變，分子平均動(dòng)能不變，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。7.如圖所示的p－V圖像中A→B→C→A表示一定質(zhì)量的理想氣體的狀態(tài)變化過程，1atm＝1.01×105Pa，則以下說(shuō)法正確的是()A.氣體在A、B兩狀態(tài)時(shí)的溫度相等，由狀態(tài)A到狀態(tài)B的過程中，氣體溫度保持不變B.由狀態(tài)A到狀態(tài)B的過程中，氣體從外界吸收的熱量大于氣體對(duì)外界所做的功C.由狀態(tài)B到狀態(tài)C的過程中，外界對(duì)氣體做了202J的功D.由狀態(tài)C到狀態(tài)A的過程中，氣體吸收的熱量等于外界對(duì)氣體做的功答案C解析因?yàn)閜AVA＝pBVB，所以氣體在A、B兩狀態(tài)時(shí)的溫度相等。由圖像可知，由狀態(tài)A到狀態(tài)B的過程中，氣體溫度先升高后降低，A錯(cuò)誤；因?yàn)闅怏w在A、B兩狀態(tài)時(shí)的溫度相等，所以內(nèi)能不變，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，氣體從外界吸收的熱量等于氣體對(duì)外界所做的功，B錯(cuò)誤；由狀態(tài)B到狀態(tài)C的過程中，外界對(duì)氣體做的功為W＝pΔV＝1.01×105×(3－1)×10－3J＝202J，C正確；由狀態(tài)C到狀態(tài)A的過程中，壓強(qiáng)增大，溫度升高，氣體內(nèi)能增大，因?yàn)轶w積不變，所以氣體吸收的熱量等于氣體內(nèi)能的增加量，D錯(cuò)誤。8.(2021·江蘇南通市一模)一定質(zhì)量的理想氣體分別經(jīng)歷A→B→D和A→C→D兩個(gè)變化過程，如圖所示。A→B→D過程，氣體對(duì)外做功為W1，與外界交換的熱量為Q1；A→C→D過程，氣體對(duì)外做功為W2，與外界交換的熱量為Q2。兩過程中()A.氣體吸熱，Q1＞Q2B.氣體吸熱，W1＝W2C.氣體放熱，Q1＝Q2D.氣體放熱，W1＞W(wǎng)2答案A解析p－V圖像中，圖線與橫軸所包圍的面積為氣體對(duì)外所做的功，所以W1＞W(wǎng)2，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，由于兩過程的初末狀態(tài)pV乘積相同。由理想氣體狀態(tài)方程可得初末狀態(tài)溫度相同，則氣體內(nèi)能相同，故兩過程氣體吸熱，且Q1＞Q2。故選項(xiàng)A正確。9．關(guān)于熱現(xiàn)象和熱學(xué)定律，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．布朗運(yùn)動(dòng)不是液體分子的熱運(yùn)動(dòng)，是小顆粒內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)所引起的懸浮小顆粒運(yùn)動(dòng)B．用活塞壓縮汽缸里的空氣，對(duì)空氣做功2.0×105J，若空氣向外界放出熱量1.5×105J，則空氣內(nèi)能增加5×104JC．第一類永動(dòng)機(jī)不能制成是因?yàn)樗`背了能量守恒定律D．一定質(zhì)量的氣體，如果保持溫度不變，體積越小壓強(qiáng)越大答案A解析布朗運(yùn)動(dòng)是液體分子的熱運(yùn)動(dòng)引起的固體顆粒的運(yùn)動(dòng)，A錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第一定律知，B正確；第一類永動(dòng)機(jī)違背了能量守恒定律，C正確；由氣體實(shí)驗(yàn)定律知，D正確。10．(2021·湛江市二十一中高二月考)如圖，一絕熱容器被隔板K隔成a、b兩部分。已知a內(nèi)有一定質(zhì)量的稀薄氣體，b內(nèi)為真空，抽開隔板K后，a內(nèi)氣體進(jìn)入b，最終達(dá)到平衡狀態(tài)。在此過程中()A．氣體對(duì)外界做功，內(nèi)能減少B．氣體不做功，內(nèi)能不變C．氣體壓強(qiáng)變小，溫度降低D．容器中的氣體在足夠長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，還能全部自動(dòng)回到a部分答案B解析絕熱容器內(nèi)的稀薄氣體與外界沒有傳熱，Q＝0，稀薄氣體向真空擴(kuò)散沒有做功，W＝0，由熱力學(xué)第一定律可知，氣體內(nèi)能不變，則溫度不變，稀薄氣體擴(kuò)散，體積增大，壓強(qiáng)必然減小，故A、C錯(cuò)誤，B正確；根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，氣體向真空的自由膨脹是不可逆的，故D錯(cuò)誤。11．(2021·江蘇星海實(shí)驗(yàn)中學(xué)高二期中)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)歷等溫或等壓過程ab、bc、cd、da回到原狀態(tài)，其p－T圖像如圖所示，其中對(duì)角線ac的延長(zhǎng)線過原點(diǎn)O。下列判斷正確的是()A．氣體在a狀態(tài)的體積大于它在c狀態(tài)的體積B．氣體在狀態(tài)a時(shí)的內(nèi)能小于它在狀態(tài)c時(shí)的內(nèi)能C．在過程da中氣體從外界吸收的熱量小于氣體對(duì)外界做的功D．在過程bc中外界對(duì)氣體做的功等于在過程da中氣體對(duì)外界做的功答案D解析由圖示圖像可知，對(duì)角線ac的延長(zhǎng)線過原點(diǎn)O，氣體沿直線ac從c到a的過程壓強(qiáng)與熱力學(xué)溫度成正比，由理想氣體狀態(tài)方程可知，氣體體積不變，即a、c兩狀態(tài)體積相等，故A錯(cuò)誤；一定質(zhì)量的理想氣體內(nèi)能由溫度決定，由圖示圖像可知，氣體在狀態(tài)a時(shí)的溫度比在狀態(tài)c時(shí)的溫度高，因此氣體在狀態(tài)a時(shí)的內(nèi)能大于在狀態(tài)c時(shí)的內(nèi)能，故B錯(cuò)誤；由圖示圖像可知，從d到a過程氣體的壓強(qiáng)不變而溫度升高，由理想氣體狀態(tài)方程可知，氣體的體積增大，氣體對(duì)外界做功，W＜0，氣體溫度升高，內(nèi)能增大，ΔU＞0，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q可知Q＝ΔU－W＞0，氣體從外界吸收熱量，且吸收的熱量大于氣體對(duì)外界做的功，故C錯(cuò)誤；在過程bc中，等壓變化，溫度降低，內(nèi)能減小，ΔU＜0，體積減小，外界對(duì)氣體做功，根據(jù)eq\f(pV,T)＝C可知，bc過程中，外界對(duì)氣體做功Wbc＝pΔVbc＝CΔTbc，因?yàn)閨Wda|＝|p′ΔVda|＝|CΔTda|，所以|Wbc|＝|Wda|，在過程bc中外界對(duì)氣體做的功等于在過程da中氣體對(duì)外界做的功，故D正確。二、計(jì)算題(共5小題，共56)12．(10分)利用燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的能量對(duì)外做功的機(jī)器叫熱機(jī)。熱機(jī)是依靠由某些熱力學(xué)過程組成的特定熱力學(xué)循環(huán)進(jìn)行工作的。如圖所示的p－V圖表示的是某一熱機(jī)的循環(huán)圖。一定質(zhì)量的氣體(可看成理想氣體)由狀態(tài)2經(jīng)過狀態(tài)1至狀態(tài)4，氣體對(duì)外做功280J，吸收熱量410J；氣體又從狀態(tài)4經(jīng)狀態(tài)3回到狀態(tài)2，這一過程中外界對(duì)氣體做功200J。求：(1)2→1→4過程中氣體的內(nèi)能是增加還是減少，變化量是多少；(2)4→3→2過程中氣體是吸熱還是放熱？吸收或放出的熱量是多少？答案(1)增加130J(2)放熱330J解析(1)2→1→4過程中，氣體對(duì)外界做功280J，則W1＝－280J，氣體吸收熱量410J，則Q1＝410J由熱力學(xué)第一定律有ΔU1＝W1＋Q1＝130J故在2→1→4的過程中氣體的內(nèi)能增加，增加量為130J。(2)4→3→2過程中氣體內(nèi)能的變化量為ΔU2＝－ΔU1＝－130J由題知，此過程中外界對(duì)氣體做功200J，則W2＝200J由熱力學(xué)第一定律有ΔU2＝W2＋Q2＝－130J解得Q2＝－330J故在4→3→2的過程中氣體放熱，放出的熱量為330J。13．(10分)(2021·江蘇南通市期末)如圖所示是某氣壓式柱形保溫瓶的結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖，現(xiàn)倒入熱水，封閉活塞a，其與液面間封閉一定質(zhì)量的理想氣體，此時(shí)瓶?jī)?nèi)氣體溫度為T1，壓強(qiáng)為p0，經(jīng)過一段時(shí)間溫度降為T2，忽略這一過程中氣體體積的變化。(1)求溫度降為T2時(shí)瓶?jī)?nèi)氣體的壓強(qiáng)p；(2)封閉氣體溫度由T1降為T2過程中，其傳遞的熱量為Q，則氣體的內(nèi)能如何變化，求變化量的大小ΔU。答案(1)eq\f(T2,T1)p0(2)內(nèi)能減少Q(mào)解析(1)由查理定律得eq\f(p0,T1)＝eq\f(p,T2)解得p＝eq\f(T2,T1)p0。(2)溫度由T1下降到T2過程為等容過程，W＝0，溫度降低，內(nèi)能減少，由W＋Q＝ΔU得ΔU＝Q。14．(12分)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)1開始，經(jīng)歷a、b、c、d四個(gè)變化過程又回到狀態(tài)1，已知?dú)怏w在狀態(tài)1時(shí)的壓強(qiáng)p1＝2×105Pa，在狀態(tài)4時(shí)溫度為T4＝600K，41和32的延長(zhǎng)線均經(jīng)過原點(diǎn)O，其他參數(shù)如圖所示。(1)求氣體在狀態(tài)2時(shí)的壓強(qiáng)p2；(2)若氣體沿直線從狀態(tài)1直接變化到狀態(tài)3，求氣體對(duì)外界做的功。答案(1)1×105Pa(2)－5×102J解析(1)由于41和32的延長(zhǎng)線均經(jīng)過原點(diǎn)O，由eq\f(pV,T)＝C可知?dú)怏w在b、d過程均做等溫變化，因此T1＝T4＝600K，T2＝