人教版物理選修33：第10章 熱力學(xué)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(chǔ)夯實(shí) 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(jī)不可能制成，是因?yàn)? 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(jī)械能不能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 D．內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，同時(shí)不引起其他變化 解析：第二類永動機(jī)的設(shè)想并不違背能量守恒定律，但卻違背了涉及熱量的能量轉(zhuǎn)化過程是有方向性的規(guī)律。故選項(xiàng)A錯(cuò)；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(cuò)。機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。 2．我們絕不會看到：一個(gè)放在水平地面上的物體，靠降低溫度，可以把內(nèi)能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為動能，使這

2、個(gè)物體運(yùn)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(nèi)能都不可能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，只有機(jī)械能才會轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 C．機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性，內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能是有條件的 D．以上說法均不正確 解析：機(jī)械能和內(nèi)能可以相互轉(zhuǎn)化，但必須通過做功來實(shí)現(xiàn)。由熱力學(xué)第二定律可知，內(nèi)能不可能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，同時(shí)不引起其他變化。 3．下列說法正確的是( C ) A．熱力學(xué)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(dǎo)體轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，反過來，可將內(nèi)能收集起來，再轉(zhuǎn)化成相同大小的電流 C．可以做成一種熱機(jī)，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(jié)成冰，這個(gè)現(xiàn)象違背了熱力學(xué)第二定律 解析：熱力學(xué)第二定律說明了一切與熱現(xiàn)象有關(guān)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(xiàng)錯(cuò)誤；功和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化具有方向性，其逆過程是不可能自發(fā)實(shí)現(xiàn)的，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；只要不要求吸收的熱量全部用來做功而不產(chǎn)生其他影響，可以做成一種熱機(jī)，由熱源吸取一定熱量而對外做功，故C項(xiàng)正確；冰熔化成水，水結(jié)成冰，伴隨著能量的轉(zhuǎn)移，不是自發(fā)進(jìn)行的，沒有違背熱力學(xué)第二定律，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。 4．(濟(jì)寧市2016年高二檢測)下面關(guān)于熵的說法正確的是( AD ) A．熵是物體內(nèi)分子運(yùn)動無序程度的量度 B．在孤立系統(tǒng)中，一個(gè)自發(fā)的過程熵總是向減少的方

4、向進(jìn)行 C．熱力學(xué)第二定律的微觀實(shí)質(zhì)是熵是增加的 D．熵值越大，代表系統(tǒng)分子運(yùn)動越無序 解析：熵是物體內(nèi)分子運(yùn)動無序程度的量度，熵越大則物體內(nèi)分子運(yùn)動無序程度越大，A正確，在孤立系統(tǒng)中，一個(gè)自發(fā)的過程熵總是向增加的方向進(jìn)行，B錯(cuò)誤；熱力學(xué)第二定律的微觀實(shí)質(zhì)是熵是增加的，C正確；熵值越大，代表系統(tǒng)分子運(yùn)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(shí)間后又觀察到杯底部有糖結(jié)晶，關(guān)于這個(gè)過程下列敘述正確的是( BD ) A．溶解過程是自發(fā)的，結(jié)晶過程也是自發(fā)的，因此熱力學(xué)第二定律是錯(cuò)誤的 B．溶解過程是有序向無序轉(zhuǎn)變的過程 C．結(jié)晶過程是有序向無序轉(zhuǎn)

5、變的過程 D．結(jié)晶過程不是自發(fā)的，因?yàn)橛型饨绲挠绊? 解析：溶解過程是自發(fā)的，是由有序向無序轉(zhuǎn)變的過程；結(jié)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(zhuǎn)變過程，故選項(xiàng)B、D正確，選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤。 二、非選擇題 6．熱力學(xué)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(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(b)。根據(jù)你的理解，熱力學(xué)第二定律

6、的實(shí)質(zhì)是一切與熱現(xiàn)象有關(guān)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(jié)冰，液態(tài)水的分子無序度比冰高。那么，結(jié)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(tǒng)的熵，而不是看個(gè)別不孤立的物體。一盆水在寒冷的天氣中并不是孤立系統(tǒng)，因?yàn)樗c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(tǒng)。本說法中，水與大氣為一個(gè)孤立系統(tǒng)，水結(jié)冰時(shí)放熱，使周圍大氣、地面、分子內(nèi)能增加，無序度增加，系統(tǒng)總熵值是增加的，并不違反該原理。 8．制冷機(jī)是一種利用工作物質(zhì)，使熱量從低溫物體傳到高溫物體的裝置，通過制冷機(jī)的工作可以使一

7、定空間內(nèi)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(nèi)的平均溫度？為什么？ 答案：不會降低室內(nèi)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(nèi)釋放冷氣，但同時(shí)冰箱的箱體向室內(nèi)散熱，就整個(gè)房間來說，由于外界通過導(dǎo)線不斷有能量輸入，室內(nèi)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(shí)驗(yàn)中學(xué)2017～2018學(xué)年度高二上學(xué)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(jìn)行的 B．某導(dǎo)熱材料制成的容器處于溫度恒定的環(huán)境中，容器內(nèi)

8、用活塞封閉著剛好飽和的一些水汽，當(dāng)緩慢向下壓活塞時(shí)，水汽的密度增加 C．單晶體有固定的熔點(diǎn)，多晶體和非晶體沒有固定的熔點(diǎn) D．布朗運(yùn)動并不是液體分子的運(yùn)動，但它說明分子永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動 解析：自發(fā)的宏觀熱學(xué)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(jìn)行的，自發(fā)的宏觀熱學(xué)過程還應(yīng)滿足熵增加原理，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；當(dāng)緩慢向下壓活塞時(shí)，溫度不變，水汽的飽和氣壓不變，密度不變，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；單晶體和多晶體有固定的熔點(diǎn)，非晶體沒有固定的熔點(diǎn)，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；布朗運(yùn)動是固體小顆粒的運(yùn)動并不是液體分子的運(yùn)動，但它說明分子永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動。故D項(xiàng)正確。 2．下列宏觀過程不能用熱力

9、學(xué)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(jīng)過一段時(shí)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(kuò)散到整杯水中，經(jīng)過一段時(shí)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(nèi)能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為機(jī)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(jī)的效率達(dá)到100% 解析：熱力學(xué)第二定律反映的是與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程的方向性的規(guī)律，A不屬于熱現(xiàn)象。 3．(內(nèi)蒙古赤峰市2018屆高三上學(xué)期期末)下列說法正確的是( ABD ) A．一定質(zhì)量的理想氣體，經(jīng)等容過程，吸收熱量，內(nèi)能一定增加 B

10、．氣體對容器的壓強(qiáng)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(guān) C．在顯微鏡下看到的布朗運(yùn)動是液體分子的無規(guī)則運(yùn)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(zhì)量的理想氣體，根據(jù)熱力學(xué)定律ΔU＝W＋Q，經(jīng)等容過程，W＝0，吸收熱量，Q>0，則ΔU>0，即內(nèi)能一定增加，故A正確；氣體對容器的壓強(qiáng)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(guān)，故B正確；液體分子無法用普通光學(xué)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(yùn)動，故C錯(cuò)誤；熱傳遞是改變物體內(nèi)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(biāo)志，溫度越高分子平均動能越大，故D正確。 4．關(guān)于第二類永動機(jī)，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(jī)叫做第二類永動機(jī) B．第二類永動機(jī)違反了能量守恒定律，所以不可能制成 C．第二類永動機(jī)不可能制成，說明機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 D．第二類永動機(jī)不可能制成，說明機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，同時(shí)不引起其他變化 解析：根據(jù)第二類永動機(jī)的定義可知A選項(xiàng)正確，第二類永動機(jī)不違反能量守恒定律

12、，而是違反熱力學(xué)第二定律，所以B選項(xiàng)錯(cuò)誤。機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能在引起其他變化時(shí)可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，C選項(xiàng)錯(cuò)誤，D選項(xiàng)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(guān)于有序和無序、宏觀態(tài)和微觀態(tài)的認(rèn)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(shí)是有序的 B．將撲克牌按偶數(shù)和奇數(shù)分成兩部分，撲克牌是無序的，每部分內(nèi)部是有序的 C．一副撲克牌，這就是一個(gè)宏觀態(tài)，將牌洗動一次就是一個(gè)微觀態(tài) D．一副撲克牌按偶數(shù)和奇數(shù)分成兩部分，這是一個(gè)宏觀態(tài)，從偶數(shù)部分抽出一張插入到奇數(shù)部分，它是該宏觀態(tài)對應(yīng)的一個(gè)微觀態(tài)

13、 解析： 選項(xiàng) 個(gè)性分析 綜合點(diǎn)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(gè)規(guī)則，就規(guī)定了一個(gè)“宏觀態(tài)”，符合這個(gè)規(guī)則的就是有序，破壞了這個(gè)規(guī)則，則原有“宏觀態(tài)”改變 B錯(cuò)誤 按偶數(shù)和奇數(shù)分成兩部分，是有序的，內(nèi)部是無序的 C正確 一副撲克牌是一個(gè)系統(tǒng)，是一個(gè)宏觀態(tài)，洗動一次，該狀態(tài)為這副撲克牌宏觀態(tài)對應(yīng)的一個(gè)微觀態(tài)；奇偶分開是一種宏觀態(tài)，從偶數(shù)部分抽出一張插入到奇數(shù)部分，原宏觀態(tài)被破壞 D錯(cuò)誤 二、非選擇題 6．用兩種不同的金屬絲組成一個(gè)回路，接觸點(diǎn)1插在熱水中，接觸點(diǎn)2插在冷水中，如圖所示，電流計(jì)指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這就是溫差發(fā)電現(xiàn)象，這一實(shí)驗(yàn)是否違

14、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。 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% 解析：溫差發(fā)電現(xiàn)象中產(chǎn)生了電能是因?yàn)闊崴械膬?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。 7．一鍋開水投入了5個(gè)糖餡的甜湯圓，隨后又投入了5個(gè)肉餡的咸湯圓，甜、咸湯圓在沸水中翻滾，象征著封閉系統(tǒng)進(jìn)入一個(gè)自發(fā)的過程。隨后，用兩只碗各盛了5個(gè)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(gè)湯圓共有32種組合方式，我們稱為32個(gè)微觀態(tài)。試問： (1)以上六種宏觀態(tài)所對應(yīng)的微觀態(tài)的個(gè)數(shù)各是多少？請?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)圖表來表示。 (2)以上相對平衡的宏觀態(tài)出現(xiàn)的概率是多少？ 答案：見解析 解析：(1)宏觀態(tài)對應(yīng)的微觀態(tài)個(gè)數(shù)。 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(gè)數(shù) 1 1 5 5 10 10 (2)相對平衡的宏觀態(tài)出現(xiàn)的概率為： p＝＝