【重点推荐】最新高中物理 第10章 第4节 热力学第二定律 第5节 热力学第二定律的微观解释课堂作业(精品设

第十章第4节热力学第二定律第5节热力学第二定律的微观解释
基础夯实
一、选择题(1～3题为单选题，4、5题为多选题)
1．第二类永动机不可能制成，是因为( D )
A．违背了能量的守恒定律
B．热量总是从高温物体传递到低温物体
C．机械能不能全部转化为内能
D．内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化
解析：第二类永动机的设想并不违背能量守恒定律，但却违背了涉及热量的能量转化过程是有方向性的规律。

故选项A错；在引起其他变化的情况下，热量可由低温物体非自发地传递到高温物体。

故B错。

机械能可以全部转化为内能。

2．我们绝不会看到：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来。

其原因是( C )
A．这违反了能量守恒定律
B．在任何条件下内能都不可能转化为机械能，只有机械能才会转化为内能
C．机械能和内能的转化过程具有方向性，内能转化成机械能是有条件的
D．以上说法均不正确
解析：机械能和内能可以相互转化，但必须通过做功来实现。

由热力学第二定律可知，内能不可能全部转化成机械能，同时不引起其他变化。

3．下列说法正确的是( C )
A．热力学第二定律否定了以特殊方式利用能量的可能性
B．电流流过导体转化为内能，反过来，可将内能收集起来，再转化成相同大小的电流C．可以做成一种热机，由热源吸取一定的热量而对外做功
D．冰可以熔化成水，水也可以结成冰，这个现象违背了热力学第二定律
解析：热力学第二定律说明了一切与热现象有关的宏观过程都是有方向性的，但并没有否定以特殊方式利用能量的可能性，故A项错误；功和内能的转化具有方向性，其逆过程是不可能自发实现的，故B项错误；只要不要求吸收的热量全部用来做功而不产生其他影响，可以做成一种热机，由热源吸取一定热量而对外做功，故C项正确；冰熔化成水，水结成冰，伴随着能量的转移，不是自发进行的，没有违背热力学第二定律，故D项错误。

4．(济宁市2016年高二检测)下面关于熵的说法正确的是( AD )
A．熵是物体内分子运动无序程度的量度
B．在孤立系统中，一个自发的过程熵总是向减少的方向进行
C．热力学第二定律的微观实质是熵是增加的
D．熵值越大，代表系统分子运动越无序
解析：熵是物体内分子运动无序程度的量度，熵越大则物体内分子运动无序程度越大，A正确，在孤立系统中，一个自发的过程熵总是向增加的方向进行，B错误；热力学第二定律的微观实质是熵是增加的，C正确；熵值越大，代表系统分子运动越无序，D正确。

5．倒一杯热水，然后加入适量的糖后，糖会全部溶于水中，但一段时间后又观察到杯底部有糖结晶，关于这个过程下列叙述正确的是( BD )
A．溶解过程是自发的，结晶过程也是自发的，因此热力学第二定律是错误的
B．溶解过程是有序向无序转变的过程
C．结晶过程是有序向无序转变的过程
D．结晶过程不是自发的，因为有外界的影响
解析：溶解过程是自发的，是由有序向无序转变的过程；结晶过程不是自发的，通常是由于水温降低或水的蒸发引起，是由无序向有序的转变过程，故选项B、D正确，选项A、C 错误。

二、非选择题
6．热力学第二定律常见的表述有以下两种：
第一种表述：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而
不引起其他变化；
第二种表述；不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做
功，而不引起其他变化。

(a)是根据热力学第二定律的第一种表述画出的示意图；外界
对制冷机做功，使热量从低温物体传递到高温物体。

请你根据第二种表述完成示意图(b)。

根据你的理解，热力学第二定律的实质是一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性。

__。

答案：如图所示，
7．一盆水在寒冷的天气中放在户外就要结冰，液态水的分子无序度比冰高。

那么，结冰的过程违反熵增加原理吗？为什么？
答案：液体的水比冰的无序度大，但我们看孤立系统的熵，而不是看个别不孤立的物体。

一盆水在寒冷的天气中并不是孤立系统，因为水与外界大气有能量交换。

熵增加原理是指的孤立遵守能量守恒的系统。

本说法中，水与大气为一个孤立系统，水结冰时放热，使周围大
气、地面、分子内能增加，无序度增加，系统总熵值是增加的，并不违反该原理。

8．制冷机是一种利用工作物质，使热量从低温物体传到高温物体的装置，通过制冷机的工作可以使一定空间内的物体温度低于环境温度并维持低温状态。

夏天，将房间一台正在工作的电冰箱的门打开，试分析这是否可以降低室内的平均温度？为什么？
答案：不会降低室内的平均温度。

若将一台正在工作的电冰箱的门打开，尽管可以不断向室内释放冷气，但同时冰箱的箱体向室内散热，就整个房间来说，由于外界通过导线不断有能量输入，室内的温度会不断升高。

能力提升
一、选择题(1～2题为单选题，3～5题为多选题)
1．(齐齐哈尔市实验中学2017～2018学年度高二上学期期末)以下说法中正确的是( D ) A．满足能量守恒定律的宏观过程都是可以自发进行的
B．某导热材料制成的容器处于温度恒定的环境中，容器内用活塞封闭着刚好饱和的一些水汽，当缓慢向下压活塞时，水汽的密度增加
C．单晶体有固定的熔点，多晶体和非晶体没有固定的熔点
D．布朗运动并不是液体分子的运动，但它说明分子永不停息地做无规则运动
解析：自发的宏观热学过程是有方向性的，满足能量守恒定律的宏观过程并不一定都是可以自发进行的，自发的宏观热学过程还应满足熵增加原理，故A项错误；当缓慢向下压活塞时，温度不变，水汽的饱和气压不变，密度不变，故B项错误；单晶体和多晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点，故C项错误；布朗运动是固体小颗粒的运动并不是液体分子的运动，但它说明分子永不停息地做无规则运动。

故D项正确。

2．下列宏观过程不能用热力学第二定律解释的是( A )
A．大米和小米混合后小米能自发地填充到大米空隙中而经过一段时间大米、小米不会自动分开
B．将一滴红墨水滴入一杯清水中，会均匀扩散到整杯水中，经过一段时间，墨水和清水不会自动分开
C．冬季的夜晚，放在室外的物体随气温的降低，不会由内能自发地转化为机械能而动起来
D．随着节能减排措施的不断完善，最终也不会使汽车热机的效率达到100%
解析：热力学第二定律反映的是与热现象有关的宏观过程的方向性的规律，A不属于热现象。

3．(内蒙古赤峰市2018届高三上学期期末)下列说法正确的是( ABD )
A．一定质量的理想气体，经等容过程，吸收热量，内能一定增加
B．气体对容器的压强是大量分子对容器的碰撞引起的，它跟气体分子的密集程度及气体分子的平均动能有关
C．在显微镜下看到的布朗运动是液体分子的无规则运动
D．热量总是自发地从分子平均动能大的物体传递给分子平均动能小的物体
解析：一定质量的理想气体，根据热力学定律ΔU＝W＋Q，经等容过程，W＝0，吸收热量，Q>0，则ΔU>0，即内能一定增加，故A正确；气体对容器的压强是大量气体分子对容器的碰撞引起的，它跟气体分子的密集程度以及气体分子的平均动能有关，故B正确；液体分子无法用普通光学显微镜观察，观察到的是固体颗粒在液体分子无规则碰撞下造成的无规则运动，故C错误；热传递是改变物体内能的一种方式，热量总是从温度高的物体传递到温度低的物体，而温度是分子平均动能的标志，温度越高分子平均动能越大，故D正确。

4．关于第二类永动机，下列说法正确的是( AD )
A．没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机叫做第二类永动机
B．第二类永动机违反了能量守恒定律，所以不可能制成
C．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能
D．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能，同时不引起其他变化
解析：根据第二类永动机的定义可知A选项正确，第二类永动机不违反能量守恒定律，而是违反热力学第二定律，所以B选项错误。

机械能可以全部转化为内能，内能在引起其他变化时可能全部转化为机械能，C选项错误，D选项正确。

所以，该题的正确答案是A、D。

5．以一副扑克牌为例，下列关于有序和无序、宏观态和微观态的认识中不正确的是( BD ) A．按黑桃、红桃、草花、方块的顺序，而且从大到小将扑克牌排列起来，扑克牌这时是有序的
B．将扑克牌按偶数和奇数分成两部分，扑克牌是无序的，每部分内部是有序的
C．一副扑克牌，这就是一个宏观态，将牌洗动一次就是一个微观态
D．一副扑克牌按偶数和奇数分成两部分，这是一个宏观态，从偶数部分抽出一张插入到奇数部分，它是该宏观态对应的一个微观态
解析：
6．用两种不同的金属丝组成一个回路，接触点1插在热水中，接触点
2插在冷水中，如图所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象，
这一实验是否违反热力学第二定律？热水和冷水的温度是否会发生变化？
简述这一过程中能的转化情况。

答案：不违反；热水温度降低，冷水温度升高；转化效率低
于100%
解析：温差发电现象中产生了电能是因为热水中的内能减少，一部分转化为电能，一部分传递给冷水，不违反热力学第二定律。

7．一锅开水投入了5个糖馅的甜汤圆，随后又投入了5个肉馅的咸汤圆，甜、咸汤圆在沸水中翻滚，象征着封闭系统进入一个自发的过程。

随后，用两只碗各盛了5个汤圆，每碗汤圆中共有六种可能：
①全是甜的，②全是咸的，③1甜4咸，④4甜1咸，这是四种不平衡的宏观态；⑤2甜3咸，⑥3甜2咸，这是两种相对平衡的宏观态。

两只碗各盛5个汤圆共有32种组合方式，我们称为32个微观态。

试问：
(1)以上六种宏观态所对应的微观态的个数各是多少？请设计一个图表来表示。

(2)以上相对平衡的宏观态出现的概率是多少？
答案：见解析
解析：(1)宏观态对应的微观态个数。

p ＝10＋101＋1＋5＋5＋10＋10
＝58。