061.热力学第二定律 能源 环境

热力学第二定律 能源 环境

高考试题

1．（2006年·北京理综）如图所示，两个相通的容器P 、Q 间装有阀门K ，P 中充满气体，Q 为真空，整个系统与外界没有热交换．打开阀门K 后，P 中的气体进入Q 中，最终达到平衡，则

A ．气体体积膨胀，内能增加

B ．气体分子势能减少，内能增加

C ．气体分子势能增加，压强可能不变

D ．Q 中气体不可能自发地全部退回到P 中

提示：由于Q 为真空，因此打开阀门后，P 中气体做自由膨胀，外界对气体不做功，又系统与外界没有热交换，由热力学第一定律U W Q ∆=+可知，气体内能应保持不变；气体分子间相互作用的分子力表现为引力，膨胀过程中分子间距离增大，分子力做负功，分子势能应增大，分子动能应减少；最终达到平衡时，由于单位体积内的分子数和分子动能都减少了，所以气体压强应减小；气体的自由扩散过程具有方向性，因此Q 中气体不可能自发地全部退回到P 中（不可逆）．只有D 选项是正确的．

2．（2006年·江苏）用隔板将一绝热容器隔成A 和B 两部分，A 中盛有一定质量的理想气体，B 为真空（如图1）．现把隔板抽去，A 中的气体自动充满整个容器（如图2），这个过程称为气体的自由膨胀．下列说法正确的是

A ．自由膨胀过程中，气体分子只作定向运动

B ．自由膨胀前后，气体的压强不变

C ．自由膨胀前后，气体的温度不变

D ．容器中的气体在足够长的时间内，能全部自动回到A 部分

提示：气体分子在不停地做无规则的热运动，A 选项错误；自由膨胀过程中，由热力学第一定律得，U W Q ∆=+，由于0,0Q W ==，所以，0U ∆=，理想气体的温度保持不变，但由于体积膨胀，故压强减小，B 选项错误，C 选项正确；自由膨胀过程具有方向性，不能全部自动复原，D 选项错误．

3．（2006年·广东）关于永动机和热力学定律的讨论，下列叙述正确的是

A ．第二类永动机违反能量守恒定律

B ．如果物体从外界吸收了热量，则物体的内能一定增加

C ．外界对物体做功，则物体的内能一定增加

D ．做功和热传递都可以改变物体的内能，但从能量转化或转移的观点来看这两种改变方式是有区别的

提示：第二类永动机并不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，因此不可能制成，A 选项错误；做功和热传递是改变物体的内能的两种方式，做功是内能和其他形式能之间的转化，热传递是内能之间的转移，D 选项正确；根据热力学第一定律

U W Q

∆=+，物体从外界吸热，可以同时对外界做功，其内能不一定增加；同理，外界对物体做功，可以同时向外界放热，其内能也不一定增加．B、C两选项均错误．4．（2006年·广东）如图为电冰箱的工作原理示意图．压缩机工作时，强迫致冷剂在冰箱内外的管道中不断循环．在蒸发器中致冷剂汽化吸收

箱体内的热量，经过冷凝器时致冷剂液化，放出热

量到箱体外．下列说法正确的是

A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外

B．电冰箱的致冷系统能够不断地把冰箱内的

热量传到外界，是因为其消耗了电能

C．电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律

D．电冰箱的工作原理违反热力学第一定律

提示：由热力学第二定律知，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，除非施加外部的影响和帮助．电冰箱把热量从低温的内部传到高温外部，需要压缩机的帮助并消耗电能．故A选项错误，B选项正确；电冰箱的工作过程不违反能量守恒，故C选项正确，D选项错误．

5．（2005年·广东）下列说法正确的是

A．机械能全部变成内能是不可能的

B．第二类永动机不可能制造成功的原因是因为能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体转移到另一个物体，或从一种形式转化成另一种形式

C．根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体

D．从单一热源吸收的热量全部变成功是可能的

6．（2004年·天津理综）下列说法正确的是

A．热量不能由低温物体传递到高温物体

B．外界对物体做功，物体的内能必定增加

C．第二类永动机不可能制成，是因为违反了能量守恒定律

D．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

提示：热量可以从低温物体传递到高温物体，但不能自发进行，必须借助外界的帮助；

外界对物体做功的同时，物体有可能向外界放热；第二类永动机不可能制成，是因为违反了热力学第二定律；机械能和内能的转化过程具有方向性．

7．（2004年·江苏）下列说法正确的是

A．物体放出热量，温度一定降低

B．物体内能增加，温度一定升高

C．热量能自发地从低温物体传给高温物体

D．热量能自发地从高温物体传给低温物体

提示：物体放出热量，有可能同时外界对物体做功，温度不一定会降低．物体内能增加，可能是分子势能增加，分子动能可能不变，物体温度不一定会升高，故B错误．C选项违背热力学第二定律，故错误．正确选项为D

8．（2004年·广东）下列说法正确的是

A．外界对一物体做功，此物体的内能一定增加

B．机械能完全转化成内能是不可能的

C．将热量传给一个物体，此物体的内能一定改变

D．一定量气体对外做功，气体的内能不一定减少

提示：根据热力学第一定律，△E=W＋Q，可判断D正确．外界对物体做功，同时物体

可能放热，内能不一定增加，故A 错误．物体的机械能可通过克服摩擦做功全部转化成内能，故B 错误．物体吸热可能同时对外做功，故物体的内能不一定改变．故C 错误．

9．（2003年·科研测试）如图所示，气缸内盛有定量的理想气体，气缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与气缸壁的接触是光滑的，但不

漏气．现将活塞杆与外界连接使之缓慢地向右移动，这样气体将等温

膨胀并通过杆对外做功．若已知理想气体的内能只与温度有关，则下

列说法正确的是

A ．气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律

B ．气体是从单一热源吸热，但并未全部用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律

C ．气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律

D ．A 、B 、C 三种说法都不对

提示：气体从外界吸热历经等温膨胀过程，其内能保持不变，根据热力学第一定律ΔU =W ＋Q ，ΔU =0，Q >0，则W =－Q ，即气体从单一热源吸热，全部用来对外做功，但引起了其他变化，或者说气体并没有恢复到原来状态，因此，此过程并不违反热力学第二定律，C 选项正确．

10．（2006年·广东）风力发电是一种环保的电能获取方式．设计每台风力发电机的功率为

40kW ．实验测得风的动能转化为电能的效率约为20%，空气的密度是1.29kg/m 3，当地水平风速约为10m/s ，问风力发电机的叶片长度约为多少才能满足设计要求？

【答案】10m

解析：在t 时间内通过以叶片长度为半径的圆的空气质量2

m V R vt ρρπ==，则 动能2231122

k E mv R v t ρπ=

= 由能量守恒定律，得2312

k E P r v t ηηρπ== 代入数据解得10m r = 11．（2005年·广东）热力学第二定律常见的表述有两种．

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． 图（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_________________________．

解析：第二种表述的意思是：热机吸收热量，对外做功，同时把热量传给低温物体．其

表述示意图如图所示．其实质是：自然界中一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性．

图（a ） 图（b ）

答图