粤教版高中物理选择性必修第三册课后习题 第3章 热力学定律 能量守恒定律及其应用 热力学第二定律

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分层作业10 能量守恒定律及其应用热力学第二定律
A组必备知识基础练
1.下列说法正确的是( )
A.所有的能量守恒过程都能自发地发生
B.世界上有多种形式的能量如煤、石油、生物能等都来自太阳辐射的能量
C.热传递、摩擦生热和气体自由膨胀都是可逆过程
D.能的转化过程符合能量守恒定律,因此不会发生能源危机
2.关于对永动机的认识,下列说法正确的是( )
A.第一类永动机和第二类永动机都违背了能量守恒定律,所以都不可能制成
B.第一类永动机违背了能量守恒定律,第二类永动机没有违背能量守恒定律,因此,随着科学技术的迅猛发展,第二类永动机是可以制成的
C.第一类永动机违反了能量守恒定律,第二类永动机违反了热力学第二定律,这两类永动机都不可能制成
D.两类永动机的实质和工作原理是相同的,都是人们的美好设想,是永远不会实现的
3.(多选)下列有关热学知识的说法正确的是( )
A.热量可以从低温物体传递给高温物体
B.不可能从单一热库吸收热量,使之完全变成功
C.第二类永动机不可能制成的原因是违反了能量守恒定律
D.机械能可以全部转化为内能,内能也可以全部转化为机械能
4.(多选)关于热力学第二定律,下列说法正确的是( )
A.一定质量的理想气体在等温膨胀过程中吸收的热量等于对外做的功,并不违反热力学第二定律
B.空调既能制热也能制冷,说明热量能够从低温物体传到高温物体
C.热力学第二定律可表述为不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功
D.在任何自然过程中,一个孤立系统中的总熵不会减少
5.(多选)关于能量和能量守恒,下列表述正确的是( )
A.能量可以从一种形式转化为另一种形式
B.能量可以从一个物体转移到另一个物体
C.能量是守恒的,所以能源永不枯竭
D.满足能量守恒定律的物理过程一定能自发进行
6.(多选)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.其原因的下列说法正确
的是( )
A.这违背了能量守恒定律
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.机械能可以全部转化为内能,而内能不能全部转化为机械能,同时不引
起其他变化
7.能源问题是当前热门话题,传统的能源——煤和石油,由于储量有限,有
朝一日要被开采完,同时在使用过程中也会带来污染,寻找新的、无污染的
能源是人们努力的方向,利用潮汐发电即为一例.
下图表示的是利用潮汐发电,左方为陆地和海湾,中间为大坝,其下有
通道,水经通道可带动发电机.涨潮时,水进入海湾,待内外水面高度相同时,堵住通道,如图甲.潮落至最低点时放水发电,如图乙.待内外水面高度
相同时,再堵住通道,直到下次涨潮至最高点,又进水发电,如图丙.设海湾
面积为5.0×107m2,高潮与低潮间高度差为3.0 m,则一天内水流的平均功
率为MW.
B组关键能力提升练
8.地球上有很多的海水,它的总质量约为1.4×1018 t,如果这些海水的温度降低0.1 ℃,将要放出5.8×1023J的热量.有人曾设想将海水放出的热量完全变成机械能来解决能源危机,但这种机器是不能制成的,其原因是( )
A.内能不能转化成机械能
B.内能转化成机械能不满足热力学第一定律
C.只从单一热源吸收热量并完全转化成机械能的机器不满足热力学第二定律
D.上述三种原因都不正确
9.热力学第二定律常见的表述方式有两种:其一,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;其二,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.第一种表述方式可以用右边的示意图来表示,根据你对第二种表述的理解,如果也用类似的示意图来表示,你认为下列示意图正确的是( )
10.大约在1670年,英国赛斯特城的主教约翰·维尔金斯设计了一种磁力“永动机”.如图所示,在斜坡顶上放一块强有力的磁铁,斜坡上端有一个小孔,斜面下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道.维尔金斯认为:如果在斜坡底端放一个小铁球,那么由于磁铁的吸引,小铁球就会向上运动,当小球运动到小孔P处时,它就要掉下,再沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端Q,由于有速度而可以对外做功,然后又被磁铁吸引回到上端,到小孔P 处又掉下.在以后的200多年里,维尔金斯的永动机居然改头换面地出现
过多次,其中一次是在1878年,即在能量转化和守恒定律确定20年后,竟在德国取得了专利权.关于维尔金斯“永动机”,正确的认识应该是( )
A.符合理论规律,一定可以实现,只是实现时间早晚的问题
B.如果忽略斜面的摩擦,维尔金斯“永动机”一定可以实现
C.如果忽略斜面的摩擦,铁球质量较小,磁铁磁性又较强,则维尔金斯“永动机”可以实现
D.违背能量转化和守恒定律,不可能实现
11.(多选)电冰箱的工作原理示意图如图所示,压缩机工作时,强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环.在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量,经过冷凝器时制冷剂液化,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.电冰箱消耗电能,其制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界,在室内打开冰箱门并不能起到制冷的效果
C.电冰箱的工作原理违反热力学第一定律
D.电冰箱的工作原理不违反热力学第二定律
12.(多选)空调市场上有很多变频空调,据专家介绍变频空调比定频的要节能,因为定频空调开机时就等同于汽车启动时,很耗能,是正常运行的
5~7倍.定频空调在工作时达到设定温度就停机,等温度高了再继续启动.这样的频繁启动,耗电多,而变频空调启动时有一个由低到高的过程,运行过程是自动变速来保持室内温度,从开机到关机中间不停机,而是达到设定温度后就降到最小功率运行,所以比较省电.阅读上述介绍后,以下说法合理的是( )
A.变频空调节能,运行中不遵守能量守恒定律
B.变频空调运行中做功少,转化能量多
C.变频空调在同样工作条件下运行效率高,省电
D.变频空调与定频空调做同样功时,消耗同样电能
13.风沿水平方向以速度v垂直吹向一直径为d的风车叶轮上,设空气密度为ρ,重力加速度为g,风的动能有50%转化为风车的动能,风车带动水车将水提高到h的高度,效率为80%,求单位时间内最多可提升的水的质量m.
参考答案
分层作业10 能量守恒定律及其应用热力学第二定律
1.B 与热现象有关的能量守恒过程,还要满足热力学第二定律,才能自发地发生,A错误;世界上有多种形式的能量如煤、石油、生物能等都来自太阳辐射的能量,B正确;热传递、摩擦生热和气体自由膨胀都是不可逆过程,C错误;能的转化过程符合能量守恒定律,能量的形式发生改变,可以
利用的能量越来越少,因此会发生能源危机,D错误.
2.C 第一类永动机违反了能量的转化与守恒,不可能实现,第二类永动机不违反能量守恒定律,但违反了热力学第二定律,内能在转化为机械能的
过程中要生热,所以要引起其他变化.这两类永动机都不可能制成,故A、B、D错误,C正确.
3.AD 根据热力学第二定律,热量可以从低温物体传到高温物体,但是不
可能不引起其他变化,故A正确;在外界的影响下,气体可以从单一热库吸收热量,使之完全变成功,故B错误;第二类永动机不可能制成的原因是违反了热力学第二定律,故C错误;在引起其他变化的情况下,机械能可以全部转化为内能,如运动的物体只受摩擦力停下来,内能也可以全部转化为
机械能,故D正确.
4.ABD 一定量的理想气体在等温膨胀过程中吸收的热量等于对外做的功,并不违反热力学第二定律,该过程中可能引起了其他方面的变化,故A正确;空调既能制热也能制冷,说明通过压缩机做功热量能够从低温物体传到高温物体,故B正确;热力学第二定律可表述为,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,故C错误;根据熵增原理可知,在任何自然过程中,一个孤立系统中的总熵不会减少,故D正确.
5.AB 根据能量守恒定律,能量可以从一种形式转化为另一种形式,故A
正确;根据能量守恒定律,能量可以从一个物体转移到另一个物体,故B正确;能量与能源不同,能量是守恒的,但随着能量的耗散,能量可以利用的品质会下降,故依然要节约能源,故C错误;物理过程的进行是有方向性的,有些物理过程不能自发地进行,需要引起外界的变化才能进行,故D错误.
6.CD 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为机械能,同时不引起其他变化;无论采用任何设备和手段进行能量转化总是遵循能量守恒定律,故C、D正确.
7.答案100
解析潮汐发电其实质就是将海水的重力势能转化为电能.每次涨潮时流进海湾(落潮时流出海湾)的海水的重力为
mg=ρShg=1.0×103×5.0×107×3×10N=1.5×1012N,其重心高度变化为h'=1.5m
一天内海水两进两出,故水流功率为
P=4mgℎ'
t =4×1.5×1012×1.5
24×3600
W=1.0×108W=100MW.
8.C 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,故只有C项叙述正确.
9.B 热量的传递具有单向性,而且吸收的热量不可能全部用来做功,故选项B正确,A、C、D错误.
10.D 如果忽略摩擦,那么铁球返回斜坡底端Q时速度为零,无法对外做功,如果在返回的过程中对外做功了,将无法返回到底端Q.所以该“永动机”不可以实现,故选D.
11.BD 由热力学第二定律可知,热量不能自发地从低温物体传到高温物体,除非有外界的影响或帮助,电冰箱把热量从低温物体传到高温物体,需要压缩机的帮助并消耗了电能,电冰箱的工作原理不违反热力学第二定律,B、D正确,A错误;热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化或内能转移的规律,是能量的转化和守恒定律的具体表现,适用于所有的热学过程,所以电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律,故C错误.
12.CD 自然界的一切过程都遵守能量守恒定律,A 错;功是能量转化的量度,做同样的功,消耗同样电能,B 错,D 正确;由变频空调的工作特点可知省电的原因是效率高,C 正确.
13.答案πd 2ρv 320gℎ
解析设在t 时间内吹在风车上的空气的质量为m 0,则m 0=14πd 2·vt·ρ
风的动能E k =12m 0v 2=18πd 2v 3tρ 根据题意18πd 2v 3tρ×50%×80%=mgh, 则m t =πd 2ρv 320gh .。