热力学第二定律的微观解释 课时练练(含解析) (2)

热力学第二定律、热力学第二定律的微观解释
基础部分
1．对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是()
A．温度升高，分子的平均动能增大，每次碰撞对容器壁的作用力增大，压强一定增大B．体积减小，单位体积内的分子数增多，气体的内能一定增大
C．绝热压缩一定质量的理想气体时，外界对气体做功，内能增加，压强一定增大D．一定质量的理想气体向真空自由膨胀时，体积增大，熵减小
解析：对于一定质量的理想气体温度升高，但如果气体体积增大，压强不一定增大，A 错；体积减小，单位体积内的分子数增多，但如果对外放热，气体的内能可能减小，B 错；孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，D错．只有C对．
答案：C
2.任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会()
A.增加
B.不变
C.减小
D.无法判断
解析:根据熵的增加原理知,在一个孤立系统中,熵都不会减小,故C正确。

答案:C
3．(多选)从微观角度看()
A．热力学第二定律是一个统计规律
B．与热现象有关的自然过程中，一个孤立系统总是从熵大的状态向熵小的状态发展C．一个客观状态所对应的微观状态越多，越是无序，熵值越大
D．出现概率越大的客观状态，熵值越大
解析：热力学第二定律是一个统计规律，A正确；由熵增原理知，B错误；熵值越大，对应的微观态越多，越是无序，C正确；出现概率越大的客观状态对应的微观态越多，分子热运动越无序，熵值越大，D正确．
答案：ACD
4．(多选)倒一杯热水，然后加入适当的糖后，糖会全部溶于水中，但一段时间后又观察到杯子底部有糖结晶，关于这个过程下列叙述正确的是()
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：若系统是封闭的，则不会出现结晶的过程，结晶是由于水分的蒸发和温度的降低，是外界因素的影响．
答案：BD
5．(多选)下列说法中正确的是()
A．随着高科技的不断发展，绝对零度是可以达到的
B．一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行
C．从单一热源吸取热量，并使之全部变成有用的机械功是不可能的
D．热量能够自发地从高温物体传递到低温物体，但不能自发地从低温物体传递到高温物体
解析：绝对零度是永远也达不到的，只能趋近，A错误；由热力学第二定律的微观意义可知B正确；由开尔文表述可知C错误；由克劳修斯表述可知D正确．
答案：BD
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。

关于这一现象,正确的说法是()
A.这一实验过程不违反热力学第二定律
B.在实验过程中,热水一定降温、冷水一定升温
C.在实验过程中,热水内能全部转化成电能,电能则部分转化成冷水的内能
D.在实验过程中,热水的内能只有部分转化成电能,电能则全部转化成冷水的内能
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,转化效率低于100%,不违反热力学第二定律。

热水温度降低,冷水温度升高,
故选项A、B正确,选项C、D错误。

答案:AB
7.对“覆水难收”的叙述正确的是()
A.盛在盆中的水是一种宏观态,因盆子的因素,对应的微观态数目较少,较为有序
B.盛在盆中的水是一种宏观态,因盆子的因素,对应的微观态数目较多,较为无序
C.泼出的水是一种宏观态,因不受器具的限制,对应的微观态数目较多,较为无序
D.泼出的水是一种宏观态,因不受器具的限制,对应的微观态数目较少,较为有序
解析:一切自然的过程总是从有序转化为无序,因此盆中的水是有序的,泼出的水是无序的。

答案:AC
8.下列哪些现象能够发生,并且不违背热力学第二定律()
A.一杯热茶在打开杯盖后,茶会自动变得更热
B.蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能
C.桶中浑浊的泥水在静置一段时间后,泥沙下沉,上面的水变清澈,泥、水自动分离
D.电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体
解析:A、B都违背了热力学第二定律,都不能发生。

C中系统的势能减少了,D中消耗了
电能,所以不违背热力学第二定律,均能发生。

答案:CD
9.下列关于热力学第二定律微观意义的说法正确的是()
A.从微观的角度看,热力学第二定律是一个统计规律
B.一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行
C.有的自然过程沿着分子热运动无序性增大的方向进行,有的自然过程沿着分子热运动
无序性减小的方向进行
D.在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会减小
解析:从热力学第二定律的微观本质看,一切不可逆过程总是沿着大量分子热运动无序程
度增大的方向进行,选项B、C错误。

热力学第二定律是一个统计规律,选项A正确。

任
何自然过程总是朝着无序程度增大的方向进行,也就是熵增加的方向进行,故选项D正确。

答案:AD
10.对于孤立体系中发生的实际过程,下列说法中正确的是()
A.系统的总熵只能增大,不可能减小
B.系统的总熵可能增大,可能不变,还可能减小
C.系统逐渐从比较有序的状态向更无序的状态发展
D.系统逐渐从比较无序的状态向更加有序的状态发展
解析:在孤立体系中发生的实际过程,其系统的总熵是增加的,它不可能减小,故选项A正确,选项B错误。

根据熵增加原理,该系统只能是从比较有序的状态向更无序的状态发展,故选项C正确,选项D错误。

答案:AC
11.下列说法中正确的是( )
A.气体向真空中扩散时,气体分子变成均匀分布的可能性最大
B.我们所说的有序状态,指的是对应着较多微观态的那样的宏观态
C.一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行
D.熵越大,表示宏观态所对应的微观态数目越少
解析:气体向真空中扩散时,气体分子变成均匀分布的可能性最大,选项A正确。

我们所说的有序状态,指的是对应着较少微观态的那样的宏观态,选项B错误。

一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行,根据熵增加原理则表示宏观态所对应的微观态数目越多,即选项C正确,D错误。

答案:AC
12.下列说法正确的是()
A.热量能自发地从高温物体传给低温物体
B.热量不能从低温物体传到高温物体
C.热传导是有方向性的
D.气体向真空中膨胀的过程是有方向性的
解析:如果是自发的过程,热量只能从高温物体传到低温物体,但这并不是说热量不能从低温物体传到高温物体,只是不能自发地进行,在外界条件的帮助下,热量也能从低温物体传到高温物体,选项A对,B错,C对;气体向真空中膨胀的过程是不可逆的,具有方向性,选项D对。

答案:ACD
能力提升
13.汽车内燃机汽缸内汽油燃烧时,气体体积膨胀推动活塞对外做功。

已知在某次对外做功的冲程中,汽油燃烧释放的化学能为1×103 J,因尾气排放、汽缸发热等对外散失的热量为8×102 J。

该内燃机的效率为。

随着科技的进步,可设法减少热量的损失,则内燃机的效率能不断提高,其效率(选填“有可能”或“仍不可能”)达到100%。

解析:内燃机的效率:
η=×100%=×100%=20%;
内燃机的效率永远也达不到100%。

答案:20%仍不可能
14.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4-3-2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．
图4-3-2
【解析】温差发电现象中产生了电能是因为热水的内能减少，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．
【答案】不违反．热水温度降低，冷水温度升高．将热水的部分内能转化为电能，另一部分释放到低温热源冷水中．
15．炎炎夏日，两位同学在充满凉意的空调室内，就空调机的工作过程是否遵循热力学第二定律的问题发生了争论．一位同学说：空调机工作时，不断地把热量从室内传到室外，即从低温物体传到高温物体，可见它并不遵循热力学第二定律．另一位同学说：热力学第二定律是热力学系统的普遍规律，空调机的工作过程不可能违反它．两人各执一词，都无法使对方信服．请你对他们的论点作出评论．
【答案】压缩机是空调机的“心脏”，它消耗电能对来自蒸发器的制冷剂蒸汽做功，使它变成高温高压的蒸汽．然后这些高温高压的蒸汽来到冷凝器，向外界高温的环境放热，同时自身被冷却而凝成低温高压的液体．
这些低温高压的液体制冷剂由过滤器滤掉水分和杂质，进入毛细管，经节流阀膨胀，变为低温低压的液体，随后进入空调机的蒸发器．在蒸发器内，这些低温低压的液态制冷剂在低压条件下迅速汽化，从外界(空调机内)吸收热量，使空调机的温度降低．这样就完成了一个制冷循环．由此可见乙同学的论点正确．
16．如图4-3-3甲、乙、丙所示，质量、温度相同的水，分别处于固态、液态和气态三种状态下，它们的熵的大小有什么关系？为什么？
甲乙丙
图4-3-3
【解析】S气>S液>S固．根据大量分子热运动对系统无序程度的影响，热力学第二定律又有一种表述：由大量分子组成的系统自发变化时，总是向着无序程度增加的方向发展，至少无序程度不会减少．也就是说，任何一个系统自发变化时，系统的熵要么增加，要么不变，但不会减少．质量、温度相同的水，可以由固态自发地向液态、气态转化，由液态向气态转化，所以，气态时的熵最大，其次是液态，固态时的熵最小．【答案】S气>S液>S固原因见解析。