學滬科版選修33 4.3熱力學第二定律 課件(9)（69張）.ppt

4 3熱力學第二定律 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 典例1 下列說法正確的是a 對物體做功不可能使物體的溫度升高b 一個由不導熱的器壁做成的容器 被不導熱的隔板分成甲 乙兩室 甲室中裝有一定質(zhì)量的溫度為t的氣體 乙室為真空 如圖所示 提起隔板 讓甲室中的氣體進入乙室 若甲室中氣體的內(nèi)能只與溫度有關 則提起隔板后當氣體重新達到平衡時 其溫度仍為t 14 c 空調(diào)機作為制冷機使用時 將熱量從溫度較低的室內(nèi)送到溫度較高的室外 所以制冷機的工作是不遵守熱力學第二定律的d 從單一熱源吸收熱量使之全部變成有用的機械功是不可能的 15 標準解答 選b 對物體做功可使物體的內(nèi)能增加 溫度升高 如用打氣筒打氣時筒壁變熱 a錯誤 提起隔板后 氣體向真空自由膨脹 不對外做功 w 0 且q 0 則內(nèi)能不變 溫度不變 仍為t b正確 在一定條件下 熱量可以由低溫物體傳到高溫物體 但引起了外界變化 c錯 從單一熱源吸熱 并使之全部變成有用功也是可能的 只是會引起其他變化 d錯誤 16 17 變式訓練 根據(jù)熱力學第二定律 下列判斷正確的是 a 電流的能不可能全部變?yōu)閮?nèi)能b 在火力發(fā)電中 燃氣的內(nèi)能不可能全部變?yōu)殡娔躢 熱機中 燃氣的內(nèi)能不可能全部變?yōu)闄C械能d 在熱傳導中 熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體 18 解析 選b c d 根據(jù)熱力學第二定律可知 凡與熱現(xiàn)象有關的宏觀過程都具有方向性 電流的能可全部變?yōu)閮?nèi)能 而內(nèi)能不可能全部變成電流的能 所以a錯 機械能可全部變?yōu)閮?nèi)能 而內(nèi)能不可能全部變成機械能而不引起其他變化 所以b c對 在熱傳導中 熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體 而不能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體 所以d對 19 20 21 22 典例2 下列關于熵的有關說法錯誤的是a 熵是系統(tǒng)內(nèi)分子運動無序性的量度b 在自然過程中熵總是增加的c 熱力學第二定律也叫做熵減小原理d 熵值越大表示系統(tǒng)越無序 思路點撥 熵是反映系統(tǒng)無序程度的物理量 熵越大 無序程度越大 一個孤立的系統(tǒng)熵永遠不會減小 23 自主解答 選c 根據(jù)熵的定義知a正確 從熵的意義上說 系統(tǒng)自發(fā)變化時總是向著熵增加的方向發(fā)展 b正確 熱力學第二定律也叫熵增加原理 c錯誤 熵越大 系統(tǒng)越混亂 無序程度越大 d正確 故選c 24 變式訓練 關于熱力學第二定律的微觀本質(zhì) 下列說法正確的是 a 大量分子無規(guī)則的熱運動能夠自動轉變?yōu)橛行蜻\動b 熱傳遞的自然過程是大量分子從有序運動狀態(tài)向無序運動狀態(tài)轉化的過程c 熱傳遞的自然過程是大量分子從無序程度小的運動狀態(tài)向無序程度大的運動狀態(tài)轉化的過程d 一切自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行 25 解析 選b c d 從熱力學第二定律的微觀本質(zhì)看 一切不可逆過程總是沿著大量分子熱運動無序程度增大的方向進行 熱力學第二定律是一個統(tǒng)計規(guī)律 b c對 任何自然過程總是朝著無序程度增大的方向進行 也就是熵增加的方向進行 故d對 所以選b c d 26 27 典例3 關于第二類永動機 下列說法中正確的是a 熱傳遞的過程是有方向性的b 第二類永動機不可能制成 因為它違背能量守恒定律c 第二類永動機不可能制成 因為機械能和內(nèi)能的轉化過程具有方向性d 熱力學第二定律表明 所有的物理過程都具有方向性 思路點撥 第二類永動機雖然沒有違背能量守恒定律 但違背了熱力學第二定律 28 標準解答 選a c 根據(jù)熱力學第二定律和實驗事實都可以說明 熱傳遞的過程是有方向性的 熱量可以從高溫物體自發(fā)地傳給低溫物體 卻不能由低溫物體自發(fā)地傳給高溫物體 所以選項a正確 第二類永動機是一種熱機 它希望能夠從單一熱源吸熱且全部用來做有用功而不引起其他任何變化 這種設想并不違反能量守恒定 29 律 但違反熱力學第二定律 所以選項b錯誤 選項c正確 熱力學第二定律指出了所有與熱現(xiàn)象有關的宏觀物理過程都具有方向性 并不是所有的物理過程都具有方向性 因此選項d錯誤 故選a c 30 變式訓練 第二類永動機不可能制成 是因為 a 違背了熱力學第一定律b 熱量總是從高溫物體傳遞到低溫物體c 機械能不可能全部轉變?yōu)閮?nèi)能d 內(nèi)能不能全部轉化為機械能 同時不引起其他變化 解析 選d 第二類永動機設想雖然符合熱力學第一定律 但是違背了能量轉化中有些過程是不可逆的規(guī)律 所以不可能制成 故選d 31 1 下列說法中 正確的是 a 一切形式的能量間的相互轉化都具有方向性b 熱量不可能由低溫物體傳給高溫物體c 氣體的擴散過程具有方向性d 一切形式的能量間的相互轉化都不具有可逆性 解析 選c 熱力學第二定律反映的所有與熱現(xiàn)象有關的宏觀過程都具有方向性 a d錯 熱量不是不能從低溫物體傳給高溫物體 關鍵是能否還產(chǎn)生其他影響 b錯 氣體擴散過程具有方向性 c對 32 2 下面關于熵的理解正確的是 a 對于任何過程 熵總是增加的b 熵越大 就意味著系統(tǒng)越混亂 越分散c 氣體向真空擴散時 熵值減小d 熵較大的宏觀態(tài)就是無序程度較大的宏觀態(tài) 33 解析 選b d 如果一個系統(tǒng)不孤立 系統(tǒng)的熵可能增加 也可能減小 所以a錯 一個宏觀態(tài)所對應的微觀態(tài)數(shù)目越多 熵值就越大 而宏觀態(tài)所對應的微觀態(tài)數(shù)目越多 也就越無序 就是系統(tǒng)越混亂 越分散 所以b d都對 氣體向真空擴散時 無序度增大 所以熵值增大 所以c錯 34 3 下列過程中 可能發(fā)生的是 a 某工作物質(zhì)從高溫熱源吸收20kj的熱量 全部轉化為機械能 而沒有產(chǎn)生其他任何影響b 打開一高壓密閉容器 其內(nèi)氣體自發(fā)溢出后又自發(fā)跑進去 恢復原狀c 利用其他手段 使低溫物體溫度更低 高溫物體的溫度更高d 將兩瓶不同液體混合 然后它們又自發(fā)地各自分開 35 解析 選c 根據(jù)熱力學第二定律 熱量不可能從低溫物體自發(fā)地傳遞給高溫物體 而不引起其他的變化 但通過一些物理手段是可以實現(xiàn)的 故c項正確 內(nèi)能轉化為機械能不可能自發(fā)地進行 要使內(nèi)能全部轉化為機械能必定要引起其他影響 故a項錯 氣體膨脹具有方向性 故b項錯 擴散現(xiàn)象也有方向性 d項也錯 36 4 成語 覆水難收 指的是一盆水潑出后是不可能再回到盆中的 請從不同宏觀態(tài)所對應的微觀態(tài)數(shù)目不同這個角度 解釋為什么水不會自發(fā)地聚到盆中 37 解析 由于盆的形狀確定 水在盆中所處的宏觀態(tài)對應的微觀態(tài)數(shù)目少 較為有序 當把水潑出后 它的形狀不受盆的限制 各種可能的形狀都有 此時所處的宏觀態(tài)對應的微觀態(tài)數(shù)目將變得非常多 較為無序 因為自發(fā)的過程總是從有序向著無序發(fā)展 所以水不會自發(fā)地聚到盆中 答案 見解析 38 一 選擇題 本大題共7小題 每小題5分 共35分 每小題至少一個選項符合題意 1 下列說法中正確的是 a 熱量能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體b 熱量不能從低溫物體傳給高溫物體c 熱傳遞是有方向性的d 能量耗散說明能量是不守恒的 39 解析 選a c 熱傳遞時能量自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體 而不能自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體 說明熱傳遞有方向性 a c項正確 熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體 只是說此過程不能 自發(fā)進行 并不是說這個過程就 不能進行 在外界的幫助下 這個過程也可能實現(xiàn) 例如電冰箱的應用 故b項錯 能量耗散只是能量品質(zhì)的降低 可利用率減小 但能量總量保持不變 仍然是守恒的 所以d項錯誤 40 2 關于熱力學第二定律 下列說法正確的是 a 熱力學第二定律是通過實驗總結出來的實驗定律b 熱力學第二定律是通過大量自然現(xiàn)象的不可逆性總結出來的經(jīng)驗定律c 熱力學第二定律是物理學家從理論推導得出來的結果d 由于熱力學第二定律沒有理論和實驗的依據(jù) 因此沒有實際意義 41 解析 選b 熱力學第二定律是物理學家通過對大量自然現(xiàn)象的分析 又總結了生產(chǎn)和生活經(jīng)驗得到的結論 是一個經(jīng)驗定律 它并不能通過理論和實驗來證明 但它符合客觀事實 因此是正確的 a c錯 b對 它揭示了宏觀過程的方向性 使人們認識到第二類永動機不可能制成 對我們認識自然和利用自然有著重要的指導意義 42 3 2010 煙臺高二檢測 下列哪些現(xiàn)象能夠發(fā)生 并且不違背熱力學第二定律 a 一杯熱茶在打開杯蓋后 茶會自動變得更熱b 蒸汽機把蒸汽的內(nèi)能全部轉化成機械能c 桶中混濁的泥水在靜置一段時間后 泥沙下沉 上面的水變清 泥 水自動分離d 電冰箱通電后把箱內(nèi)低溫物體的熱量傳到箱外高溫物體 43 解析 選c d a b都違背了熱力學第二定律 都不能發(fā)生 c中系統(tǒng)的勢能減少了 d中消耗了電能 所以不違背熱力學第二定律 均能發(fā)生 44 4 下列有關能的轉化的說法中錯誤的是 a 電動機是將電能全部轉化為機械能的裝置b 熱機是將內(nèi)能全部轉化為機械能的裝置c 若將所有的海水溫度都降低1 就能獲得巨大的能量d 雖然不同形式的能量可以相互轉化 但不可能將已轉化成內(nèi)能的能量全部收集起來加以利用 45 解析 選a b c 電動機內(nèi)線圈在電動機工作時一定會產(chǎn)熱 a錯 熱機效率不可能達到100 b錯 由熱力學第二定律知 通過使海水降溫獲得大量能量是不可能的 c錯 d正確 46 5 一絕熱容器被隔板分成兩半 一半是真空 另一半是理想氣體 若把隔板抽出氣體將進行自由膨脹 達到平衡后 則 a 溫度不變 熵增加b 溫度升高 熵增加c 溫度降低 熵增加d 溫度不變 熵不變 47 解析 選a 該過程是在真空中自由膨脹 不用克服外力做功 即不對外做功 此時w 0 又是絕熱過程q 0 由熱力學第一定律 u q w可知 u 0 即氣體內(nèi)能不變 所以溫度不變 由熱力學第二定律可知 自發(fā)的宏觀過程總是向著熵增大的方向發(fā)展 所以熵增加 48 6 關于熵的下列說法中正確的是 a 熵越高 意味著系統(tǒng)越 混亂 和 分散 無序程度越高b 熵越低 意味著系統(tǒng)越 混亂 和 分散 無序程度越高c 熵越高 意味著系統(tǒng)越 整齊 和 集中 也就是越有序d 熵越低 意味著系統(tǒng)越 整齊 和 集中 也就是越有序 49 解析 選a d 由熵的定義 系統(tǒng)的熵高 表示無序程度大 顯得 混亂 和 分散 系統(tǒng)的熵低 表示無序程度小 顯得有序 整齊 和 集中 可知a d選項正確 50 7 如圖所示 兩個相通的容器p q間裝有閥門k p中充滿氣體 q內(nèi)為真空 整個系統(tǒng)與外界沒有熱交換 打開閥門k后 p中的氣體進入q中 最終達到平衡 則 a 氣體體積膨脹 內(nèi)能增加b 氣體分子勢能減少 內(nèi)能增加c 氣體分子勢能增加 壓強可能不變d q中氣體不可能自發(fā)地全部退回到p中 51 解析 選d 據(jù)熱力學第二定律 自然界涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性知 d項正確 容器內(nèi)氣體自由膨脹 氣體與外界之間不做功 也沒有熱交換 故氣體的內(nèi)能不變 氣體分子間作用力很弱 氣體體積變化時 氣體分子勢能可認為不變 a b c項不正確 52 53 二 非選擇題 本大題共2小題 共15分 8 6分 根據(jù)你對熵增加原理的理解 舉出一些系統(tǒng)從有序變?yōu)闊o序的例子 54 解析 根據(jù)熵增加原理 自然界的一切自發(fā)過程 總是朝著熵增加的方向進行 而熵是描述系統(tǒng)無序程度的物理量 熵越大 無序程度越高 所以 熵的增加就意味著系統(tǒng)無序程度的增加 這意味著 自然界的一切自發(fā)過程 總是朝著從有序向無序的方向轉化 如 燃料的燃燒 氣體的擴散 一切生命體從產(chǎn)生到消亡 都經(jīng)歷了一個從有序到無序的發(fā)展過程 答案 見解析 55 9 2009 江蘇高考 9分 若一氣泡從湖底上升到湖面的過程中溫度保持不變 則在此過程中關于氣泡中的氣體 1 下列說法中正確的是 填寫選項前的字母 a 氣體分子間的作用力增大b 氣體分子的平均速率增大c 氣體分子的平均動能減小d 氣體組成的系統(tǒng)的熵增加 56 2 若將氣泡內(nèi)的氣體視為理想氣體 氣泡從湖底上升到湖面的過程中 對外界做了0 6j的功 則此過程中氣泡 選填 吸收 或 放出 的熱量是 j 氣泡到達湖面后 溫度上升的過程中 又對外界做了0 1j的功 同時吸收了0 3j的熱量 則此過程中 氣泡內(nèi)氣體內(nèi)能增加了 j 57 3 已知氣泡內(nèi)氣體的密度為1 29kg m3 平均摩爾質(zhì)量為0 029kg mol 阿伏伽德羅常數(shù)na 6 02 1023mol 1 取氣體分子的平均直徑為2 10 10m 若氣泡內(nèi)的氣體能完全變?yōu)橐后w 請估算液體體積與原來氣體體積的比值 結果保留一位有效數(shù)字 58 解析 1 對氣泡中的氣體 由于溫度不變 所以分子平均動能不變 分子平均速率也不變 由于上升過程中壓強變小 體積變大 分子間的作用力變小 故a b c錯 一個孤立的系統(tǒng)的自發(fā)變化過程熵永遠不會減小 所以d正確 2 氣泡內(nèi)的氣體視為理想氣體 溫度不變 內(nèi)能不變 由熱力學第一定律 氣體對外做功 應吸收熱量為0 6j 內(nèi)能增加 u 0 3j 0 1j 0 2j 59 3 設氣體體積為v0 液體體積為v1氣體分子數(shù) 或v1 nd3 則 或 解得 或2 10 4 答案 1 d 2 吸收0 60 2 3 1 10 4 或2 10 4 60 1 熱力學第二定律說明了 a 高溫物體與低溫物體接觸時 熱量只能由高溫物體傳給低溫物體b 不管采用什么方法 熱量都不可由低溫物體傳給高溫物體c 自然界進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性d 能量不斷地減少 不守恒 解析 選c 熱量可從低溫物體傳到高溫物體 但要引起其他變化 如冰箱制冷 所以a b錯 熱力學第二定律并不否定能量守恒 故d錯 61 2 如圖所示為電冰箱的工作原理示意圖 壓縮機工作時 強迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán) 在蒸發(fā)器中制冷劑汽化吸收箱體內(nèi)的熱量 經(jīng)過冷凝器時制冷劑液化 放出熱量到箱體外 下列說法正確的是 62 a 熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外b 電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界 是因為其消耗了電能c 電冰箱的工作原理不違反熱力學第一定律d 電冰箱的工作原理違反熱力學第一定律 解析 選b c 熱力學第一定律適用于所有的熱學過程 c正確 d錯誤 由熱力學第二定律可知a錯誤 b正確 63 3 如圖所示 汽缸內(nèi)盛有一定質(zhì)量的理想氣體 汽缸壁是導熱的 缸外環(huán)境保持恒溫 活塞與汽缸壁接