3.4 热力学第二定律——高二物理人教版（2019）选择性必修三同步课时作业
1.某同学在室外将一个吸管密封在一空矿泉水瓶瓶口，并在吸管口蘸上肥皂液，将瓶子从寒冷的室外转移到温暖的室内，他看到在吸管口出现了若干个泡泡。将矿泉水瓶内的气体看作理想气体，不考虑矿泉水瓶的热胀冷缩。下列说法正确的是( )
A.瓶内气体做无规则热运动的速率都增大
B.气体从室内吸收的热量等于气体膨胀对外做的功
C.瓶内气体的平均密度变小
D.瓶内气体做等容变化
2.根据热力学定律，下列说法正确的是( )
A.气体被缓慢压缩时，内能可能不变
B.对能源的过渡消耗使自然界的能量不断减少，形成“能源危机”
C.一定质量的理想气体，在压强减小、体积增大时，一定从外界吸收热量
D.一定质量的理想气体，在温度降低、体积增大时，一定从外界吸收热量
3.一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做了的功，气体的内能减少了，则下列各式中正确的是( )
A.
B.
C.
D.
4.机舱内有一个空矿泉水瓶内密闭着一定质量的空气，飞机在高空巡航时瓶子的状态如图甲所示。飞机着陆时瓶子的状态如图乙所示。假设机舱内的温度保持不变，飞机从巡航到着陆过程( )
A.飞机机舱内的气压减小 B.矿泉水瓶内的空气的压强增大
C.矿泉水瓶内的空气分子平均动能增大 D.矿泉水瓶内的空气内能增大
5.下列说法正确的是( )
A.当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大
B.当把盛放气体的容器放在加速运动的小车上时，气体的内能增大
C.第二类永动机虽然不违反能量守恒定律，但违反热力学第一定律
D.晶体有固定的熔点，有确定的几何形状，物理性质一定具有各向异性
6.下列说法正确的是( )
A.物体的内能只与它的温度有关
B.在完全失重环境下，液滴的形状为球形是由于表面张力作用
C.当两分子间引力与斥力大小相等时，分子势能最大
D.根据能量守恒定律，摩擦产生的热能可以完全自发地转化为机械能
7.一定质量的理想气体经历、、三个变化过程，其体积V随热力学温度T变化的关系图像如图所示，图中从a到b过程的图像反向延长线过原点，从b到c过程图线与纵轴平行，在与横轴平行的直线上，则下列说法中正确的是( )
A.从过程，气体内能的增量小于气体放出热量
B.从过程，气体分子运动的平均速率增大
C.从过程，单位时间内容器壁单位面积上受到分子的平均作用力减小
D.从过程，气体对外做功为零
8.一定质量的理想气体的压强p与热力学温度T的变化图像如图所示。下列说法正确的是( )
A.的过程中，气体对外界做功，气体内能增加
B.的过程中，气体从外界吸收的热量等于其内能的增加量
C.的过程中，气体体积增大，对外做功
D.的过程中，气体分子与容器壁每秒碰撞的次数减少
9.如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有形状记忆合金制成的叶片，轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展面“划水”，推动转轮转动。离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动。下列说法正确的是( )
A.转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量
B.转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身
C.叶片在热水中吸收的热量大于在空气中释放的热量
D.因为转动的叶片不断搅动热水，所以水温最终会升高
10.关于热力学第二定律，下列说法不正确的是( )
A.第二类永动机不可能制成是因为违背了热力学第一定律
B.自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性
C.热量不可能自发地从低温物体传递到高温物体
D.热机效率不可能达到100%
11.电冰箱由压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器四个部分组成一个密闭的连通系统，制冷剂在连通系统内循环流经这四个部分。各部分的温度和压强如图所示，则下列说法正确的是( )
A.冷凝器向环境散失的热量可能小于蒸发器从冰箱内吸收的热量
B.该过程实现了热量从低温物体向高温物体传递，符合热力学第二定律
C.制冷剂在蒸发器中的状态可以看成理想气体
D.制冷剂在通过冷凝器的过程中分子势能和分子动能都增大
12.一定量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如图上从a到b的线段所示。在此过程中气体的温度( )
A.保持不变 B.逐渐变大 C.逐渐变小 D.先变小后变大
13.下列说法正确的是( )
A.布朗运动就是液体分子的运动
B.在轮胎爆裂的这一短暂过程中，气体膨胀，气体温度下降
C.分子间距离的变化对分子引力的影响比对分子斥力的影响大
D.热量能够从高温物体传到低温物体，但不可以从低温物体传递到高温物体
14.人们从平原地区到高原旅游时，常常发现类似薯片等零食的封闭包装会变得很鼓胀，体积明显增大。已知高原的大气压强和温度都低于平原，袋内气体可看作理想气体，则下列说法正确的是( )
A.外界对袋内气体做功
B.袋内气体内能减小、压强增大
C.袋内气体内能增大、压强减小
D.单位时间内碰撞包装袋壁的气体分子个数减少
15.如图，在固定的汽缸A和B中分别用活塞封闭一定质量的理想气体，活塞面积之比为。两活塞以穿过B的底部的刚性细杆相连，可沿水平方向无摩擦滑动。两个汽缸都不漏气。某状态下系统平衡时，A中气体压强为，是汽缸外的大气压强，则此时B中气体压强为( )
A. B. C. D.
答案以及解析
1.答案：C
解析：矿泉水瓶从室外转移到室内过程中，环境温度升高，瓶内气体温度升高，所以气体热运动的平均动能增大，但不是每个气体分子做无规则热运动的速率都增大，故A错误；由于瓶内气体可视为理想气体，所以在气体温度升高时气体的内能增加，即，气体膨胀过程中对外做功，即，由热力学第一定律有，所以，故B错误；由于气体的体积变大，而封闭气体的质量不变，所以变小，故C正确；瓶内气体在此过程中气体的压强不变，所以做等压变化，故D错误。
2.答案：A
解析：由热力学第一定律知，改变内能的方法有热传递和做功，缺失了热传递情况无法判断内能变化情况，内能可以增大可以减少可以不变，故A选项正确。能源有可利用能源和不可利用能源之分，总能量保持不变，我们应该节约使用的是可利用能源，故B选项错误。由理想气体状态方程知，对一定质量的理想气体C值保持不变，P减小、V增大时，T的变化情况未知，故热力学第一定律中的正负未知，气体体积增大，则W为负，故Q的正负未知，气体吸热放热情况未知，故C选项错误。对一定质量的理想气体，T减小时为负值，气体体积增大，则W为负值，热力学第一定律中Q的正负未知，气体吸热放热情况未知，故D选项错误。
3.答案：B
解析：由热力学第一定律可知，外界对气体做功则W为正值，气体内能减少则为负值，代入热力学第一定律表达式得
故选B。
4.答案：B
解析：AB.飞机从巡航到着陆过程，温度不变，由题意知瓶内气体体积变小，以瓶内气体为研究对象，根据理想气体状态方程，故可知矿泉水瓶内的空气的压强增大，则飞机从巡航到着陆过程飞机机舱内的气压增大，故A错误，B正确；
C.由于温度是平均动能的标志，气体的平均动能只与温度有关，机场地面温度与高空客舱温度相同，故从高空客舱到机场地面，瓶内气体的分子平均动能不变，故C错误；
D.由于温度不变，则内能不变，故D错误。
故选B。
5.答案：A
解析：当分子力表现为斥力时，分子力随分子间距离的减小而增大，分子力做负功，所以分子势能也增大，故A正确；物体的内能与物体的体积、温度和物质的量有关，与物体的宏观运动无关，而体积、温度和物质的量都没有改变，因此内能不变，故B错误；热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的一种具体表现形式，第二类永动机虽然不违反能量守恒定律，但违反热力学第二定律，故C错误；晶体分为单晶体和多晶体，晶体都有固定熔点，多晶体物理性质各向同性，没有固定的几何形状；单晶体一定具有规则的几何外形和物理性质的各向异性，故D错误。
6.答案：B
解析：A.物体的内能与它的温度和体积有关，A错误；
B.在完全失重环境下，液滴的形状为球形是由于表面张力作用，B正确；
C.当两分子间引力与斥力大小相等时，分子势能最小，C错误；
D.摩擦产生的热能不能自发地转化为机械能，D错误。
故选B。
7.答案：B
解析：AB.从a到b过程，气体发生的是等压膨胀，气体对外做功，温度升高，内能增加，气体吸收热量大于内能的增量，气体分子平均速度增大，故A错误，B正确；
C.从b到c过程，气体发生的是等温压缩，气体的压强增大，单位时间内容器壁单位面积上受到分子的平均作用力增大，故C错误；
D.从a到b过程，气体压强小于从b到c过程气体的压强，因此从a到d过程，气体对外做功不为零，故D错误。
故选B。
8.答案：B
解析：AB.由理想气体状态方程可得
即
故的过程中，气体体积不变，没有对外界做功，由于气体温度升高，故内能增加，由热力学第一定律可知，气体从外界吸收的热量等于其内能的增加量，A错误，B正确；
C.的过程中，温度不变内能不变，随着压强增大，气体体积减小，外界对气体做功，C错误；
D.的过程中，由于温度不变，分子平均动能不变，压强增大体积减小，单位体积内的分子数增多，故气体分子与容器壁每秒碰撞的次数增多，D错误。
故选B。
9.答案：C
解析：AB.要维持转轮转动需要外力做功，转轮转动所需能量不能由转轮自己提供，靠的是记忆合金在热水中吸收热量发生形变而运转然后在空气中释放热量回复形变进行循环，当热水的温度达不到记忆合金的“变态温度”需要给水升温，因此消耗能量，故B错误；
C.根据热力学第二定律，物体不可能从单一热源吸收能量全部用来对外做功而不引起其变化，故叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量，其吸收的热量用于转轮动能的增加，空气中的放热和机械运转的摩擦损耗，故C正确；
D.转动的叶片不断搅动热水的过程记忆合金吸热发生形变，转出热水需要将能量释放，再进入热水吸热，故水温降低，故D错误。
故选C。
10.答案：A
解析：A.第二类永动机不可能制成是因为违背了热力学第二定律，故A错误；B.自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，都不可逆，故B正确；C.根据热力学第二定律知，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，故C正确；D.热力学第二定律可表述为：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响，所以热机效率不可能达到100%，故D正确。故选A。
11.答案：B
解析：根据热力学第一定律，（从低温物体吸收的热量）（压缩机对系统做的功）（向高温物体释放的热量），选项A错误；这一过程不是自发完成的，整个过程实现了热量从低温物体向高温物体传递，符合热力学第二定律，选项B正确；制冷剂在蒸发器中虽然是气体状态，但是不满足远离液化的状态，不能看成理想气体，选项C错误；在冷凝器中制冷剂温度降低，分子平均动能降低，分子间距从气体过渡到液体，分子势能降低，选项D错误。
12.答案：C
解析：根据题意，由图可知，V与的比值，即乘积一直减小，也即图线上各点与原点的连线斜率减小，由理想气体状态方程可知，气体的温度逐渐减小。
故选C。
13.答案：B
解析：A.布朗运动是固体微粒的运动，是液体分子无规则热运动的反应，故A错误；
B.根据热力学第一定律
知在轮胎爆裂的这一短暂过程中，气体膨胀，外界对气体做负功，，而气体来不及和外界进行热交换，即，故气体温度下降，故B正确；
C.分子间的距离增大时，分子间的引力和斥力都减小，斥力比引力变化的快，故C错误；
D.根据热力学第二定律知热量只能够自发从高温物体传到低温物体，但也可以通过热机做功实现从低温物体传递到高温物体，故D错误。
故选B。
14.答案：D
解析：A.封闭包装变得很鼓胀，体积明显增大，则封闭气体对外界做功，故A错误；
BC.高原的温度低于平原，则袋内气体向外界传递热量，根据热力学第一定律有
可知，袋内气体内能减小。根据理想气体状态方程，有
可知压强减小。故BC错误；
D.袋内气体体积增加，单位体积的分子数密度减小，其温度降低，分子的平均动能减小。故单位时间内碰撞包装袋壁的气体分子个数减少。故D正确。
故选D。
15.答案：A
解析：对A中气体，有
对B中气体，有
联立，可得
故选A。
