2018_2019学年高中物理第十章热力学第二定律的微观解释能源和可持续发展课后课时精练.docx

第5、6节 热力学第二定律的微观解释 能源和可持续发展对点训练考点1 对有序和无序、宏观态和微观态的理解1(多选)下列过程中不可逆的是()A锤子打铁，铁发热B传热的容器内盛有液体，容器放在恒温的大水池内，不停地搅动液体，可保持温度不变C在一绝热容器内，不同温度的液体混合D在一绝热容器内，不同温度的氦气进行混合答案ABCD解析功变热是不可逆过程，故A符合题意。B中过程既有功变热，又有热传导，是不可逆过程，故B符合题意。C中液体扩散是不可逆过程，故C符合题意。D中具有一定温度的热传导也是不可逆的，故D也符合题意。2如图所示，气体自由膨胀的不可逆性可以用概率来说明，a、b、c三个分子在A、B两室的分配情况如下表：A室abcabbcaccab0B室0cababbccaabc则：(1)a分子出现在A室的概率为_。(2)a、b、c三分子全部回到A室的概率为_。(3)若有N个分子，则N个分子全部自动回到A室的概率为_。答案(1)(2)(3)解析a分子在自由运动后，在A室、B室的概率分别为，b分子在A室、B室的概率分别为，c分子在A室、B室的概率分别为，则a、b、c三分子都在A室的概率为。假设有N个分子，则全部在A室的概率为。考点2 热力学第二定律的微观意义3.在一定速度下发生变化的孤立系统，其总熵的变化情况是()A不变 B可能增大或减小C总是增大 D总是减小答案C解析一切孤立系统总向着总熵增大的方向发展。(1)由熵的定义可知，熵较大的宏观状态就是无序程度较大的宏观状态，也就是出现概率较大的宏观状态。在自然过程中熵总是增加的，其原因并非因为有序是不可能的，而是因为通向无序的渠道要比通向有序的渠道多得多，把事情搞得乱糟糟的方式要比把事情做得整整齐齐的方式多得多。(2)从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律：一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序程度更大的方向发展。4(多选)下列关于熵的观点中正确的是()A熵越大，系统的无序程度越大B对于一个不可逆绝热过程，其熵不会减小C气体向真空中扩散时，熵值减小D自然过程中熵总是增加，因为通向无序的渠道要比通向有序的渠道多得多答案ABD解析熵是系统内分子运动无序性的量度，熵越大，其无序程度越大，A正确。不可逆绝热过程，其宏观态对应微观态数目增大，其熵会增加，不会减小，B正确。气体向真空中扩散，无序程度增大，熵值增大，C错误。自然过程中，无序程度较大的宏观态出现概率较大，因而通向无序的渠道多，D正确。5热力学第二定律的开尔文表述指出：内能与机械能的转化具有方向性。请结合熵的变化加以解释。答案见解析解析机械运动是宏观情况下物体在空间位置上的变化，物体运动状态的变化完全遵循牛顿运动定律所反映的因果关系，这是一种有序的运动。热运动是大量分子的无规则运动，系统的一个宏观状态包含着大量的微观状态，这是一种无序的运动。机械运动向热运动的转化，属于从有序向无序的转化，会导致熵的增加，符合热力学规律，因此机械能可以全部转化为内能。反之，热运动向机械运动的转化属于从无序向有序的转化，即从高熵向低熵转化，不符合熵增加原理，因此内能向机械能的转化不能全部实现。6成语“覆水难收”指一盆水泼出后是不可能再回到盆中的。请结合熵的变化解释为什么水不会自发地聚到盆中？答案见解析解析由于盆的形状确定，水在盆中时，空间位置和所占据的空间体积一定，显得“有序”“整齐”和“集中”，系统的熵低。当把水泼出后，它的形状不再受盆的限制，各种可能的形状都有，占据的空间体积和所处的位置都有多种可能。显得“无序”“混乱”“分散”。系统的熵高。水泼出的过程属于从有序向无序的转化过程。导致熵的增加，符合熵增加原理。反之，水聚到盆中的过程，属于从无序向有序的转化。即从高熵向低熵转化，不符合熵增加原理。因此水不能自发地聚到盆中。考点3 能源的开发和利用7.(多选)关于能源的利用，下列说法中正确的是()A由于我国煤和石油的储量十分丰富，所以太阳能的开发在我国并不十分重要B能源的利用过程，实质上是能的转化和传递的过程C现在人类社会使用的能源主要是煤、石油和天然气D煤、石油和天然气的化学能归根到底来自太阳能答案BCD解析目前人类使用的能源主要的仍是煤、石油和天然气。燃料燃烧时，化学能转化为内能，内能又可转化成机械能和电能。人类在生产和生活中需要各种形式的能，我们可以根据需要把能源的能量转化成各种形式的能，以供利用。所以，能源的利用过程实质上是能的转化和传递的过程。我国的煤和石油尽管储量丰富，但终究有限，且利用后不能再生，终有用完的日子，所以开发和利用新能源，特别是核能和太阳能，是解决能源问题的出路。因此在这四个说法中，错误的是A，B、C、D正确。8关于开发能源和节约能源，你认为以下观点错误的是()A能源是有限的，无节制地利用常规能源，如石油之类，是一种盲目的短期行为B根据能量守恒定律，担心能源枯竭实在是一种杞人忧天的表现C能源的开发利用，必须同时考虑对环境的影响D利用核能是目前开发新能源的一种有效的途径答案B解析能量虽然守恒，但在利用其过程中，其形式在不断向低品质转化，可见能源是有限的。在利用能源的同时，还应注意保持与环境的平衡，应选B。9热现象过程中不可避免地出现能量耗散现象。下列关于能量耗散的说法中正确的是()A能量耗散说明能量不守恒B能量耗散不符合热力学第二定律C能量耗散过程中能量仍守恒，只是能量的转化有方向性D待科技发达到一定程度时可消除能量耗散现象，实现第二类永动机答案C解析能量耗散仍遵守能量守恒定律，反映了自然界宏观过程具有方向性，无法消除，应选C。综合训练10质量一定的某种物质，在压强不变的条件下，由液态到气态(可看成理想气体)变化过程中温度(T)随加热时间(t)变化关系如图所示。单位时间所吸收的热量可看作不变。(1)(多选)以下说法正确的是_。A在区间，物质的内能不变B在区间，分子间的势能不变C从区间到区间，物质的熵增加D在区间，物质分子的平均动能随着时间的增加而增大(2)在区间，若将压强不变的条件改为体积不变，则温度升高_(填“变快”“变慢”或“快慢不变”)。请说明理由。答案(1)BCD(2)变快根据热力学第一定律UQW和理想气体的状态方程 C可知，在吸收相同的热量Q时，压强不变的条件下，V增加，W0，U1Q|W|；体积不变的条件下，W0，U2Q；所以U1U2，体积不变的情况下温度升高变快。解析(1)物质的内能是分子总动能与分子总势能之和，在区间，温度不变，分子平均动能不变，吸收的热量用来增加分子间势能，物质的内能增大，选项A错误；理想气体分子间作用力为零，不考虑分子势能，选项B正确；从区间到区间，分子无规则运动加剧，熵增加，选项C正确；温度是分子平均动能的标志，选项D正确。(2)根据热力学第一定律UQW和理想气体的状态方程C可知，在吸收相同的热量Q时，压强不变的条件下，V增加，W0，U1Q|W|；体积不变的条件下，W0，U2Q；所以U1U2，体积不变的情况下温度升高变快。11能源问题是当前的热门话题，传统的能源煤和石油，一方面储量有限，有朝一日将要被开采完毕，另一方面，使用过程中也带来了污染，寻找新的、无污染的能源是人们努力的方向，利用潮汐发电即是一例。关于潮汐，古人说：“潮者，据朝来也；汐者，言夕至也。”如图是利用潮汐发电的示意图，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，堵住通道(如图甲)；潮退至最低点时放水发电(如图乙)；待内外水面高度相同；再堵住通道，直至下次涨潮至最高点，又放水发电(如图丙)。设海湾面积为5.0107 m2，高潮与低潮间高度差3.0 m，则一天内水流的平均功率为_MW。(注：实际上由于各种损失，发电功率仅为水流的平均功率的10%25%，例如法国兰斯河潮汐发