2018-2019学年高中物理 第十章 热力学定律 第5、6节 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 新人教版选修3-3.doc

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电站水势能释放平均功率240 MW，而发电功率仅为62 MW)答案100解析潮汐发电其实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MgVg1.01035.0107310 N1.51012 N，其重心的高度变化为：h1.5 m，一天内海水两进两出，故水流功率为：P W1.0108 W，即P100 MW。