2025高中物理人教版选修3-3教学资源包名师同步导学第10章　第1、2节含答案

PAGEPAGE62025高中物理人教版选修3-3教学资源包（名师同步导学第十章第1、2节功和内能热和内能「基础达标练」1．以下所述现象中，属于通过热传递改变了物体内能的是()A．将一段铁丝反复弯折，弯折处会发热B．放在空气中的一杯热水会冷却C．在转动的砂轮上磨车刀，车刀发热D．电流通过电阻丝解析：选B弯折铁丝是用力对物体做功，在转动的砂轮上磨车刀是摩擦力对车刀做功，电流通过电阻丝并做功，所以三者都是通过做功改变物体内能的，热水放在空气中，通过热辐射以及对流等方式向外传递了热量，而使自身的内能减少，温度下降，它是通过热传递方式改变内能的，故B选项正确．2．物体的内能增加了20J，下列说法中正确的是()A．一定是外界对物体做了20J的功B．一定是物体吸收了20J的热量C．一定是物体分子动能增加了20JD．物体分子的平均动能可能不变解析：选D做功和热传递都可以改变物体内能，物体内能改变20J，其方式是不确定的，因此A、B错误；物体内能包括所有分子的平均动能和分子势能，内能由分子数、分子平均动能、分子势能三者决定，故C错误，D正确．3．(多选)对于热量、功和内能三者的理解，下列说法中正确的是()A．三者单位相同，物理意义相同B．热量和功是内能的量度C．热量和功由过程决定，而内能由物体状态决定D．系统内能增加了100J，可能是外界采用绝热方式对系统做功100J，也可能是外界单纯地对系统传热100J解析：选CD热量、功和内能三者尽管单位相同，但物理意义有本质区别，A选项错误；热量和功由过程决定，内能由物体状态决定，热量和功是内能变化的量度，C选项正确，B选项错误；对一个绝热过程ΔU＝W＝100J，对一个单纯热传递过程ΔU＝Q＝100J，D选项正确．4．如图所示，绝热容器中间用隔板隔开，左侧装有气体，右侧为真空．现将隔板抽掉，使左侧气体自由膨胀直至达到平衡，则在此过程中(不计气体的分子势能)()A．气体对外界做功，温度降低，内能减少B．气体对外界做功，温度不变，内能不变C．气体不做功，温度不变，内能不变D．气体不做功，温度不变，内能减少解析：选C抽掉隔板后，气体膨胀，体积增大，但由于右侧为真空，所以气体自由膨胀不做功，因而内能不变，温度不变，故C选项正确．5．关于物体的内能以及变化，以下说法正确的是()A．物体的温度改变时，其内能必定改变B．物体对外做功，其内能不一定改变；向物体传递热量，其内能也不一定改变C．物体对外做功，其内能必定改变，物体向外传出一定热量其内能必定改变D．若物体与外界不发生热交换，则物体的内能必定不改变解析：选B一定质量的物体，其内能由温度和体积共同决定．物体的温度改变时，其内能不一定改变，所以A错误；做功和热传递是改变物体内能的两种方式．若物体对外做功为W，同时吸收的热量为Q，若W>Q，则物体的内能减少；若W＝Q，则物体的内能不变；若W<Q，则物体的内能增加．所以B正确，C、D错误．6．下列关于内能与热量的说法中，正确的是()A．马铃薯所含热量高B．内能越大的物体热量也越多C．热量总是从内能大的物体流向内能小的物体D．热量总是自发地从温度高的物体流向温度低的物体解析：选D选项A是一种很常见的说法，在日常生活中似乎无须计较，但从物理学的角度来看，确有不妥．热量是过程量，不是状态量，不能像内能那样蕴含在物体中，选项A、B错误；两物体之间热量流向只与它们的温度有关，而与它们的内能无关，选项C错误，D正确．7．(多选)如图，注射器内密封一部分气体，若针筒和活塞导热性能良好，则缓慢向外移动活塞的过程中气体()A．对活塞不做功 B．对活塞做负功C．温度保持不变 D．压强逐渐减小解析：选CD缓慢向外移动活塞的过程中，气体的体积增大，对外做功，即气体对活塞做正功，故A、B错误；针筒和活塞导热性能良好，缓慢向外移动活塞的过程，可以看成准静态过程，由针筒和活塞导热性良好可知，温度保持不变，故C正确；气体的体积增大，温度不变，由玻意耳定律可知气体的压强一定减小，故D正确．8．若对物体做1200J的功，可使物体温度升高3℃，改用热传递的方式，使物体温度同样升高3℃，那么物体应吸收多少热量？如果对该物体做3000J的功，物体的温度升高5℃，表明该过程中，物体应吸收或放出多少热量？解析：做功和热传递在改变物体内能上是等效的，用做功方式使物体温度升高3℃，如用吸热方式，也使物体温度升高3℃，也应吸收1200J的热量．如对物体做功3000J，温度升高5℃，而物体温度升高5℃需要的功或热量应为E.1200J＝cm×3℃，E＝cm×5℃，得E＝2000J.因此物体应放出1000J的热量．答案：1200J放出1000J的热量「能力提升练」1．采用绝热(即不交换热量)的方式使一定量的气体由初状态A变化至终态B，对于不同的绝热方式，下面的说法正确的是()A．对气体所做的功不同B．对气体所做的功相同C．对气体不需做功，因为没有能量的传递D．可以确定A状态的内能解析：选B若对于一定质量的气体，不管采用任何一种绝热方式由状态A变化到状态B，都是绝热过程，在这一过程中，气体在初状态A有一确定的内能UA，在状态B有另一确定的内能UB，由绝热过程中ΔU＝UB－UA＝W知，W为恒量，所以B选项正确．2．一物体先后经过几个不同的物理过程，其温度均从T1升高到T2，则在这些过程中()A．物体一定从外界吸收热量B．物体与外界交换的热量都相等C．外界对物体所做的功均相等D．物体内所有分子动能的平均值增量都相等解析：选D不管物体经历了怎样的物理过程，由于初温度T1和末温度T2是确定的，故物体内所有分子动能的平均值的增加量是相同的，D正确；物体内能的增加可能是由于外界对物体做功造成的，也可能是由于物体从外界吸收热量造成的，还可能是以上两种因素共同影响的结果，故选项A、B、C错误．3．(多选)(2018·万州区高二检测)下列所述现象中属于利用热传导的方式来传热的是()A．冬天，用手去拿室外的铁块，手感到冷B．夏天，开空调后一段时间整个房间内温度降低C．在地面上晒小麦D．冬天，用暖水袋暖手解析：选AD冬天，室外铁块温度低，手温度高，用手拿铁块时，手上的热量直接通过热传导的方式传到铁块上，故A选项正确；用暖水袋暖手，道理同上，故D选项正确；开空调后整个房间内温度降低，是空气通过对流的方式使热空气降温，晒小麦是依靠太阳热辐射来吸收热量的，故B、C选项错误．4．如图所示，厚壁容器的一端通过胶塞插进一只灵敏温度计和一根气针，另一端有个用卡子卡住的可移动的胶塞．用打气筒慢慢向筒内打气，使容器内的压强增加到一定程度，这时读出温度计示数．打开卡子，胶塞冲出容器后()A．温度计示数变大，实验表明气体对外界做功，内能减少B．温度计示数变大，实验表明外界对气体做功，内能增加C．温度计示数变小，实验表明气体对外界做功，内能减少D．温度计示数变小，实验表明外界对气体做功，内能增加解析：选C根据功是能量转化的量度，对外做了多少功，就意味着转化了多少能量．本实验中由于是厚壁容器，打开卡子后，气体迅速膨胀，这样的过程可以当作绝热过程，由此判断，转化的应是系统的内能，即气体对外做功，系统的内能减少，温度降低，选项C正确．5．两人共同拉锯伐木，每人在180s内拉动60次，每次拉动的距离为75cm，两人用的力均为20N，做功的40%转变为热能，则每秒钟产生的热量是多少？若产生热量的20%被钢锯吸收，则60s后钢锯的温度将升高多少度？[设钢锯的比热容为1.2×102J/(kg·℃)，钢锯的质量为0.5kg]解析：180s内两人做的功W＝2NFs＝1800J，则每秒产生的热量Q＝eq\f(W,180)·40%＝4J.Q吸＝cmΔt＝60·Q·20%，则Δt＝eq\f(Q·12,cm)＝0.8℃.答案：0.8℃6．有一个10m高的瀑布，水流在瀑布顶端时速度为2m/s，在瀑布底与岩石的撞击过程中，有10%的动能转化为水的内能，请问水的温度上升了多少摄氏度？已知水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，g取10m/s2.解析：根据机械能守恒定律知，当水流到达瀑布底时的动能Ek＝eq\f(1,2)mv2＋mgh，水吸收的热量Q与温度变化Δt满足关系Q＝cmΔt，由题意知，有10%的动能转化为水的内能，所以有eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)mv2＋mgh))×10%＝cmΔt，代入数据得Δt＝2.4×10－3℃.答案：2.4×10－3℃第十章第3节热力学第一定律能量守恒定律「基础达标练」1．自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法正确的是()A．机械能守恒B．能量正在消失C．只有动能和重力势能的相互转化D．减少的机械能转化为内能，但总能量守恒解析：选D自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，说明机械能在减少，故A、C项错误；减少的机械能通过摩擦转化成了内能，故B项错误，D项正确．2．第一类永动机是不可能制成的，这是因为第一类永动机()A．不符合机械能守恒定律B．违背了能量守恒定律C．无法解决机械摩擦的问题D．找不到合适的材料和合理的设计方案解析：选B第一类永动机不可能制成，是因为它违背了能量守恒定律．3．对于一个大气压下100℃的水变成100℃的水蒸气的过程中，下列说法正确的是()A．水的内能增加，对外界做功，一定是吸热B．水的内能不变，对外界做功，从外界吸热C．水的内能减少，对外界不做功，向外界放热D．水的内能增加，对外界做功，向外界放热解析：选A水变成水蒸气的过程是吸热的过程，又因气体膨胀对外界做功，分子间距增大，分子势能增加，分子动能不变，由此判断可知A对．4．关于内能，下列说法正确的是()A．理想气体吸热，温度一定升高B．物体动能越大，分子动能越大C．外界对气体做功10J，同时气体放出20J的热量，则气体的内能减少10JD．只有热传递可以改变物体的内能解析：选C根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q得物体的内能与做功和热传递有关，故一定质量的理想气体吸热时内能可以不变，温度不一定升高，故A错误；物体运动速度与分子热运动的速度或动能无关，故B错误；外界对气体做功10J，同时气体放出20J的热量，则根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q＝(10－20)J＝－10J，气体的内能减少10J，故C正确；物体内能改变与做功和热传递有关，故D错误．5．某同学用橡皮塞塞紧饮料瓶，并用打气筒向饮料瓶内打气，装置如图所示．当压强增大到一定程度时，橡皮塞冲出，发现饮料瓶内壁中有水蒸气凝结，产生这一现象的原因是饮料瓶中气体()A．体积增大，温度升高 B．动能增大，温度升高C．对外做功，温度降低 D．质量减少，温度降低解析：选C压强增大到一定程度时，橡皮塞冲出，过程时间极短，可以认为是绝热过程，对外界没有吸放热，瓶内气体膨胀，对外做功，根据热力学第一定律，ΔU＝Q＋W，可知Q＝0，W<0，气体内能减小，温度降低，故C选项正确．6．如图所示，A、B是两个完全相同的铁球，A放在绝热板上，B用绝热绳悬挂．现只让它们吸收热量，当它们升高相同的温度时，它们所吸收的热量分别为QA、QB，则()A．QA＝QB B．QA<QBC．QA>QB D．无法确定QA、QB的大小解析：选C当A、B两球升高相同的温度时，根据热胀冷缩原理可知，A、B球重心发生变化，A球重心升高，B球重心降低．即在此过程中A球重力势能增加，B球重力势能减少，根据能量守恒，A球吸收的热量多．故C选项正确．7．(多选)如图，在水平放置的刚性汽缸内用活塞封闭两部分气体A和B，质量一定的两活塞用杆连接．汽缸内两活塞之间保持真空，活塞与汽缸壁之间无摩擦，左侧活塞面积较大，A、B的初始温度相同．略抬高汽缸左端使之倾斜，再使A、B升高相同温度，气体最终达到稳定状态．若始末状态A、B的压强变化量ΔpA、ΔpB均大于零，对活塞压力的变化量为ΔFA、ΔFB，则()A．A体积增大 B．A体积减小C．ΔFA>ΔFB D．ΔpA<ΔpB解析：选AD以两个活塞和杆整体为研究对象，初始时刻有pASA＝pBSB，略抬高汽缸左端使之倾斜，由于活塞的重力作用，A部分气体压强减小，B部分气体压强增大．对A部分气体，压强减小，温度升高，由理想气体状态方程eq\f(pV,T)＝C可知体积增大．因A部分气体体积增大，所以B部分气体体积减小，活塞向B端移动，A项正确，B项错误；仍以两个活塞为研究对象，开始时，两活塞受力平衡，略抬高汽缸左端使之倾斜，再使A、B升高相同温度，最终两个活塞的受力还要平衡，有pA′SA＋mgsinθ＝pB′SB，那么压力的变化不相等，ΔFB>ΔFA，C错误；由Δp＝eq\f(ΔF,S)，又SA>SB，结合C项分析可得ΔpA<ΔpB，D正确．8.爆米花酥脆可口、老少皆宜，是许多人喜爱的休闲零食，如图为高压爆米花的装置原理图，玉米在铁质的密闭容器内被加热，封闭气体被加热成高温高压气体，当打开容器盖后，“嘭”的一声气体迅速膨胀，压强急剧减小，玉米粒就“爆炸”成了爆米花．设当地温度为t1＝27℃，大气压为p0，已知密闭容器打开前的气体压强达到4p0.试分析：(1)容器内的气体看做理想气体，求容器内气体的温度；(2)假定在一次打开的过程中，容器内气体膨胀对外界做功15kJ，并向外释放了20kJ的热量，容器内原有气体的内能如何变化？变化了多少？解析：(1)根据查理定律：eq\f(p1,T1)＝eq\f(p2,T2)p1＝p0，T1＝300K，p2＝4p0.整理得：T2＝1200K，t2＝927℃.(2)由热力学第一定律ΔU＝Q＋W得ΔU＝－20kJ－15kJ＝－35kJ，故内能减少35kJ.答案：(1)927℃(2)减少35kJ「能力提升练」1.如图所示为冲击摆实验装置，一水平飞行的子弹射入沙箱后与沙箱合为一体，共同摆起一定高度，在此过程中有关能量转化的说法中正确的是()A．子弹的动能转变成沙箱和子弹的内能B．子弹的动能转变成沙箱和子弹的重力势能C．子弹的动能转变成沙箱和子弹的动能D．子弹的动能一部分转变成沙箱和子弹的内能，另一部分转变为沙箱和子弹的机械能解析：选D子弹在射入沙箱的过程中，要克服摩擦阻力做功，有一部分动能转变成沙箱和子弹的内能，一部分动能变成沙箱和子弹的机械能，故D正确．2.(多选)如图为某同学设计的喷水装置，内部装有2L水，上部密封1atm的空气0.5L，保持阀门关闭，再充入1atm的空气0.1L，设在所有过程中空气可看做理想气体，且温度不变，下列说法正确的有()A．充气后，密封气体压强增加B．充气后，密封气体的分子平均动能增加C．打开阀门后，密封气体对外界做正功D．打开阀门后，不再充气也能把水喷光解析：选AC温度不变，分子平均动能不变，充气后由于气体的质量增大，温度、体积基本不变，气体的压强增大，选项A对，B错；打开阀门后，水减少，气体膨胀，密封气体对水做正功，选项C对；如果水全排出，气体压强为p3，p3(2＋0.5)＝p1(0.5＋0.1)得p3＝0.24p1<p1，故不再充气不能把水喷光，选项D错．3．(多选)对非理想气体，下列说法正确的是()A．气体分子的重力势能是气体内能的一部分B．气体分子热运动的动能是气体内能的一部分C．分子之间相互作用的势能是气体内能的一部分D．气体体积变化时，其内能可能不变解析：选BCD气体的内能包括，气体所有分子势能和分子动能之和；其中分子势能是由分子间的相对位置和相互作用决定的能量，与重力势能无关；分子动能是分子热运动的动能，故A错误，B、C正确；气体的体积发生变化，如果同时也同外界产生热交换，根据热力学第一定律，气体的内能可能不变，故D正确．4．(多选)如图所示，a、b、c、d表示一定质量的理想气体状态变化过程中的四个状态，图中ad平行于横坐标轴，cd平行于纵坐标轴，ab的延长线过原点．以下说法正确的是()A．从状态d到c，气体不吸热也不放热B．从状态c到b，气体放热C．从状态a到d，气体对外做功D．从状态b到a，气体吸热解析：选BCD从状态d到c，温度不变，理想气体内能不变，但是由于压强减小，所以体积增大，对外做功，还要保持内能不变，一定要吸收热量，故A错误；气体从状态c到状态b是一个降压、降温过程，同时体积减小，外界对气体做功，而气体的内能还要减小(降温)，就一定要伴随放热的过程，故B正确；气体从状态a到状态d是一个等压、升温的过程，同时体积增大，所以气体要对外做功，故C正确；气体从状态b到状态a是一个等容变化过程，随压强的增大，气体的温度升高，内能增大，而在这个过程中气体的体积没有变化，就没有做功，气体内能的增大是因为气体吸热的结果，故D正确．5．(2019·江苏卷)如图所示，一定质量理想气体经历A→B的等压过程，B→C的绝热过程(气体与外界无热量交换)，其中B→C过程中内能减少900J．求A→B→C过程中气体对外界做的总功．解析：A→B过程W1＝－p(VB－VA)B→C过程，根据热力学第一定律W2＝ΔU则对外界做的总功W＝－(W1＋W2)代入数据得W＝1500J.答案：1500J6．如图所示，圆柱形汽缸竖直放置，质量m＝3.0kg、横截面积S＝1.0×10－3m2的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁封闭良好，不计摩擦，不计活塞和汽缸的厚度．开始时活塞距汽缸底距离h1＝0.50m，此时温度T1＝300K．给汽缸缓慢加热至T2，活塞上升到距离汽缸底h2＝0.80m处，同时缸内气体内能增加250J，已知外界大气压p0＝1.0×105Pa，取g＝10m/s2.求：(1)缸内气体加热后的温度T2；(2)此过程中缸内气体吸收的热量Q.解析：(1)根据盖吕萨克定律可得：eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2)代入数据可得T2＝480K.(2)缸内气体压强p＝p0＋eq\f(mg,S)根据热力学第一定律有：ΔU＝W＋Q其中W＝－pΔV代入数据Q＝289J.答案：(1)480K(2)289J第十章第4节热力学第二定律「基础达标练」1．(多选)下列哪些过程具有方向性()A．热传导过程 B．动能向势能的转化过程C．气体的扩散过程 D．气体向真空中的膨胀过程解析：选ACD热传递、气体的扩散和气体在真空中的膨胀都是与热现象有关的宏观自然过程，由热力学第二定律可知，它们都是不可逆的，具有方向性，故选项A、C、D正确；动能向势能的转化与热现象无关，是可逆的，不具有方向性，故选项B错误．2．我们绝不会看到：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来，其原因是()A．违反了能量守恒定律B．在任何条件下内能不可能转化成机械能，只有机械能才能转化成内能C．机械能和内能的转化过程具有方向性，内能转化成机械能是有条件的D．以上说法均不正确解析：选C机械能和内能的相互转化，必须通过做功来实现，故C选项正确．3．下列过程中，可能发生的是()A．某工作物质从高温热源吸收20kJ的热量，全部转化为机械能，而没有产生其他任何影响B．打开一高压密闭容器，其内气体自发溢出后又自发跑进去，恢复原状C．利用其他手段，使低温物体温度更低，高温物体的温度更高D．将两瓶不同液体自发混合，然后又自发地各自分开解析：选C根据热力学第二定律，热量不可能从低温物体自发地传给高温物体，而不引起其他的变化，但通过一些物理过程是可以实现的，故C项正确；内能自发地全部转化为机械能是不可能的，故A项错误；气体膨胀具有方向性，故B项错误；扩散现象也有方向性，故D项错误．4.(多选)如图所示，为电冰箱的工作原理示意图．压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环．在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外．下列说法正确的是()A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能C．电冰箱的工作原理不违背热力学第一定律D．电冰箱的工作原理违背热力学第一定律解析：选BC热量不能自发地从低温物体传到高温物体，要想使热量从低温物体传到高温物体必须借助于其他系统做功，A错误，B正确；热力学第一定律适用于所有的热学过程，C正确，D错误．5．(多选)关于热力学第二定律，下列说法正确的是()A．热量能够自发地从高温物体传到低温物体B．不可能使热量从低温物体传向高温物体C．从单一热库吸收热量，可以使之完全变成功D．气体向真空自由膨胀的过程是不可逆过程E．功转变为热的实际宏观过程是可逆过程解析：选ACD根据热力学第二定律可知，热量能够自发地从高温物体传到低温物体，故A正确；在外界的影响下，能使热量从低温物体传向高温物体，如空调，故B错误；根据热力学第二定律(不可能从单一热库吸收热量，使之完全变为有用功，而不产生其他影响)，可知在外界的作用下，从单一热库吸收热量，可以使之完全变成功，故C正确；所有涉及热现象的宏观过程都有方向性，则知气体向真空自由膨胀的过程是不可逆过程，故D正确；功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程，故E错误．6．(多选)根据热力学第二定律，下列判断正确的有()A．热机中燃气的内能不可能全部变成机械能而不产生其他影响B．电流的能不可能全部变成内能C．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变成电能D．在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体解析：选ACD凡是与热现象有关的宏观热现象都具有方向性．无论采用任何设备和手段进行能量转化，总是遵循“机械能可全部转化为内能，内能不能全部转化为机械能而不产生其他影响”，故A正确；由电流热效应中的焦耳定律可知，电流的能可以全部转化为内能，故B错误；火力发电机发电时，能量转化的过程为内能→机械能→电能，因为内能→机械能的转化过程中会对外放出热量，故燃气的内能必然不能全部变为电能，C正确；热量从低温物体传递到高温物体不能自发进行，必须借助外界的帮助，结果会带来其他影响，这正是热力学第二定律第一种表述的主要思想，故D正确．7．(多选)下列关于热机说法中，正确的是()A．热机是把内能转化成机械能的装置B．热机是把机械能转化为内能的装置C．只要对内燃机不断进行革新，它可以把燃料燃烧释放的内能全部转化为机械能D．即使没有漏气，也没有摩擦等能量损失，内燃机也不可能把内能全部转化为机械能解析：选AD由热机的定义可知A正确，B错误；内燃机工作时内能的损失有多种途径，所以内燃机不可能把燃料燃烧释放的内能全部转化为机械能，故D正确，C错误．8．(多选)关于分子动理论和热力学定律，下列说法正确的是()A．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B．若两分子间距离增大，分子势能一定增大C．一定质量的某种理想气体绝热膨胀，温度降低D．热力学第二定律描述了宏观热现象的方向性解析：选ACD大量的事实表明，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，选项A正确；若两分子间距离从零开始增加，则随着分子间距离增大，分子势能先减小后增大，选项B错误；由热力学第一定律可知，一定质量的某种理想气体绝热膨胀时对外做功，内能减小，温度降低，选项C正确；热力学第二定律指出，一切与热现象有关的宏观自然过程都具有方向性，选项D正确．9．(多选)下列宏观过程能用热力学第二定律解释的是()A．大米和小米混合后小米能自发地填充到大米空隙中而经过一段时间大米、小米不会自动分开B．将一滴红墨水滴入一杯清水中，会均匀扩散到整杯水中，经过一段时间，墨水和清水不会自动分开C．冬季的夜晚，放在室外的物体随气温的降低，不会由内能自发地转化为机械能而动起来D．随着节能减排措施的不断完善，最终也不会使汽车热机的效率达到100%解析：选BCD热力学第二定律反映的是与热现象有关的宏观过程的方向性的规律，A不属于热现象，故A错；由热力学第二定律可知B、C、D正确．10．(多选)关于空调机，下列说法正确的是()A．制冷空调机工作时，热量从低温物体传到高温物体B．制暖空调机工作时，热量从高温物体传到低温物体C．冷暖空调机工作时，热量既可以从低温物体传到高温物体，也可以从高温物体传到低温物体D．冷暖空调机工作时，热量只能从低温物体传到高温物体解析：选AC制暖空调机工作时热量既可以从高温物体传到低温物体，也可以从低温物体传到高温物体，而制冷空调机只可以把热量从低温物体传到高温物体；冷暖空调机工作时，热量既可以从高温物体传到低温物体，也可以从低温物体传到高温物体，故选项A、C正确，选项B、D错误．「能力提升练」1．(多选)下列说法中正确的是()A．第一类永动机不可能制成是因为违反了能量守恒定律B．第二类永动机不违背能量守恒定律，随着科技的进步，第二类永动机可以制造出来C．由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能D．分子间引力和斥力同时存在，都随距离增大而减小，但斥力变化更快解析：选AD第一类永动机是不可能制成的，因为它违背了能量守恒定律，故A正确；第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，内能与机械能之间的转化具有方向性才是第二类永动机不可能制成的原因，故B错误；由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递也不一定会改变内能，故C错误；根据分子力与分子之间距离的关系可知，分子间引力和斥力同时存在，都随距离增大而减小，但斥力变化更快，故D正确．2．(多选)关于热力学第一定律、晶体和非晶体及分子势能，以下说法正确的是()A．气体对外做功，其内能可能增加B．烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明蜂蜡是晶体C．分子势能可能随分子间距离的增加而增加D．热量不可能从低温物体传到高温物体解析：选AC根据热力学第一定律可知，做功和热传递都可以改变物体的内能，气体对外做功，若同时吸收一定的热量，其内能可能增加，故A正确；烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明云母是晶体，故B错误；分子势能随分子之间距离的变化比较复杂，当分子力表现为引力时，距离增大时，分子力做负功，故分子势能增大，故C正确；根据热力学第二定律可知，在一定的条件下热量可能从低温物体传到高温物体，如空调机，故D错误．3．(多选)根据热力学第二定律，可知下列说法中正确的是()A．热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体B．热量能够从高温物体传到低温物体，也可能从低温物体传到高温物体C．机械能可以全部转化为热能，但热能不可能全部转化为机械能D．机械能可以全部转化为热能，热能也可能全部转化为机械能解析：选BD由热力学第二定律克劳修斯表述知，热量可以自发地从高温物体传给低温物体，当外界对系统做功时，也可以使系统从低温物体吸取热量传到高温物体，冰箱就是这样的装置，故A错误，B正确；机械能可以全部转化为内能，如在水平地面上运动的物体，克服摩擦阻力做功，最终静止，这个过程中机械能全部转化为内能，当外界条件发生变化时，内能也可以全部转化为机械能，如在等温膨胀过程中，系统吸收的热量全部转化为对外界做的功，故C错误，D正确．4.如图所示，汽缸内盛有一定量的理想气体，汽缸壁是导热的，汽缸外环境保持恒温，活塞与汽缸壁的接触面是光滑的，但不漏气．现将活塞与杆连接，使其缓慢地向右移动，这样气体将等温膨胀并对外做功．若已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法正确的是()A．气体是从单一热库吸热，全部用来对外做功，因此此过程违反了热力学第二定律B．气体是从单一热库吸热，但并未全部用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律C．气体是从单一热库吸热，全部用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律D．以上三种说法都不对解析：选C此过程虽然是气体从单一热库吸热，全部用来对外做功，但引起了其他变化，所以此过程不违反热力学第二定律．5．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．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．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，不违反热力学第二定律．答案：不违反热水温度降低，冷水温度升高一部分内能转化为电能6．汽油机等内燃机中，燃料燃烧释放的能量并不会全部用来做有用功，试在图中的括号①②内填出能量流失的形式．①____________________________________________________________；②_____________________________________________________________.已知某台汽油机的效率是20%，如果这台汽油机用来做有用功的能量是9×104J，则这段时间里汽油机消耗了________g的汽油(假设汽油的热值为4.5×107J·kg－1)．解析：根据内燃机燃料燃烧能量走向示意图分析可知，能量流失的形式：①克服机械间的摩擦损失了一部分能量；②排放的废气带走大部分能量．机械效率等于有用功与总功的比值，总功W总＝eq\f(W有用,η)＝eq\f(9×104J,20%)＝4.5×105J；根据能量守恒定律可知，W总＝Q放＝qm，消耗的汽油m＝eq\f(Q放,q)＝eq\f(4.5×105J,4.5×107J·kg－1)＝0.01kg＝10g.答案：①克服机械间的摩擦损失了一部分能量②排放的废气带走大部分能量10第十章第5、6节热力学第二定律的微观解释能源和可持续发展「基础达标练」1．下列说法，正确的是()A．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B．一切自然过程总是沿着分子热运动的有序性增大的方向进行C．在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵一定不会增大D．在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵可能减小解析：选A根据熵增加原理，不可逆过程总是朝着熵增大的方向进行，故A选项正确．2．(多选)习总书记反复强调“绿水青山就是金山银山”，请问下述做法能改善空气质量的是()A．以煤等燃料作为主要生活燃料B．利用太阳能、风能和氢能等能源替代化石能源C．鼓励私人购买和使用普通汽车D．用纯电动车汽车代替燃油公交车解析：选BD以煤作为主要生活燃料会产生大量污染物，如：CO、CO2、SO2等有害气体，污染大气，温室效应、导致酸雨等环境问题，故A错误；利用太阳能、风能等替代化石能源可以减少有害气体的排放，解决能源问题的最佳方法是开发新能源(如风能、地热能、氢能、水能、核能、生物质能等)，故B正确；汽车尾气中含有氮氧化物和硫氧化物，会严重污染大气，汽车越多，则污染越严重，故C错误；使用电动车不会产生污染，故使用电动车代替燃油公交车能改善空气质量，故D正确．3．(多选)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：选AC一切自然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．4．下列关于熵的有关说法错误的是()A．熵是系统内分子运动无序性的量度B．在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小C．热力学第二定律也叫做熵减小原理D．熵值越大，代表系统内分子运动越无序解析：选C熵是系统内分子运动无序性的量度，在一个孤立的系统，熵越大，系统的无序度越大，故A正确；根据热力学第二定律，在自然过程中熵是不会减小的，故B正确；热力学第二定律也叫熵增加原理，故C错误；在一个孤立的系统，熵越大，系统的无序度越大，故D正确．5．PM2.5主要来自化石燃料、生物质、垃圾的焚烧，为了控制污染，要求我们节约及高效利用能源．关于能源和能量，下列说法中正确的是()A．自然界中的石油、煤炭等能源可供人类永久使用B．人类应多开发与利用太阳能、风能等新能源C．能量被使用后就消灭了，所以要节约能源D．能量耗散说明自然界的能量在不断减少解析：选B煤、石油虽然是当今人类利用的主要能源，但不能短期内从自然界得到补充，是不可再生能源，选项A错误；太阳能和风能，包括水能等都是可再生能源且为清洁能源，应该尽量多开发与利用，选项B正确；能量虽然守恒，但有些能量使用以后不可能再被利用，所以要节约能源，但能量是不会减少的，也不会被消灭掉，只是形式发生转变，选项C、D错误．6．关于能量的转化下列说法中正确的是()A．满足能量守恒定律的物理过程都能自发地进行B．不但能量的总量保持不变，而且能量的可利用性在逐步提高C．空调机既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性D．热量不可能由低温物体传给高温物体而不发生其他变化解析：选D满足能量守恒定律的物理过程不一定能自发进行，还要遵守热力学第二定律，故A错误；自然界一切发生的能量转化过程都具有单向特性，遵守能量守恒定律，但能量的利用率将下降，即能量的品质在退化，故B错误；空调机既能制热又能制冷是由于消耗电能，不能说明热传递不存在方向性，故C错误；根据热力学第二定律，热量不可能由低温物体传给高温物体而不发生其他变化，故D正确．7．关于“节约能源”，下列说法中正确的是()A．由于自然界的能量的总和是守恒的，所以要节约能源是毫无意义的B．浪费能源只是浪费个人金钱，对整个社会和自然界是无关紧要的，因为能量是守恒的C．从能量转化的角度看，自然界中宏观过程是有方向性的，能源的利用这种方向性的制约，所以“节约能源”对人类社会发展有很大影响D．上述说法都是错误的解析：选C能量是守恒的，但人类能应用的能源是有限的，若能源减少，个人钱再多也无法买到能源，故A、B错误；由于自然界中宏观过程的方向性，故人类能利用的能源非常有限，节约能源不仅能使我们长久利用，并且可以减小由于常规能源在使用中带来的污染等，故“节约能源”对人类社会发展有很大的影响，故C正确，D错误．8．(多选)(2018·莱芜高二检测)下列说法正确的是()A．如果大量分子的集合从A分布进入B分布的概率大于从B分布进入A分布的概率，则B分布更无序B．如果大量分子的集合从A分布进入B分布的概率大于从B分布进入A分布的概率，则A分布更无序C．大量分子的集合能自发地从A分布进入B分布，则该过程是可逆的D．大量分子的集合能自发地从A分布进入B分布，则该过程是不可逆的解析：选AD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．如果大量分子的集合从A分布进入B分布的概率大于从B分布进入A分布的概率，则说明B分布更无序一些，A正确，B错误；大量分子的集合自发的运动过程是不可逆的，D正确，C错误．9．(多选)倒一杯热水，然后加入适量的糖后，糖会全部溶于水中，但一段时间后又观察到杯底部有糖结晶，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：选BD溶解过程是自发的，是由有序向无序转变的过程；结晶过程不是自发的，通常是由于水温降低或水的蒸发引起，是由无序向有序的转变过程，故选项B、D正确，选项A、C错误．10．(多选)某同学决定利用身边的材料制作一个简易的太阳能热水器，容器壁的其中两个面用玻璃板替代，以利于阳光射入，其设计结构如图所示．为了更有效地利用太阳能，提高热水温度，下列措施中合理的是()A．容器容积一定时，增大太阳光入射的有效面积B．尽量使有效采光面与太阳光垂直C．将除玻璃板之外的内壁涂黑D．将除玻璃板之外的内壁涂上一层反射面解析：选ABC增大采光面且与阳光垂直，单位时间内吸收的太阳能更多，故A、B正确；若将除玻璃板之外的内壁涂上一层反射面，则不利于对阳光的吸收，应涂成黑色，因为黑色的吸热效果较好，故C正确，D错误．「能力提升练」1．若一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变，则在此过程中关于气泡中的气体，下列说法正确的是()A．气体分子间的作用力增大B．气体分子的平均速率增大C．气体分子的平均动能减小D．气体组成的系统的熵增加解析：选D气体分子之间的距离很远，分子间的作用力可以认为为零，A项错误；由于温度是分子热运动的平均动能的标志，温度不变，气体分子热运动的平均动能就不变，气体分子热运动的平均速率就不变，B、C项错误；自发的自然过程中，熵值是增加的，D项正确．2．(多选)2017年5月，我国首次海域“可燃冰”试采成功．可燃冰是一种藏在深海海底的新型能源，1m3可燃冰可转化为164m3的天然气和0.8m3的水，下列关于可燃冰说法正确的是()A．“可燃冰”是不可再生能源B．“可燃冰”属于可再生能源C．1m3可燃冰比0.8m3的水质量小D．相同体积的可燃冰和天然气完全燃烧后，可燃冰释放的热量多解析：选AD可燃冰是一次能源，还属于不可再生能源，故A正确，B错误；可燃冰的密度大于冰的密度，且1m3可燃冰的体积大于0.8m3水的体积，由m＝pV可知，可燃冰的质量较大，故C错误；“可燃冰”的热值大于天然气的热值，相同体积的条件下，由Q＝qV可知，完全燃烧时可燃冰放出的热量多，故D正确．3．目前，共享单车作为绿色出行的交通工具，成为时尚．甲、乙两种共享单车都采用了电子锁，车锁内集成了GPS模块与联网模块等，这些模块工作时需要电能．这两种共享单车采用了不同的方式获取电能；甲车靠小型发电机——踩动单车时，线圈在磁场中转动，产生电能，如图1所示；乙车靠车筐底部的太阳能电池板——有光照时，产生电能，如图2所示．这两种共享单车获取电能时，都是把其他形式的能转化为电能．关于它们的能量转化，下列说法中正确的是()A．都是把机械能转化为电能B．都是把光能转化为电能C．甲车把机械能转化为电能，乙车把光能转化为电能D．甲车把光能转化为电能，乙车把机械能转化为电能解析：选C甲车靠小型发电机——踩动单车时，线圈在磁场中转动，产生电能，故是将机械能转化为电能；乙车靠车筐底部的太阳能电池板——有光照时，产生电能，故是光能转化为电能；故A、B、D错误，C正确．4．柴油机使柴油燃料在它的汽缸中燃烧，产生高温高压的气体，燃料的化学能转化为气体的内能，高温高压的气体推动活塞做功，气体的内能又转化为柴油机的机械能．燃烧相同的燃料，输出的机械能越多，表明柴油机越节能．是否节能是衡量机器性能好坏的重要指标．有经验的柴油机维修师傅，不用任何仪器，只要将手伸到柴油机排气管附近，去感觉一下尾气的温度，就能够判断出这台柴油机是否节能，真是“行家伸伸手，就知有没有”，关于尾气的温度跟柴油机是否节能之间的关系，你认为正确的是()A．尾气的温度越高，柴油机越节能B．尾气的温度越低，柴油机越节能C．尾气的温度高低与柴油机是否节能无关D．以上说法均不正确解析：选B气体的内能不可能完全转化为柴油机的机械能，柴油机使柴油燃料在它的汽缸中燃烧，产生高温高压的气体，是一个高温热库；而柴油机排气管排出的尾气是一个低温热库．根据能量守恒，这两个热库之间的能量差就是转换的机械能，燃烧相同的燃料，要想输出的机械能越多，尾气的温度就要越低，故B正确．5.质量一定的某种物质，在压强不变的条件下，由液体Ⅰ到气态Ⅲ(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成不变．(1)以下说法正确的是________．A．在区间Ⅱ，物质的内能不变B．在区间Ⅲ，分子间的势能不变C．从区间Ⅰ到区间Ⅲ，物质的熵增加D．在区间Ⅰ，物质分子热运动的平均动能随着时间的增加而增大(2)在区间Ⅲ，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．解析：(1)区间Ⅱ是汽化过程，要吸收热量，内能增加，A错误；区间Ⅲ看成理想气体，无分子势能，B正确；从区间Ⅰ到区间Ⅲ是不可逆过程，分子无序性增加，熵增加，C正确；在区间Ⅰ，随时间增加，物质温度升高，分子热运动的平均动能增大，D正确．(2)根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，理想气体的状态方程eq\f(pV,T)＝C可知，在吸收相同的热量Q时，压强不变的条件下，V增加，W<0，ΔU1＝Q－|W|；体积不变的条件下，W＝0，ΔU2＝Q；所以ΔU1<ΔU2，体积不变的条件下温度升高变快．答案：(1)BCD(2)变快理由见解析6．瀑布从20m高处以103m3/s的流量竖直落下，流进底部的水轮机后再以2m/s的速度流出，水轮机再带动发电机发电．如果水的机械能转化为电能的效率是80%，那么发电机发出的电功率有多大？(瀑布在山顶的速度可忽略不计，g取10m/s2)解析：设t时间内流下的水的质量为m，以m为研究对象，竖直下落后减少的机械能为mgh－eq\f(1,2)mv2转化为电能的功率为P＝eq\f(E,t)＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(mgh－\f(1,2)mv2))×0.8,t)＝eq\f(m,t)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(gh－\f(v2,2)))×0.8＝103×103×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(10×20－\f(1,2)×22))×0.8W≈1.58×108W＝1.58×105kW.答案：1.58×105kW第十章章末高考真题链接1．(多选)(2018·全国卷Ⅱ)对于实际的气体，下列说法正确的是()A．气体的内能包括气体分子的重力势能B．气体的内能包括气体分子之间相互作用的势能C．气体的内能包括气体整体运动的动能D．气体的体积变化时，其内能可能不变E．气体的内能包括气体分子热运动的动能解析：选BDE实际气体的内能包括分子之间相互作用的势能和分子热运动的动能，与整体的重力势能和动能均无关．改变气体内能的方式有做功和热传递．2．(多选)(2018·全国卷Ⅰ)如图，一定质量的理想气体从状态a开始，经历过程①、②、③、④到达状态e.对此气体，下列说法正确的是()A．过程①中气体的压强逐渐减小B．过程②中气体对外界做正功C．过程④中气体从外界吸收了热量D．状态c、d的内能相等E．状态d的压强比状态b的压强小解析：选BDE过程①为等容变化，根据查理定律有eq\f(pa,Ta)＝eq\f(pb,Vb)，因为温度逐渐增加，则气体的压强逐渐增加，故选项A错误；过程②气体体积增加，则气体对外界做正功，故选项B正确；过程④中为体积不变，则气体对外界不做功，外界对气体也不做功，即W＝0，理想气体的温度降低，则内能减少，即ΔU<0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知Q<0，则气体向外界放出了热量，故选项C错误；状态c、d的温度相等，则分子平均动能相等，理想气体没有分子势能，则内能相等，故选项D正确；连接Ob、Od，根据eq\f(pV,T)＝C得eq\f(T,V)＝eq\f(p,C)，Ob斜率大于Od斜率，则状态d的压强比状态b的压强小，故选项E正确．3．(多选)(2018·全国卷Ⅲ)如图，一定量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如p­V图中从a到b的直线所示．在此过程中()A．气体温度一直降低B．气体内能一直增加C．气体一直对外做功D．气体一直从外界吸热E．气体吸收的热量一直全部用于对外做功解析：选BCD一定质量的理想气体从a到b的过程，由理想气体状态方程eq\f(paVa,Ta)＝eq\f(pbVb,Tb)可知，Tb>Ta，即气体的温度一直升高，选项A错误；根据理想气体的内能只与温度有关，可知气体的内能一直增加，选项B正确；由于从a到b的过程中气体的体积增大，所以气体一直对外做功，选项C正确；根据热力学第一定律，从a到b的过程中，气体一直从外界吸热，选项D正确；气体吸收的热量一部分增加内能，一部分对外做功，选项E错误．4．(多选)(2017·全国卷Ⅱ)如图，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空．现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸．待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积．假设整个系统不漏气．下列说法正确的是()A．气体自发扩散前后内能相同B．气体在被压