2018-2019學年高中物理 第十章 熱力學定律 第5、6節(jié) 熱力學第二定律的微觀解釋 能源和可持續(xù)發(fā)展課后課時精練 新人教版選修3-3

第5、6節(jié) 熱力學第二定律的微觀解釋 能源和可持續(xù)發(fā)展對點訓練考點1 對有序和無序、宏觀態(tài)和微觀態(tài)的理解1(多選)下列過程中不可逆的是()A錘子打鐵，鐵發(fā)熱B傳熱的容器內盛有液體，容器放在恒溫的大水池內，不停地攪動液體，可保持溫度不變C在一絕熱容器內，不同溫度的液體混合D在一絕熱容器內，不同溫度的氦氣進行混合答案ABCD解析功變熱是不可逆過程，故A符合題意。B中過程既有功變熱，又有熱傳導，是不可逆過程，故B符合題意。C中液體擴散是不可逆過程，故C符合題意。D中具有一定溫度的熱傳導也是不可逆的，故D也符合題意。2如圖所示，氣體自由膨脹的不可逆性可以用概率來說明，a、b、c三個分子在A、B兩室的分配情況如下表：A室abcabbcaccab0B室0cababbccaabc則：(1)a分子出現(xiàn)在A室的概率為_。(2)a、b、c三分子全部回到A室的概率為_。(3)若有N個分子，則N個分子全部自動回到A室的概率為_。答案(1)(2)(3)解析a分子在自由運動后，在A室、B室的概率分別為，b分子在A室、B室的概率分別為，c分子在A室、B室的概率分別為，則a、b、c三分子都在A室的概率為××。假設有N個分子，則全部在A室的概率為?？键c2 熱力學第二定律的微觀意義3.在一定速度下發(fā)生變化的孤立系統(tǒng)，其總熵的變化情況是()A不變 B可能增大或減小C總是增大 D總是減小答案C解析一切孤立系統(tǒng)總向著總熵增大的方向發(fā)展。(1)由熵的定義可知，熵較大的宏觀狀態(tài)就是無序程度較大的宏觀狀態(tài)，也就是出現(xiàn)概率較大的宏觀狀態(tài)。在自然過程中熵總是增加的，其原因并非因為有序是不可能的，而是因為通向無序的渠道要比通向有序的渠道多得多，把事情搞得亂糟糟的方式要比把事情做得整整齊齊的方式多得多。(2)從微觀的角度看，熱力學第二定律是一個統(tǒng)計規(guī)律：一個孤立系統(tǒng)總是從熵小的狀態(tài)向熵大的狀態(tài)發(fā)展，而熵值較大代表著較為無序，所以自發(fā)的宏觀過程總是向無序程度更大的方向發(fā)展。4(多選)下列關于熵的觀點中正確的是()A熵越大，系統(tǒng)的無序程度越大B對于一個不可逆絕熱過程，其熵不會減小C氣體向真空中擴散時，熵值減小D自然過程中熵總是增加，因為通向無序的渠道要比通向有序的渠道多得多答案ABD解析熵是系統(tǒng)內分子運動無序性的量度，熵越大，其無序程度越大，A正確。不可逆絕熱過程，其宏觀態(tài)對應微觀態(tài)數(shù)目增大，其熵會增加，不會減小，B正確。氣體向真空中擴散，無序程度增大，熵值增大，C錯誤。自然過程中，無序程度較大的宏觀態(tài)出現(xiàn)概率較大，因而通向無序的渠道多，D正確。5熱力學第二定律的開爾文表述指出：內能與機械能的轉化具有方向性。請結合熵的變化加以解釋。答案見解析解析機械運動是宏觀情況下物體在空間位置上的變化，物體運動狀態(tài)的變化完全遵循牛頓運動定律所反映的因果關系，這是一種有序的運動。熱運動是大量分子的無規(guī)則運動，系統(tǒng)的一個宏觀狀態(tài)包含著大量的微觀狀態(tài)，這是一種無序的運動。機械運動向熱運動的轉化，屬于從有序向無序的轉化，會導致熵的增加，符合熱力學規(guī)律，因此機械能可以全部轉化為內能。反之，熱運動向機械運動的轉化屬于從無序向有序的轉化，即從高熵向低熵轉化，不符合熵增加原理，因此內能向機械能的轉化不能全部實現(xiàn)。6成語“覆水難收”指一盆水潑出后是不可能再回到盆中的。請結合熵的變化解釋為什么水不會自發(fā)地聚到盆中？答案見解析解析由于盆的形狀確定，水在盆中時，空間位置和所占據的空間體積一定，顯得“有序”“整齊”和“集中”，系統(tǒng)的熵低。當把水潑出后，它的形狀不再受盆的限制，各種可能的形狀都有，占據的空間體積和所處的位置都有多種可能。顯得“無序”“混亂”“分散”。系統(tǒng)的熵高。水潑出的過程屬于從有序向無序的轉化過程。導致熵的增加，符合熵增加原理。反之，水聚到盆中的過程，屬于從無序向有序的轉化。即從高熵向低熵轉化，不符合熵增加原理。因此水不能自發(fā)地聚到盆中。考點3 能源的開發(fā)和利用7.(多選)關于能源的利用，下列說法中正確的是()A由于我國煤和石油的儲量十分豐富，所以太陽能的開發(fā)在我國并不十分重要B能源的利用過程，實質上是能的轉化和傳遞的過程C現(xiàn)在人類社會使用的能源主要是煤、石油和天然氣D煤、石油和天然氣的化學能歸根到底來自太陽能答案BCD解析目前人類使用的能源主要的仍是煤、石油和天然氣。燃料燃燒時，化學能轉化為內能，內能又可轉化成機械能和電能。人類在生產和生活中需要各種形式的能，我們可以根據需要把能源的能量轉化成各種形式的能，以供利用。所以，能源的利用過程實質上是能的轉化和傳遞的過程。我國的煤和石油盡管儲量豐富，但終究有限，且利用后不能再生，終有用完的日子，所以開發(fā)和利用新能源，特別是核能和太陽能，是解決能源問題的出路。因此在這四個說法中，錯誤的是A，B、C、D正確。8關于開發(fā)能源和節(jié)約能源，你認為以下觀點錯誤的是()A能源是有限的，無節(jié)制地利用常規(guī)能源，如石油之類，是一種盲目的短期行為B根據能量守恒定律，擔心能源枯竭實在是一種杞人憂天的表現(xiàn)C能源的開發(fā)利用，必須同時考慮對環(huán)境的影響D利用核能是目前開發(fā)新能源的一種有效的途徑答案B解析能量雖然守恒，但在利用其過程中，其形式在不斷向低品質轉化，可見能源是有限的。在利用能源的同時，還應注意保持與環(huán)境的平衡，應選B。9熱現(xiàn)象過程中不可避免地出現(xiàn)能量耗散現(xiàn)象。下列關于能量耗散的說法中正確的是()A能量耗散說明能量不守恒B能量耗散不符合熱力學第二定律C能量耗散過程中能量仍守恒，只是能量的轉化有方向性D待科技發(fā)達到一定程度時可消除能量耗散現(xiàn)象，實現(xiàn)第二類永動機答案C解析能量耗散仍遵守能量守恒定律，反映了自然界宏觀過程具有方向性，無法消除，應選C。綜合訓練10質量一定的某種物質，在壓強不變的條件下，由液態(tài)到氣態(tài)(可看成理想氣體)變化過程中溫度(T)隨加熱時間(t)變化關系如圖所示。單位時間所吸收的熱量可看作不變。(1)(多選)以下說法正確的是_。A在區(qū)間，物質的內能不變B在區(qū)間，分子間的勢能不變C從區(qū)間到區(qū)間，物質的熵增加D在區(qū)間，物質分子的平均動能隨著時間的增加而增大(2)在區(qū)間，若將壓強不變的條件改為體積不變，則溫度升高_(填“變快”“變慢”或“快慢不變”)。請說明理由。答案(1)BCD(2)變快根據熱力學第一定律UQW和理想氣體的狀態(tài)方程 C可知，在吸收相同的熱量Q時，壓強不變的條件下，V增加，W<0，U1Q|W|；體積不變的條件下，W0，U2Q；所以U1<U2，體積不變的情況下溫度升高變快。解析(1)物質的內能是分子總動能與分子總勢能之和，在區(qū)間，溫度不變，分子平均動能不變，吸收的熱量用來增加分子間勢能，物質的內能增大，選項A錯誤；理想氣體分子間作用力為零，不考慮分子勢能，選項B正確；從區(qū)間到區(qū)間，分子無規(guī)則運動加劇，熵增加，選項C正確；溫度是分子平均動能的標志，選項D正確。(2)根據熱力學第一定律UQW和理想氣體的狀態(tài)方程C可知，在吸收相同的熱量Q時，壓強不變的條件下，V增加，W<0，U1Q|W|；體積不變的條件下，W0，U2Q；所以U1<U2，體積不變的情況下溫度升高變快。11能源問題是當前的熱門話題，傳統(tǒng)的能源煤和石油，一方面儲量有限，有朝一日將要被開采完畢，另一方面，使用過程中也帶來了污染，尋找新的、無污染的能源是人們努力的方向，利用潮汐發(fā)電即是一例。關于潮汐，古人說：“潮者，據朝來也；汐者，言夕至也?！比鐖D是利用潮汐發(fā)電的示意圖，左方為陸地和海灣，中間為大壩；其下有通道，水經通道可帶動發(fā)電機，漲潮時，水進入海灣，待內外水面高度相同，堵住通道(如圖甲)；潮退至最低點時放水發(fā)電(如圖乙)；待內外水面高度相同；再堵住通道，直至下次漲潮至最高點，又放水發(fā)電(如圖丙)。設海灣面積為5.0×107 m2，高潮與低潮間高度差3.0 m，則一天內水流的平均功率為_MW。(注：實際上由于各種損失，發(fā)電功率僅為水流的平均功率的10%25%，例如法國蘭斯河潮汐發(fā)電站水勢能釋放平均功率240 MW，而發(fā)電功率僅為62 MW)答案100解析潮汐發(fā)電其實就是將海水的重力勢能轉化為電能。每次漲潮時流進海灣(落潮時流出海灣)的海水的重力為MgVg1.0×103×5.0×107×3×10 N1.5×1012 N，其重心的高度變化為：h1.5 m，一天內海水兩進兩出，故水流功率為：P W1.0×108 W，即P100 MW。5