高中物理第十章第四节热力学第二定律预习导航学案新人教选修.docx
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高中物理第十章第四节热力学第二定律预习导航学案新人教选修
第四节热力学第二定律
预习导航
情境导入
课程目标
有人提出这样一种设想,发明一种热机,用它把物体与地面摩擦所产生的热量都吸收过来并对物体做功,将内能全部转化为动能,使因摩擦停止运动的物体在地面上重新运动起来,而不引起其他变化。
这是一个非常诱人的设想,并且这种设想也不违背能量守恒定律,如果真能造出这样的热机,“能源问题”也就解决了。
同学们想一下,这样的热机能制成吗?
为什么?
1.通过自然界中热传导的方向性等实例,初步了解热力学第二定律,知道热力学第二定律的两种不同表述及实质,能运用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移以及方向性问题。
2.了解什么是第二类永动机,能用热力学第二定律解释第二类永动机不能制成的原因。
一、热传导的方向性
1.温度不同的两个物体接触时,热量会自发地从高温物体传给低温物体,但不会自发地从低温物体传给高温物体,这说明热传导的过程具有方向性。
2.无数事实告诉我们,一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。
思考
结合电冰箱的工作情况想一下,热传导的方向性是否说明“热量不能从低温物体传给高温物体”?
提示:
不能。
这是因为热量能从低温物体传向高温物体,只不过不能自发进行,需要外界帮助罢了。
二、热力学第二定律
1.定义:
在物理学中,反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律。
2.表述
(1)克劳修斯表述:
热量不能自发地从低温物体传到高温物体。
(该表述阐述的是热传递的方向性)
(2)开尔文表述:
不可能从单一热库吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响。
(该表述阐述的是机械能与内能转化的方向性)
(3)其他表述:
对任何一类宏观自然过程进行方向的说明,都可以作为热力学第二定律的表述。
例如,热力学第二定律可以表述为:
气体向真空的自由膨胀是不可逆的。
三、热机和第二类永动机
1.热机
(1)热机工作的两个阶段:
第一个阶段是燃烧燃料,把燃料中的化学能变成工作物质的内能。
第二个阶段是工作物质对外做功,把自己的内能变成机械能。
(2)热机的效率:
热机输出的机械功W与燃料燃烧产生的热量Q的比值叫作热机的效率,用公式可表述为η=
。
2.第二类永动机
(1)定义:
只从单一热库吸收热量,并使之完全变成有用功而不产生其他影响的热机。
(2)第二类永动机不可制成的原因:
违背了热力学第二定律。
思考如果随着科技的不断发展,能够使热机没有漏气,没有摩擦,也没有机体热量损失,是否能使热机的效率达到100%?
提示:
不能。
这是因为由热力学第二定律可知热机的工作物质吸收的热量不能完全用来对外做功,而不产生其他影响。
高考理综物理模拟试卷
注意事项:
1.答题前,考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚,将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。
2.选择题必须使用2B铅笔填涂;非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写,字体工整、笔迹清楚。
3.请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答,超出答题区域书写的答案无效;在草稿纸、试题卷上答题无效。
4.保持卡面清洁,不要折叠,不要弄破、弄皱,不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。
一、单项选择题
1.汽车甲和乙在同一公路上做直线运动,下图是它们运动过程中的U-t图像,二者在t1和t2时刻的速度分别为v1和v2,则在t1到t2时间内
A.t1时刻甲的加速度小于乙的加速度
B.乙运动的加速度不断增大
C.甲与乙间距离越来越大
D.乙的平均速度等于
2.在国际单位制(SI)中,力学和电学的基本单位有m(米)、kg(千克)、s(秒)、A(安培).库仑定律
中k的单位用上述基本单位可表示为()
A.kg·m3·A-2·s-1B.kg·m3·A-2·s-2
C.kg·m3·A-2·s-3D.kg·m3·A-2·s-4
3.真空中A、B、C三点构成边长为l的等边三角形,EF是其中位线,如图所示。
在E、F点分别放置电荷量均为Q的正、负点电荷。
下列说法正确的是
A.A点的电场强度大小为
B.A点的电势低于C点的电势
C.B点的场强方向沿BC方向
D.正电荷在B点的电势能大于在C点的电势能
4.如图所示,在x轴上方空间存在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场。
在原点O处有一粒子源,沿纸面各个方向不断地放出同种粒子,粒子以相同的速率v射入磁场。
粒子重力及粒子间的作用均不计。
图中的阴影部分表示粒子在磁场中能经过的区域,其边界与y轴交点为M,与x轴交点为N,已知ON=L。
下列说法正确的是
A.能经过M点的粒子必能经过N点
B.粒子的电荷量与质量之比为
C.从ON的中点离开磁场的粒子在磁场中运动的时间可能为
D.从N点离开磁场的粒子在磁场中运动的时间为
5.小明家的电热炉使用的电热丝由于年代久远已经破损,小明将一小段位于底端的破损段剪下后将完好段再次绕到电热炉上继续使用,在电源电压不变的情况下,下列说法正确的是()
A.电热炉热功率不变
B.电热炉热功率增加
C.电热炉热功率减小
D.无法确定电热炉热功率的变化
6.如图所示,半径为R的圆形区域内存在垂直于纸面向里的匀强磁场,两个相同的带正电粒子分别以速度v1、v2从A、C两点同时射入磁场,v1、v2平行且v1沿直径AOB方向.C点与直径AOB的距离为R/2,两粒子同时从磁场射出,从A点射入的粒子射出磁场时的速度方向与初速度方向间的夹角为60°.不计粒子受到的重力,则()
A.v1=
v2B.v1=
v2
C.v1=
v2D.v1=2v2
二、多项选择题
7.下列关于单摆的认识说法正确的是________
A.伽利略通过对单摆的深入研究,得到了单摆周期公式
B.将摆钟由广州移至哈尔滨,为保证摆钟的准确,需要将钟摆调长
C.在利用单摆测量重力加速度的实验中,将绳长当做摆长代入周期公式导致计算结果偏小
D.将单摆的摆角从5°改为3°,单摆的周期不变
E.摆球运动到平衡位置时,合力为零
8.下列说法中正确的是________.
A.绝对湿度大而相对湿度不一定大,相对湿度大而绝对湿度也不一定大,必须指明温度相同这一条件
B.密闭容器中某种蒸汽开始时若是饱和的,保持温度不变,增大容器的体积,蒸汽仍是饱和的
C.干湿泡湿度计的干泡所示的温度高于湿泡所示的温度
D.浸润和不浸润与分子间作用力无关
E.蜘蛛网上挂着的小露珠呈球状不属于毛细现象
9.如图所示,在粗糙水平地面上,弹簧一端固定在竖直墙壁上,另一端连着物块,弹簧处于原长时物块处于O点位置。
现用外力缓慢把物块向左压至P点不动,此时弹簧的弹性势能为Ep。
撤去外力后物块向右运动至Q(图中未有标出)点停下。
下列说法正确的是
A.外力所做的功等于EP
B.物块到达PQ中点时速度最大
C.Q点可能在O点的左侧
D.从P到Q的过程摩擦产生的热量一定小于EP
10.如图所示,一根轻质弹簧一端固定于光滑竖直杆上,另一端与质量为m的滑块P连接,P穿在杆上,一根轻绳跨过定滑轮将滑块P和重物Q连接起来,重物Q的质量M=6m.把滑块P从图中A点由静止释放后沿竖直杆上下运动,当它经过A、B两点时弹簧弹力大小相等.已知OA与水平面的夹角
=53°,OB长为L,与AB垂直,不计滑轮质量和摩擦力,重力加速度为g,sin53°=0.8,cos53°=0.6.则滑块P从A到B的过程中,下列说法正确的是
A.P与Q的机械能之和先増加后减小
B.轻绳对滑块P做功为
C.对于滑块Q,其重力功率先增大后减小
D.滑块P运动到位置B处速度大小为
三、实验题
11.在探究“加速度与力和质量的关系”实验时,某老师对传统实验进行了改进,其实验操作如图1所示:
①如图1所示,先将沙和沙桶通过滑轮悬挂于小车一端,调节平板的倾角θ,使小车沿斜面向下做匀速直线运动,测出沙和沙桶的总质量m;
②保持平板倾角θ不变,去掉沙和沙桶,小车即在平板上沿斜面向下做匀加速直线运动,通过纸带测量其加速度a;
③保持小车质量M不变,多次改变沙和沙桶的总质量m,每次重复①②两步操作,得到小车加速度与合力的关系;
④多次改变小车的质量,进行适当的操作,得到小车加速度和质量的关系。
(1)在上述实验操作过程中,以下说法正确的是__________。
A.可以用6V以下的直流电源给打点计时器供电
B.应在小车开始运动后再接通打点计时器的电源
C.要保持细绳与平板平行
D.应让小车从远离定滑轮处开始运动
(2)在操作②中,小车所受的合力大小__________mg(填“大于”或“等于”或“小于”),实验中__________(填“需要”或“不需要”)满足沙和沙桶的总质量远小于小车质量。
(3)实验中,某同学在坐标纸上画出四张a﹣
关系图线(见图2)。
其中__________图是正确。
(4)在操作④中,每次改变小车质量后,__________(选填“需要”或“不需要”)重新调节平板的倾角。
12.测量电阻丝的电阻率,电阻丝的电阻约为20Ω。
先把电阻丝拉直后将其两端固定在刻度尺两端的接线柱a和b上,在电阻丝上夹上一个与接线柱c相连的小金属夹,沿电阻丝移动金属夹,可改变其与电阻丝接触点P的位置,从而改变接入电路中电阻丝的长度。
除电池组E(电动势为3.0V,内阻约1Ω)、电阻箱R(0~999.9)、开关、导线若干,可供选择的器材还有:
电流表A1(量程0~100mA,内阻约5);
电流表A2(量程0~0.6A,内阻约0.2Ω)。
①实验操作步骤如下:
A.用螺旋测微器在电阻丝上三个不同的位置分别测量电阻丝的直径;
B.根据所提供的实验器材,设计并连接好如图甲所示的实验电路;
C.调节电阻箱使其接入电路中的电阻值较大,闭合开关;
D.将金属夹夹在电阻丝上某位置,调整电阻箱接入电路中的电阻值,使电流表满偏,记录电阻箱的电阻值R和接入电路的电阻丝长度L;
E.断开开关,改变________________的位置,调整电阻箱接入电路中的阻值,使电流表再次满偏。
重复多次,记录每一次的R和L数据。
F.断开开关。
②如图乙,用螺旋测微器测量电阻丝直径为d=_______mm;
③电流表应选择________(选填“A1”或“A2”);
④用记录的多组R和L的数据,绘出了如图丙所示图线,截距分别为R0和L0,再结合测出的电阻丝直径d,写出电阻丝的电阻率表达式=_________(用给定的字母表示)。
⑤电流表存在一定内阻,这对该实验的测量结果_____影响(选填“有”、“无”)
四、解答题
13.图中竖直圆筒是固定不动的,粗筒横截面积是细筒的4倍,细筒足够长.在粗筒中用轻质活塞密闭了一定质量的理想气体,活塞与筒壁间的摩擦不计。
在6℃时,活塞上方的水银深H=10cm,水银上表面与粗筒上端的距离y=5cm,气柱长L=15cm。
不计活塞的质量和厚度,已知大气压强P0=75cmHg,现对气体缓慢加热。
(1)当水银上表面与粗筒上端相平时,求气体的温度T2
(2)当水银的一半被推入细筒中时,求气体的温度T3(结果保留3位有效数字)
14.图(a)为玩具弹弓,轻质橡皮筋连接在把手上A、B两点,一手握住把手不动,使AB连线水平,C为自由伸长时橡皮筋中点轻弹夹的位置,如图(b).AO=OB=6cm,另一手捏着装有质量为10g弹珠的弹夹,从C点由静止竖直向下缓慢移动到D点,放手后弹珠竖直向上射出,刚好上升到离D点2.015米高的楼顶处。
测得∠ACB=44°,∠ADB=23°,取tan22°=0.4,tan11.5°=0.2,g=10m/s2,不计空气阻力。
求:
(l)从C到D的过程中,弹珠重力所做的功及手所做的功;
(2)若还将橡皮筋拉到相同长度,仅改变发射方向,弹珠向斜上方运动到高出释放点8m处的速率。
【参考答案】
一、单项选择题
题号
1
2
3
4
5
6
答案
A
D
D
C
B
B
二、多项选择题
7.BCD
8.ACE
9.BC
10.ACD
三、实验题
11.C等于不需要A需要
12.金属夹与电阻丝接触点0.728~0.732A1
无
四、解答题
13.
(1)372K
(2)547K
14.
(1)
;2J
(2)15.5m/s
高考理综物理模拟试卷
注意事项:
1.答题前,考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚,将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。
2.选择题必须使用2B铅笔填涂;非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写,字体工整、笔迹清楚。
3.请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答,超出答题区域书写的答案无效;在草稿纸、试题卷上答题无效。
4.保持卡面清洁,不要折叠,不要弄破、弄皱,不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。
一、单项选择题
1.下列说法正确的是
A.频率越低的光,粒子性越显著
B.无论光强多强,只要入射光的频率小于金属的截止频率,就不能发生光电效应
C.氢原子吸收光子后,电子运动的轨道半径变大,动能也变大
D.发生β衰变时,新核的核电荷数不变
2.如图所示,在匀强电场中,场强方向与△abc所在平面平行,ac⊥bc,∠abc=60°,
=0.2m。
一个电荷量q=1×10-5C的正电荷从a移到b,电场力做功为零;同样的电荷从a移到c,电场力做功为1×10-3J。
则该匀强电场的场强大小和方向分别为()
A.500V/m、沿ab由a指向b
B.500V/m、垂直ab向上
C.1000V/m、垂直ab向上
D.1000V/m、沿ac由a指向c
3.采用图甲所示的装置研究光电效应现象,电流表和电压表的零刻度均在表盘的正中间.分别用横截面积相同的单色光
照射光电管的阴极K,得到光电管两端的电压与相应的光电流的关系如图乙所示.下列说法正确的是
A.
光的强度比c光的大
B.
光的光子能量比
光的小
C.
光照射时光电子的最大初动能比
光照射时的大
D.测量遏止电压时开关S应扳向1
4.如图所示,竖直平面内有一固定光滑的绝缘轨道ABCD,其中倾角θ=37°的斜面AB与半径为R的圆弧轨道平滑相切于B点,CD为竖直直径,O为圆心,质量为m的带负电小球(可视为质点)从斜面上的A点由静止释放,A、B两点高度差为h,重力加速度为g,sin37°=0.6,cos37°=0.8。
则下列判断正确的是
A.若在O点放个正点电荷,小球通过D点的速度一定大于
B.若在O点放个正点电荷,小球从C点沿圆弧轨道到D点过程机械能不守恒
C.调整高度差h,小球从D点离开圆弧轨道后有可能直接落在B点
D.当h=2.5R时,小球会从D点以
的速度飞出,做平抛运动
5.如图,m=10kg的物体在水平面上向左运动,物体与水平面间的动摩擦因数为0.2,与此同时物体受到一个水平向右的推力F=20N的作用,则物体产生的加速度是(g取10m/s2)
A.0
B.4m/s2,水平向左
C.2m/s2,水平向左
D.4m/s2,水平向右
6.如图所示,某双星系统的两星
和
各自绕其连线上的
点做匀速圆周运动,已知
星和
星的质量分别为
和
,相距为
.下列说法正确的是()
A.
星的轨道半径为
B.
星和
星的线速度之比为
C.若在
点放一个质点,它受到的合力一定为零
D.若
星所受
星的引力可等效为位于
点处质量为
的星体对它的引力,则
二、多项选择题
7.下列说法中正确的是___________
A.叶面上的小露珠呈球形是由于液体表面张力的作用
B.当两分子间距离大于平衡位置的间距r0时,分子间的距离越大,分了势能越小
C.在轮胎爆裂这一短暂过程中,气体膨胀,温度下降
D.液体的分子势能与液体的体积无关
E.一定质量的理想气体,在等压膨胀过程中,气体分子的平均动能增大
8.图甲为沿x轴传播的一列简谐横波t=0时刻的波形图,并已知波源的起振方向为y轴负方向。
坐标原点与x=4m之间第一次形成图甲所示波形,图乙为质点P的振动图象。
则下列说法中正确的是_________。
(选对一个给2分,选对两个给4分,选对三个给5分。
每选错一个扣3分,最低得分为0分)
A.该波沿x轴的正方向传播
B.该波沿x轴的负方向传播
C.此时波刚好传播到x=-2m位置
D.在t=0s到t=6s的时间内,x=-18m处的质点走过的路程为4.8m
E.在t=0s到t=6s的时间内,x=-18m处的质点走过的路程为1.6m
9.热现象无处不在,发电制造,安装维护,航空航天,科研发明,烧水做饭,取暖纳凉等日常所见无不与“热”有关。
下列与“热”有关的认识正确的是__________。
A.空调在制冷和制热的过程中都存在热传递
B.冰箱不能为房间制冷是因为违背了能量守恒
C.水的流速越大,水分子的热运动越剧烈
D.气体被压缩的过程中外界对气体做功
E.固体吸收热量内能一定增大
10.如图所示,内壁光滑的“V”形容器AOB放在水平地面上,∠AOB为锐角,贴着内壁放置一个铁球,现将容器以O点为轴在竖直平面内逆时针缓慢旋转90°,则在转动过程中
A.球对OA的压力逐渐增大
B.球对OA的压力先增大后减小
C.球对OB的压力逐渐增大
D.球对OB的压力先增大后减小
三、实验题
11.以10m/s前进的汽车,制动后经4s停止下来,则汽车的加速度大小是多少?
12.在“验证力的平行四边形定则”实验中,需要将橡皮条的一端固定在水平木板上,橡皮条的另一端系两根细绳,细绳的另一端都有绳套,用两个弹簧秤分别勾住绳套,互成角度地拉橡皮条,并记录数据。
再用一个弹簧秤拉橡皮条并记录数据。
(1)某同学认为在此过程中必须注意以下几项当中的某个选项,其中正确的是_____(填入相应的字母)
A.两根细绳长度一定相等
B.在使用弹簧秤时要注意使弹簧秤与木板平面平行
C.两绳夹角必须为90º
D.在用两个弹簧秤同时拉细绳时要注意使两个弹簧秤的读数相等
E.在用一个弹簧秤拉时将橡皮条的形变量保证与两个弹簧秤同时拉时橡皮条形变量相同即可。
(2)本实验采用的科学方法是______.
A.等效替代法B.控制变量法
C.理想实验法D.建立物理模型法
四、解答题
13.距离地面h=20m高处以20m/s的初速度水平抛出—个小球,则(空气阻力不计,g取10m/s2,
)
(1)小球在空中飞行的时间t为多少?
(2)小球落地时速度v方向与水平方向的夹角θ为多少?
(3)小球落地时的位移S的大小
14.如图所示,在光滑的水平面上,质量为4m、长为L的木板右端紧靠竖直墙壁,与墙壁不粘连。
质量为m的小滑块(可视为质点)以水平速度v0滑上木板左端,滑到木板右端时速度恰好为零。
现小滑块以水平速度v滑上木板左端,滑到木板右端时与竖直墙壁发生弹性碰撞,小滑块弹回后,刚好能够滑到木板左端而不从木板上落下,求
的值。
【参考答案】
一、单项选择题
题号
1
2
3
4
5
6
答案
B
C
B
A
B
D
二、多项选择题
7.ACE
8.BCE
9.ADE
10.AD
三、实验题
11.5m/s2
12.BA
四、解答题
13.
(1)1s
(2)450(3)44.8m
14.
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