3.4热力学第二定律（知识解读）-2024-2025学年高中物理同步知识点解读与专题训练（人教版2019选择性必修第三册）

3.4热力学第二定律（知识解读）（原卷版） •知识点1 热力学第二定律 •知识点2 能源是有限的 •作业 巩固训练 知识点1 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。 2、热力学第二定律的克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体，阐述的是传热的方向性。 3、热力学第二定律的开尔文表述 （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热机用于做功的热量一定小于它从高温热库吸收的热量，即W<Q。 (2)热力学第二定律的开尔文表述：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。 ①单一热库：指温度均匀并且恒定不变的系统，若一系统各部分温度不相同或者温度不稳定，则构成机器的工作物质可以在不同温度的两部分之间工作，从而可以对外做功。 ②其他影响：指除了从单一热库吸收的热量，以及所做的功以外的其他一切影响；或者除了从低温物体吸收热量、高温物体得到相同的热量外，其他一切影响和变化，不是不能从单一热库吸收热量而对外做功，而是这样做的结果，一定伴随着其他变化或影响。 4、热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是等价的。 5、热力学第二定律的实质：热力学第二定律的每一种描述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。 【典例1-1】根据热力学第二定律，下列说法正确的是（　　） A．热量可以从低温物体传到高温物体 B．对能源的过度消耗不会形成“能源危机” C．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化为机械能 D．一切与热现象有关的宏观自然过程都是可逆的 【典例1-2】（多选）关于热力学第二定律，下列说法正确的是（　　） A．功转变为热的实际宏观过程是不可逆的 B．一切不违背能量守恒定律的物理过程都是可以实现的 C．由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行 D．一切物理过程都不可能自发地进行 【典例1-3】热力学第二定律的两种表述 (1)克劳修斯表述：热量不能 从低温物体传到高温物体。 (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 ，或表述为“ 永动机是不可能制成的”。 【变式1-1】在热学中，下列说法正确的是（　　） A．第一类永动机不可制成是由于它违背了能量守恒定律 B．第二类永动机不可制成是由于它违背了能量守恒定律 C．热力学第二定律告诉我们机械能可以转化为内能而内能不能转化为机械能 D．热量只能从高温物体传向低温物体，而不能从低温物体传向高温物体 【变式1-2】（多选）下列现象能够发生，并且不违背热力学第二定律的是（　　） A．一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热 B．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化为机械能 C．桶中浑浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离 D．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量 【变式1-3】如下图所示，老师做了一个实验。转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有形状记忆合金制成的叶片，轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动。离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动。小明说，老师的这个装置就是一个“第二类永动机”，它能从单一的热源——热水中吸收热量并全部用于做功，使它不断地发生转动。对此，你的意见如何？ 知识点2 能源是有限的 1、能量耗散：有序度较高(集中度较高)的能量转化为内能，流散到环境中无法重新收集起来加以利用的现象。 2、各种形式的能量向内能的转化，是无序程度较小的状态向无序程度较大的状态的转化，是能够自动发生、全额发生的。 3、能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的自发变化过程具有方向性。 4、能量耗散虽然不会导致能量总量的减少，却会导致能量品质的降低，它实际上是将能量从高度有用的高品质形式降级为不大可用的低品质形式。 说明：虽然能量总量不会减少，但能源会逐步减少，因此能源是有限的资源。 【典例2-1】热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象。所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把流散的能量重新收集并加以利用。下列关于能量耗散的说法正确的是（） 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 D．能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程不具有方向性 【典例2-2】（多选）关于能源，下列说法正确的是（　　） A．平顶山煤炭资源是无限的 B．能量是守恒的 C．能源的利用是没有代价的 D．河南风能资源丰富，风能是可再生能源 【典例2-3】能源与环境 （1）人们把煤、石油、天然气等化石能源叫作 能源，人类消耗的能源主要是 能源。 （2）环境问题：化石能源的大量消耗带来的环境问题有 等。 【变式2-1】热现象过程中不可避免地要出现能量耗散现象．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．待科技发展达到一定程度，可消除能量耗散现象，制造出第二类永动机 【变式2-2】（多选）关于能及其转化，下列说法中正确的是（　　） A．摩擦生热的过程是自发不可逆过程 B．每种形式的能都对应于某种形式的运动，各种形式的能是可以相互转化的 C．根据能的转化和守恒定律，可断定永动机是永远不可能被造出来的 D．随着人类对能源的不断开发和使用，地球上的总能量越来越少，造成了能源危机。 【变式2-3】图示是锅炉工作时的外景，从节约能源和环境保护角度来看，分析存在的主要问题是什么？ 一、单选题 1．下列说法不正确的是（　　） A．“用油膜法测分子直径”实验体现了用宏观量的测量代替微观量的间接测量方法 B．若已知铜的摩尔质量，铜的密度，阿伏加德罗常数，则可求得铜原子的直径 C．某气体的摩尔体积为，每个分子的体积为，则阿伏加德罗常数可表示为 D．熵是系统内分子运动无序性的量度，一个孤立的系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展 2．下列关于热现象的说法正确的是（　　） A．一定质量的理想气体温度发生变化，内能不一定改变 B．物体吸收热量其内能一定增加 C．热量不能从低温物体传到高温物体 D．一定质量的理想气体，如果压强不变，体积增大，那么它一定从外界吸热 3．如图所示是“风光互补LED太阳能路灯”，太阳能路灯同时利用光能和风能实现照明，它的上端是风力发电，中间是太阳能电池板，下部是照明灯，最下端是蓄电池。下列说法正确的是（　　） A．夜晚蓄电池放电，将电能转化为化学能 B．风力发电，将机械能转化为电能 C．太阳能电池板将太阳能转化为光能 D．太阳能、风能属于不可再生能源 4．某个冬天的早晨，小红打开家里的制暖空调，为使制暖效果更佳，她关闭门窗，一段时间后房间内升高至25℃并保持恒温。房间内的气体可视为质量不变的理想气体，若将一杯装有花粉的10℃水置于该房间内，则下列说法正确的是（    ） A．制暖空调机工作时，热量从低温物体传递给高温物体 B．制暖空调机开始工作后，房间内气体的内能始终保持不变 C．待空调稳定后，花粉的运动激烈程度会减弱 D．花粉颗粒在水中做布朗运动，反映了花粉分子在不停地做无规则运动 5．2024年4月30日，神舟十七号航天员汤洪波、唐胜杰、江新林圆满完成了出舱活动期间的全部既定任务。已知飞船在航天员出舱前要“减压”，在航天员从太空返回进入飞船时要“升压”，因此将此设施专门做成了飞船的一个舱，叫“气闸舱”。气闸舱的原理如图所示。座舱A与气闸舱B间装有阀门K，A中充满空气，B内为真空。航天员由太空返回到B时，将B封闭，打开阀门K，A中的气体进入B中，最终达到平衡。假设此过程中系统保持温度不变，舱内气体可视为理想气体，不考虑航天员的影响，则此过程中（　　）    A．气体膨胀做功，内能减小 B．气体向外界放出热量 C．气体分子对A舱壁的压强减小 D．一段时间后，B内气体的密度可以自发地恢复到原来真空状态 6．关于下列四幅图像中物理现象的描述，说法正确的是（　　） A．图甲为“饮水小鸭”玩具，小鸭虽能不断饮水，但不违背能量守恒定律 B．图乙为空气压缩引火仪，硝化棉被点燃，是因为活塞与容器壁摩擦产生了热量 C．图丙为红墨水在清水中的扩散现象，扩散的快慢与温度无关 D．图丁为一台冰箱，给冰箱供电后，热量自发地从冰箱内部传到了外部 7．如图所示，开口向上的竖直玻璃管内用一段水银柱封闭着一定质量的理想气体。现将玻璃管保持开口竖直向上拿到室外，并停留较长一段时间，此为过程一；然后再把玻璃管缓慢转动至水平，此为过程二；接着再将玻璃管保持水平拿回室内，并停留较长一段时间，此为过程三；最后把玻璃管缓慢转动至竖直开口向上，水银柱回到初始位置，此为过程四。已知室外温度高于室内温度，室外大气压强等于室内大气压强，水银无漏出。关于此次操作，下列说法正确的是（　　） A．过程四气体从外界吸热 B．过程二气体分子密集程度减小 C．过程二气体从外界吸收热量，使之完全变成功，而没产生其他影响 D．气体经历上述四个过程回到原状态，气体对外界做的功为0 二、多选题 8．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。对其原因，下列说法不正确的是（　　） A．这违背了能量守恒定律 B．在任何条件下内能都不可能转化为机械能，机械能会转化为内能 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．机械能可全部转化为内能，而内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化 9．下列说法正确的是（    ） A．空调机既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性 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 C．对于一定质量的理想气体，温度升高内能可能减少 D．无论科技如何发展，热机的效率都不可能达到100% 10．如图是架在屋顶的太阳能热水器。已知单位时间内太阳垂直射到地面附近单位面积的能量 为 。一台热水器的聚热面积为 ，若每天相当于太阳直射热水器 ，太阳能的 20% 可转化为水的内能， 则下列说法正确的是 （　　） A．只有 的太阳能可转化为水的内能，说明能量不守恒 B．太阳能可转化为水的内能， 但水的内能不可转化为太阳能， 说明能量转化具有方向性 C．这台热水器一天内最多能利用的太阳能为 D．这台热水器一天内最多能利用的太阳能为 11．某品牌空调的部分技术参数如表格所示。当该空调正常工作时，下列说法正确的是（   ） 额定电压 220V 额定频率 50Hz 制冷功率 1100W A．该空调制冷时的电流为5A B．该空调制冷时的电流为4.4A C．该空调连续制冷1h消耗1.1度电 D．空调能够制冷，说明热量能自发地从高温物体传给低温物体 12．如图所示，两固定绝热活塞把内壁光滑的绝热汽缸分成体积相等的I、II、III三部分，左侧活塞上带有阀门K，开始时阀门K关闭，I、III内理想气体的压强相等，II内为真空。时刻打开阀门K，经过一段时间稳定后，时刻取消右侧活塞的固定状态，在时刻右侧活塞停止运动。下列说法正确的是（    ） A．阀门K打开后，气体自I向II的扩散遵循热力学第二定律 B．时刻I中气体的压强是时刻的 C．I中气体在时刻后的温度高于时刻前的温度 D．时间内III中气体的内能不变 三、解答题 13．如图所示，一个固定在水平面上的绝热容器被隔板A分成体积均为的左右两部分。面积为的绝热活塞B被锁定，隔板A的左侧为真空，右侧中一定质量的理想气体处于温度、压强的状态1。抽取隔板A，右侧中的气体就会扩散到左侧中，最终达到状态2。然后解锁活塞B，同时施加水平恒力F，仍使其保持静止，当电阻丝C加热时，活塞B能缓慢滑动（无摩擦），使气体达到温度的状态3，气体内能增加。已知大气压强，隔板厚度不计。 （1）气体从状态1到状态2是___（选填“可逆”或“不可逆”）过程，分子平均动能____（选填“增大”、“减小”或“不变”）； （2）求水平恒力F的大小； （3）求电阻丝C放出的热量Q。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 3.4热力学第二定律（知识解读）（解析版） •知识点1 热力学第二定律 •知识点2 能源是有限的 •作业 巩固训练 知识点1 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。 2、热力学第二定律的克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体，阐述的是传热的方向性。 3、热力学第二定律的开尔文表述 （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热机用于做功的热量一定小于它从高温热库吸收的热量，即W<Q。 (2)热力学第二定律的开尔文表述：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。 ①单一热库：指温度均匀并且恒定不变的系统，若一系统各部分温度不相同或者温度不稳定，则构成机器的工作物质可以在不同温度的两部分之间工作，从而可以对外做功。 ②其他影响：指除了从单一热库吸收的热量，以及所做的功以外的其他一切影响；或者除了从低温物体吸收热量、高温物体得到相同的热量外，其他一切影响和变化，不是不能从单一热库吸收热量而对外做功，而是这样做的结果，一定伴随着其他变化或影响。 4、热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是等价的。 5、热力学第二定律的实质：热力学第二定律的每一种描述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。 【典例1-1】根据热力学第二定律，下列说法正确的是（　　） A．热量可以从低温物体传到高温物体 B．对能源的过度消耗不会形成“能源危机” C．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化为机械能 D．一切与热现象有关的宏观自然过程都是可逆的 【答案】A 【详解】A．热量可以从低温物体传到高温物体，A正确； B．对能源的过度消耗，可利用的能源越来越少，会形成“能源危机”，B错误； C．蒸汽机的效率不能达到百分之百，蒸汽机只能把蒸汽的一部分内能转化为机械能，C错误； D．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，D错误； 故选A。 【典例1-2】（多选）关于热力学第二定律，下列说法正确的是（　　） A．功转变为热的实际宏观过程是不可逆的 B．一切不违背能量守恒定律的物理过程都是可以实现的 C．由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行 D．一切物理过程都不可能自发地进行 【答案】AC 【详解】ACD．热力学第二定律是反映宏观自然过程的方向性的定律，功转变为热的实际宏观过程是不可逆的，由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行，选项AC正确，选项D错误； B．由热力学第二定律可知，并不是所有符合能量守恒定律的宏观过程都能实现，选项B错误。 故选AC。 【典例1-3】热力学第二定律的两种表述 (1)克劳修斯表述：热量不能 从低温物体传到高温物体。 (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 ，或表述为“ 永动机是不可能制成的”。 【答案】(1)自发地 (2) 不产生其他影响 第二类 【详解】（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。 （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，或表述为“第二类永动机是不可能制成的”。 【变式1-1】在热学中，下列说法正确的是（　　） A．第一类永动机不可制成是由于它违背了能量守恒定律 B．第二类永动机不可制成是由于它违背了能量守恒定律 C．热力学第二定律告诉我们机械能可以转化为内能而内能不能转化为机械能 D．热量只能从高温物体传向低温物体，而不能从低温物体传向高温物体 【答案】A 【详解】A．不消耗能量而不断对外做功的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，A正确； B．从单一热库吸收热量而对外做功的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，B错误； C．热力学第二定律告诉我们机械能可以转化为内能，而内能在“一定的条件下”也能转化为机械能，C错误； D．热量能从高温物体传向低温物体，在“特定的条件下” 也能从低温物体传向高温物体，D错误。 故选A。 【变式1-2】（多选）下列现象能够发生，并且不违背热力学第二定律的是（　　） A．一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热 B．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化为机械能 C．桶中浑浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离 D．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量 【答案】CD 【详解】A．一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热，这违背了热力学第二定律，不能发生，选项A错误； B．根据热力学第二定律，蒸汽机不可能把蒸汽的内能全部转化为机械能，选项B错误； C．该选项中说的不是热现象，不违背热力学第二定律，选项C正确； D．空调机在制冷过程中消耗了电能，所以不违背热力学第二定律，则从室内吸收的热量少于向室外放出的热量，能发生，故选项D正确。 故选CD。 【变式1-3】如下图所示，老师做了一个实验。转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有形状记忆合金制成的叶片，轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动。离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动。小明说，老师的这个装置就是一个“第二类永动机”，它能从单一的热源——热水中吸收热量并全部用于做功，使它不断地发生转动。对此，你的意见如何？ 【答案】见解析 【详解】小明的说法不正确，忽略了空气也能吸收热量。该装置从热水中吸收的热量只有一部分用来做功，另一部分热量排放给低温热库，即装置周围空气，所以第二类永动机是不可能制成的。 知识点2 能源是有限的 1、能量耗散：有序度较高(集中度较高)的能量转化为内能，流散到环境中无法重新收集起来加以利用的现象。 2、各种形式的能量向内能的转化，是无序程度较小的状态向无序程度较大的状态的转化，是能够自动发生、全额发生的。 3、能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的自发变化过程具有方向性。 4、能量耗散虽然不会导致能量总量的减少，却会导致能量品质的降低，它实际上是将能量从高度有用的高品质形式降级为不大可用的低品质形式。 说明：虽然能量总量不会减少，但能源会逐步减少，因此能源是有限的资源。 【典例2-1】热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象。所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把流散的能量重新收集并加以利用。下列关于能量耗散的说法正确的是（　　） 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 D．能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程不具有方向性 【答案】C 【详解】ABC．能量耗散过程中能量还是守恒的，能量耗散符合热力学第二定律，故C正确，AB错误； D．由题意知，能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性，故D错误。 故选C。 【典例2-2】（多选）关于能源，下列说法正确的是（　　） A．平顶山煤炭资源是无限的 B．能量是守恒的 C．能源的利用是没有代价的 D．河南风能资源丰富，风能是可再生能源 【答案】BD 【详解】A．煤炭资源是有限的能源，故A错误； C．能源的利用是有代价的，故C错误； BD．能量是守恒的，风能是可再生能源，故BD正确。 故选BD。 【典例2-3】能源与环境 （1）人们把煤、石油、天然气等化石能源叫作 能源，人类消耗的能源主要是 能源。 （2）环境问题：化石能源的大量消耗带来的环境问题有 等。 【答案】 常规 常规 温室效应、酸雨、光化学烟雾 【详解】（1）[1][2]人们把煤、石油、天然气等化石能源叫作常规能源，人类消耗的能源主要是常规能源。 （2）[3]环境问题：化石能源的大量消耗带来的环境问题有温室效应、酸雨、光化学烟雾等。 【变式2-1】热现象过程中不可避免地要出现能量耗散现象．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．待科技发展达到一定程度，可消除能量耗散现象，制造出第二类永动机 【答案】C 【详解】能量耗散的过程中能量向品质低的大气内能转变过程，即能量的转化有方向性，但是总的能量是守恒的，能量不能凭空产生，也不能凭空消失，故A错误，C正确；能量耗散过程体现了宏观自然过程的方向性，符合热力学第二定律，故B错误．第二类永动机违背了热力学第二定律，不可能制成，故D错误；故选C． 【点睛】本题考查了热力学第二定律的应用，要从多个角度来了理解该定律，可以通过加强练习来加深理解． 【变式2-2】（多选）关于能及其转化，下列说法中正确的是（　　） A．摩擦生热的过程是自发不可逆过程 B．每种形式的能都对应于某种形式的运动，各种形式的能是可以相互转化的 C．根据能的转化和守恒定律，可断定永动机是永远不可能被造出来的 D．随着人类对能源的不断开发和使用，地球上的总能量越来越少，造成了能源危机。 【答案】ABC 【详解】A．自然界中与热现象有关的过程都是自发不可逆的，则摩擦生热的过程是自发不可逆过程，选项A正确； B．每种形式的能都对应于某种形式的运动，各种形式的能是可以相互转化的，选项B正确； C．根据能的转化和守恒定律，可断定永动机是永远不可能被造出来的，选项C正确； D．地球上的总能量是守恒的，但是随着人类对能源的不断开发和使用，可利用的能源越来越少，从而造成了能源危机，选项D错误。 故选ABC。 【变式2-3】图示是锅炉工作时的外景，从节约能源和环境保护角度来看，分析存在的主要问题是什么？ 【答案】见解析 【详解】由题图中的浓烟滚滚，可以发现存在的主要问题有两个：一是燃料燃烧不充分，且烟气带走大量的热量，造成能量损失；二是造成大气污染。 一、单选题 1．下列说法不正确的是（　　） A．“用油膜法测分子直径”实验体现了用宏观量的测量代替微观量的间接测量方法 B．若已知铜的摩尔质量，铜的密度，阿伏加德罗常数，则可求得铜原子的直径 C．某气体的摩尔体积为，每个分子的体积为，则阿伏加德罗常数可表示为 D．熵是系统内分子运动无序性的量度，一个孤立的系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展 【答案】C 【详解】A．“用油膜法测分子直径”实验体现了用宏观量的测量代替微观量的间接测量方法，A正确，不符合题意； B．若已知铜的摩尔质量，铜的密度，阿伏加德罗常数，则可求得铜原子的直径 B正确，不符合题意； C．若知某气体的摩尔体积为，每个分子所占据的空间体积为，则阿伏加德罗常数可表示为 C错误，符合题意； D．熵是系统内分子运动无序性的量度，根据熵增加原理，在自然过程中一个孤立的系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，D正确，不符合题意。 故选C。 2．下列关于热现象的说法正确的是（　　） A．一定质量的理想气体温度发生变化，内能不一定改变 B．物体吸收热量其内能一定增加 C．热量不能从低温物体传到高温物体 D．一定质量的理想气体，如果压强不变，体积增大，那么它一定从外界吸热 【答案】D 【详解】A．温度是气体内能的标志，一定质量的理想气体温度发生变化，内能一定改变，故A错误； B．物体从外界吸收热量，并对外做功，其内能不一定增加，故B错误； C．热量不能自发地从低温物体传到高温物体，但通过外界做功，热量能从低温物体传到高温物体，故C错误； D．压强不变体积变大则温度升高，内能变大，而体积变大气体膨胀对外做功，由 可知一定吸热，故D正确。 故选D。 3．如图所示是“风光互补LED太阳能路灯”，太阳能路灯同时利用光能和风能实现照明，它的上端是风力发电，中间是太阳能电池板，下部是照明灯，最下端是蓄电池。下列说法正确的是（　　） A．夜晚蓄电池放电，将电能转化为化学能 B．风力发电，将机械能转化为电能 C．太阳能电池板将太阳能转化为光能 D．太阳能、风能属于不可再生能源 【答案】B 【详解】A．蓄电池在夜晚放电时，将化学能转化为电能，故A错误； B．风力发电将空气的机械能转化为电能，故B正确； C．太阳能电池板把太阳能转化为电能，故C错误； D．太阳能、风能属于可再生能源，故D错误。 故选 B。 4．某个冬天的早晨，小红打开家里的制暖空调，为使制暖效果更佳，她关闭门窗，一段时间后房间内升高至25℃并保持恒温。房间内的气体可视为质量不变的理想气体，若将一杯装有花粉的10℃水置于该房间内，则下列说法正确的是（    ） A．制暖空调机工作时，热量从低温物体传递给高温物体 B．制暖空调机开始工作后，房间内气体的内能始终保持不变 C．待空调稳定后，花粉的运动激烈程度会减弱 D．花粉颗粒在水中做布朗运动，反映了花粉分子在不停地做无规则运动 【答案】A 【详解】A．制暖空调机工作时，因为电机工作电流做功，热量从低温物体传到高温物体，故A正确； B．制暖空调机开始工作后，房间内气体温度升高，内能增大，故B错误； C．待空调稳定后，房间内温度升高，装花粉的水温度升高，花粉做布朗运动激烈程度会增加，故C错误； D．花粉颗粒在水中做布朗运动，反映了水分子在不停地做无规则运动，故D错误。 故选A。 5．2024年4月30日，神舟十七号航天员汤洪波、唐胜杰、江新林圆满完成了出舱活动期间的全部既定任务。已知飞船在航天员出舱前要“减压”，在航天员从太空返回进入飞船时要“升压”，因此将此设施专门做成了飞船的一个舱，叫“气闸舱”。气闸舱的原理如图所示。座舱A与气闸舱B间装有阀门K，A中充满空气，B内为真空。航天员由太空返回到B时，将B封闭，打开阀门K，A中的气体进入B中，最终达到平衡。假设此过程中系统保持温度不变，舱内气体可视为理想气体，不考虑航天员的影响，则此过程中（　　）    A．气体膨胀做功，内能减小 B．气体向外界放出热量 C．气体分子对A舱壁的压强减小 D．一段时间后，B内气体的密度可以自发地恢复到原来真空状态 【答案】C 【详解】AB．系统温度不变，则理想气体的温度不变，内能不变，气体自由扩散，没有对外做功，根据可知，整个系统与外界没有热交换，故A、B错误； C．气体温度不变，则分子热运动的剧烈程度不变，体积增大，则分子的密集程度变小，故压强减小，C正确； D．根据熵增加原理可知一切宏观热现象均具有方向性，故B中气体不可能自发地全部退回到A中，B内气体的密度也不可能自发地恢复到原来真空状态，故D错误。 故选C 。 6．关于下列四幅图像中物理现象的描述，说法正确的是（　　） A．图甲为“饮水小鸭”玩具，小鸭虽能不断饮水，但不违背能量守恒定律 B．图乙为空气压缩引火仪，硝化棉被点燃，是因为活塞与容器壁摩擦产生了热量 C．图丙为红墨水在清水中的扩散现象，扩散的快慢与温度无关 D．图丁为一台冰箱，给冰箱供电后，热量自发地从冰箱内部传到了外部 【答案】A 【详解】A．“饮水小鸭”“喝”完一口水后，直立起来，直立一会儿，又会慢慢俯下身去，再“喝”一口，如此循环往复， “饮水小鸭”头部饮水后不断蒸发，吸收周围空气的热量，才能持续工作下去，不违背能量守恒定律，故A正确； B．迅速下压活塞，活塞压缩空气做功，机械能转化为内能，使硝化棉被点燃，故B错误； C．分子的热运动与温度有关，温度越高分子运动的越剧烈，则扩散的快慢与温度有关，故C错误； D．冰箱内低温食品的热量不可能自发地传到了冰箱外高温的空气，之所以内部温度降低是因为压缩机工作的原因，同时消耗了电能，故D错误。 故选A。 7．如图所示，开口向上的竖直玻璃管内用一段水银柱封闭着一定质量的理想气体。现将玻璃管保持开口竖直向上拿到室外，并停留较长一段时间，此为过程一；然后再把玻璃管缓慢转动至水平，此为过程二；接着再将玻璃管保持水平拿回室内，并停留较长一段时间，此为过程三；最后把玻璃管缓慢转动至竖直开口向上，水银柱回到初始位置，此为过程四。已知室外温度高于室内温度，室外大气压强等于室内大气压强，水银无漏出。关于此次操作，下列说法正确的是（　　） A．过程四气体从外界吸热 B．过程二气体分子密集程度减小 C．过程二气体从外界吸收热量，使之完全变成功，而没产生其他影响 D．气体经历上述四个过程回到原状态，气体对外界做的功为0 【答案】B 【详解】A．过程四气体温度不变，压强增大，体积减小，气体内能不变，外界对气体做功，由热力学第一定律，可知气体对外放热，故A错误； B．过程二气体温度不变，压强减小，体积增大，分子密集程度减小，故B正确； C．根据热力学第二定律内容可知，过程二气体从外界吸收热量，使之完全变成功，而没产生其他影响是不可能发生的，故C错误； D．气体经历题中所述的四个过程回到原状态，气体对外界做功不为0，故D错误。 故选B。 二、多选题 8．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。对其原因，下列说法不正确的是（　　） A．这违背了能量守恒定律 B．在任何条件下内能都不可能转化为机械能，机械能会转化为内能 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．机械能可全部转化为内能，而内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化 【答案】AB 【详解】机械能和内能可以相互转化，但必须通过做功来实现，由热力学第二定律可知，内能不可能全部转化成机械能，同时不引起其他变化；该过程并不违背能量守恒定律，但是违背了热力学第二定律。故AB错误，CD正确。 此题选择不正确的，故选AB。 9．下列说法正确的是（    ） A．空调机既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性 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 C．对于一定质量的理想气体，温度升高内能可能减少 D．无论科技如何发展，热机的效率都不可能达到100% 【答案】BD 【详解】A．热传递存在方向性是说热量只能自发地从高温物体传向低温物体，空调的制冷过程是热量从温度较高的室内传到温度较低的制冷剂，再通过压缩制冷剂将热量传到室外，制热过程同理，空调机制冷和制热过程都不是自发进行的，故A错误； 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，故B正确； C．理想气体分子之间的相互作用忽略不计，所以理想气体的内能仅仅与温度有关，对于一定质量的理想气体，只要温度升高其内能就一定增大，故C错误； D．根据热力学第二定律可知，热机的效率也达不到100%，故D正确。 故选BD。 10．如图是架在屋顶的太阳能热水器。已知单位时间内太阳垂直射到地面附近单位面积的能量 为 。一台热水器的聚热面积为 ，若每天相当于太阳直射热水器 ，太阳能的 20% 可转化为水的内能， 则下列说法正确的是 （　　） A．只有 的太阳能可转化为水的内能，说明能量不守恒 B．太阳能可转化为水的内能， 但水的内能不可转化为太阳能， 说明能量转化具有方向性 C．这台热水器一天内最多能利用的太阳能为 D．这台热水器一天内最多能利用的太阳能为 【答案】BC 【详解】A．只有 的太阳能可转化为水的内能，其余能量被耗散到空气中，能量守恒，故A错误； B．太阳能可转化为水的内能， 但水的内能不可转化为太阳能， 说明能量转化具有方向性， 故B正确； CD．根据题意，这台热水器一天内最多能利用的太阳能为 故C正确，D错误。 故选BC。 11．某品牌空调的部分技术参数如表格所示。当该空调正常工作时，下列说法正确的是（   ） 额定电压 220V 额定频率 50Hz 制冷功率 1100W A．该空调制冷时的电流为5A B．该空调制冷时的电流为4.4A C．该空调连续制冷1h消耗1.1度电 D．空调能够制冷，说明热量能自发地从高温物体传给低温物体 【答案】AC 【详解】AB．空调制冷时的电流为 故A正确，B错误； C．空调制冷1h消耗的电能为 故C正确； D．空调能够制冷，是通过外界做功将热量从低温物体传给高温物体，故D错误。 故选AC。 12．如图所示，两固定绝热活塞把内壁光滑的绝热汽缸分成体积相等的I、II、III三部分，左侧活塞上带有阀门K，开始时阀门K关闭，I、III内理想气体的压强相等，II内为真空。时刻打开阀门K，经过一段时间稳定后，时刻取消右侧活塞的固定状态，在时刻右侧活塞停止运动。下列说法正确的是（    ） A．阀门K打开后，气体自I向II的扩散遵循热力学第二定律 B．时刻I中气体的压强是时刻的 C．I中气体在时刻后的温度高于时刻前的温度 D．时间内III中气体的内能不变 【答案】ABC 【详解】A．阀门K打开后，气体自I向II的真空中的扩散是不可逆的，遵循热力学第二定律，A正确； B．气体自I向II的真空中扩散时不做功，总内能不变，温度不变，体积变为原来的2倍，由理想气体状态方程 可知，时刻I中气体的压强是时刻，B正确； CD．时间内III气体通过活塞对I、II中的气体做功，III中气体的内能减小，I、II中气体的内能增加，温度升高，C正确，D错误。 故选ABC。 三、解答题 13．如图所示，一个固定在水平面上的绝热容器被隔板A分成体积均为的左右两部分。面积为的绝热活塞B被锁定，隔板A的左侧为真空，右侧中一定质量的理想气体处于温度、压强的状态1。抽取隔板A，右侧中的气体就会扩散到左侧中，最终达到状态2。然后解锁活塞B，同时施加水平恒力F，仍使其保持静止，当电阻丝C加热时，活塞B能缓慢滑动（无摩擦），使气体达到温度的状态3，气体内能增加。已知大气压强，隔板厚度不计。 （1）气体从状态1到状态2是___（选填“可逆”或“不可逆”）过程，分子平均动能____（选填“增大”、“减小”或“不变”）； （2）求水平恒力F的大小； （3）求电阻丝C放出的热量Q。 【答案】（1）气体从状态1到状态2是不可逆过程，分子平均动能不变；（2）；（3） 【详解】（1）根据热力学第二定律可知，气体从状态1到状态2是不可逆过程，由于隔板A的左侧为真空，可知气体从状态1到状态2，气体不做功，又没有发生热传递，所以气体的内能不变，气体的温度不变，分子平均动能不变。 （2）气体从状态1到状态2发生等温变化，则有 解得状态2气体的压强为 解锁活塞B，同时施加水平恒力F，仍使其保持静止，以活塞B为对象，根据受力平衡可得 解得 （3）当电阻丝C加热时，活塞B能缓慢滑动（无摩擦），使气体达到温度的状态3，可知气体做等压变化，则有 可得状态3气体的体积为 该过程气体对外做功为 根据热力学第一定律可得 解得气体吸收的热量为 可知电阻丝C放出的热量为 1 学科网（北京）股份有限公司 $$