第3章 4. 热力学第二定律-【重难点手册】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册同步练习册（人教版）

第三章热力学定律 第4节 热力学第二定律 A基础过关练 测试时问：10分钟 4.下列关于热力学第二定律的说法中正确的是 1.关于能源与可持续发展，下列说法正确的是 (). () A.随着科技的进步，所有符合能量守恒定律的 A.篮球从空中落下，最后静止在地面上，说明 宏观过程都能真的发生 机械能消失了 B.一切与热现象有关的宏观自然过程都是可 B.大量使用天然气作燃料符合“低碳生活” 逆的 理念 C.机械能可以全部转化为内能，但内能无法全 C.随着科技的发展，永动机是可以制成的 部用来做功而转化成机械能且不产生其他 D.在火力发电中，燃气的内能不可能全部转变 影响 为电能 D.气体向真空的自由膨胀是可逆的 2.(2025·湖南长沙一中高二检测)日常生活中 乃综合提能练 测试时间：15分钟 使用的燃油汽车，其动力来源于发动机内部的 1.(2025·浙江金华一中高二月考)（多选）我国 汽缸，在汽缸内，通过气体燃烧将气体的内能 航天员漫步太空已成为现实.飞船在航天员出 转化为机械能.下列说法正确的是( ). 舱前先要“减压”，在航天员从太空返回进人航 A.现代汽车技术已经非常先进，能够使气体燃 天器后要“升压”，因此将此设施专门做成了飞 烧释放的热量全部转化成机械能 船的一个舱，叫“气闸舱”，其原理如图所示.两 B.气体燃烧过程符合热力学第二定律，内能无 个相通的舱A、B间装有阀门K,指令舱A中 法全部用来做功以转化成机械能 充满气体，气闸舱B内为真空，整个系统与外 C.气体燃烧释放的热量没有全部转化为机械 界没有热交换.打开阀门K后，A中的气体进 能，故该过程不符合热力学第一定律 入B中，最终达到平衡.若将此气体近似看成 D.发动机工作时，若没有漏气和摩擦，没有发 理想气体，则( 》 动机的热量损失，燃料产生的热量能够完全 转化成机械能 3.关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说 法正确的是(). A气体体积膨胀，对外做功 A.第二类永动机不可能制成是因为违反了热 B.气体分子势能诚小，内能增加 力学第一定律 C.气体体积变大，温度不变 B.第一类永动机不可能制成是因为违反了热 D.B中气体不可能自发地全部退回到A中 力学第二定律 2.(多选)关于热力学第二定律，下列说法正确的 C.由热力学第一定律可知做功不一定改变内 是(). 能，热传递也不一定改变内能，但同时做功 A.一定质量的理想气体在等温膨胀过程中吸 和热传递一定会改变内能 收的热量等于对外做的功，并不违反热力学 D.由热力学第二定律可知热量从低温物体传 第二定律 向高温物体是可能的 B.空调既能制热也能制冷，说明热量能够从低 37 重雄点手细高中物理选择性必修第三册 温物体传到高温物体 D.场馆内部单位时间内空气分子与冰面碰撞 C.热力学第二定律可表述为：不可能从单一热 次数增多 源吸收热量并把它全部用来做功 5.(2025·河北张家口一中高二月考)“二氧化碳 D.在任何自然过程中，一个孤立系统中的总熵 跨临界直冷制冰”是北京冬奥会的“中国方 不会减少 案”，下图所示国家速滑馆5000m的冰面全 3.下列宏观过程不能用热力学第二定律解释的 由它制成，冰面温差可控制在士0.5℃以内.制 是(). 冰过程可简化为图中的循环过程，其中横轴为 A.大米和小米混合后小米能自发地填充到大 温度T,纵轴为压强p.过程A→B:一定量的 米的空隙中，且经过一段时间大米、小米不 二氧化碳在压缩机的作用下变为高温高压的 会自动分开 超临界态（一种介于液态和气态之间，分子间 B.将一滴红墨水滴人一杯清水中，墨水会均匀 有强烈相互作用的特殊状态)；过程B→C:二 扩散到整杯水中，经过一段时间，墨水和清 氧化碳在冷凝器中经历一恒压过程向外放热 水不会自动分开 而变成高压液体；过程C→D:二氧化碳进入蒸 C.冬季的夜晚，放在室外的物体随气温的降 发器中蒸发，进而使与蒸发器接触的水降温而 低，内能不会自发地转化为机械能而使物体 凝固；过程D→A:二氧化碳经历一恒压过程回 动起来 D.随着节能减排措施的不断完善，最终也不会 到初始状态.下列说法正确的是( AP C 使汽车热机的效率达到100% (液态) (超临界态) 4.(2025·安徽合肥八中高二月考)国家速滑馆 (又名“冰丝带”)是北京2022年冬奥会冰上运 (气态) (气态) T 动的主场馆，为确保运动项目的顺利完成，需 要对场馆内降温.若将场馆内的空气看成理想 A.过程A→B中，每个二氧化碳分子的动能都 气体，已知降温前场馆内、外的温度均为7℃， 将增大 降温后场馆内温度为一8℃，该过程中场馆内 B.过程B→C中，二氧化碳始终遵循理想气体 气体压强不变.以下说法正确的是(). 的实验定律 A.场馆内空气分子平均动能不变 C.过程D→A中，若二氧化碳可看作理想气 B.场馆内所有空气分子的分子动能都减小 体，则该过程中二氧化碳将吸热 C.场馆内热量是由场馆内自发传递到场馆 D.整个循环过程中，热量从低温水向高温二氧 外的 化碳传递，违反热力学第二定律 38重难点手册高中物理选择性必修第三册？) 第3节能量守恒定律 环做的总功为W=一g,联立解得W=一智gH。 【基础过关练】 故A正确：棒第一次与地面碰撞后，一开始棒的速度方 1.A【解析】人类应多开发与利用风能、太阳能等新型 向变为向上，环的速度方向继续向下，二者存在相对运 能源，A正确：因为能量守恒，所以不消耗能量而对外 动，相互间存在滑动摩擦力，棒所受合力方向向下，加 做功的“永动机”是不存在的，B错误：我们要节约能源 的根本原因是可利用能源的数量在不断减少，能量的 速度大小为a=m士4m5=2g,环受重力、向上的滑动 Am 总量是不变的，C错误：虽然能量守恒，但是能量转化 摩擦力，合力方向向上，加速度大小为a如g一g=3g, 具有方向性，同时可利用能源在逐渐减少.D错误 2D【解析】子弹在射入沙箱瞬间，要克服摩擦阻力做 此时环的加速度大于棒的加速度，而环的速度与棒的 功，有一部分动能转变成沙箱和子弹的内能，然后共同 速度大小相同，所以环的减速时间小于棒的减速时间， 摆起一定高度的过程中机械能守恒，不再有机械能转 最终环会向上做匀加速运动，加速度大小为3g,直至 化为内能 环与棒速度大小相同，此时两者无相对运动，不受摩擦 3.A【解析】根据功能关系，滑动摩擦力在相对位移上 影响，均做加速度大小为g的向上的匀减速运动，直至 的功等于转化的内能，故物体从斜面顶端滑至底端的过 速度为0，故B错误，C正确：当棒再次下落时，由于此 程中，内能的增量是U=mgcos0·=0.25X10× 时棒的速度等于环的速度，此时棒与环之间无摩擦，所 专×5J=101 以环的下落为自由落体运动，没有相对于棒做往复运 动，且位移总向下，故D正确 4.C【解析】空调制热时获得的热量一部分是通过电流 5.C【解析】由于系统隔热，所以气体与外界没有热交 做功，消耗电能获得的，另一部分是从外界吸收的热 换，活塞对气体做正功，由热力学第一定律知气体的内 量，并不违反能量守恒定律，A、B错误，C正确：空调制 能增加，且△E=W,而从能量守恒的角度考虑，m和M 热时每小时消耗的电能是W=P=1×3.6×10kJ 减少的机械能即重力势能和大气压做的功，共Mgh十 3.6×101kJ,D错误 mg△h十S△h,这部分损失的能量一部分使气体的内 【综合提能练】 能增加，另一部分损失到碰撞过程中m和M的内能 1.D【解析】水力发电不会有污染，同时将水的机械能转 上，所以WMgh十mg△h十S△h,故选C 化为电能，故A、B正确：如果仅将水的落差增大，那么 第4节热力学第二定律 水流到水轮机处的速度就增大，这一方法可加大发电 【基础过关练】 的功率，故C正确：由于水下落过程以及发电机装置都 1.D【解析】篮球从空中落下，最后静止在地面上，说明 有摩擦，故该装置不可能将水库中储存的水的机械能 机械能转化为了篮球和周围其他物体的内能，或转化 全部转化为电能，故D错误 为其他形式的能，能量不会消失，A错误：因天然气主 2.AB【解析】在绝热过程中，甲气室中气体体积减小， 要成分是甲烷，完全燃烧，其燃烧时生成二氧化碳和 外界对它做正功，内能增加，温度升高，故A正确.乙气 水，不完全燃烧时生成一氧化碳和水，因此大量使用天 室中气体体积增加，它对外界做功，内能减少：活塞下 然气作燃料不符合“低碳生活”理念，B错误：不需要任 落，重力势能减少，设乙气室中气体对活寒的力做功为 何外界的动力而持续对外做功的机器一水动机，违 W∠，由题可知W:为正值，由能量守恒定律可以得出 背了能量的转化和守恒定律，永动机是不可能制成的， △E=mgh十W乙，故C,D错误，B正确. C错误：由热力学第二定律可知，任何机械都有效率的间 3.℃【解析】因为冰箱内的温度低于冰箱外的温度，所 题，因此燃气的内能不可能全部转化为电能，D正确. 以热量不可以自发地从冰箱内传到冰箱外，故A错误： 2.B【解析】根据热力学第二定律可知，热机的效率不可 电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外 能达到100%，现代汽车技术已经非常先进，但也不能 界，是因为其消耗了电能，电冰箱的工作原理不违背能 够使气体燃烧释放的热量全部转化成机械能，A错误： 量守恒定律，故B、C正确，D错误 气体燃烧过程符合热力学第二定律，内能无法全部用 4.ACD【解析】设环相对棒滑动距离为1，根据能量守恒有 来做功以转化成机械能，B正确：气体燃烧释放的热最 mgH+mg(H+D=mgl,解得=号H,摩擦力对棒及 没有全部转化为机械能，该过程符合热力学第一定律， 16 练习册参考答案与解析收组 C错误：根据热力学第二定律可知，热机的效率不可能 少，根据热力学第二定律，内能不会自发地转化为机械 达到100%，发动机工作时，就算没有漏气和摩擦，也没 能而使物体动起来，C不符合题意：随着节能减排措施 有发动机的热量损失，燃料产生的热量也不能完全转 的不斯完善，根据热力学第二定律，最终也不会使汽车 化成机械能，D错误 热机的效率达到100%，D不符合题意 3.D【解析】第二类永动机不违反能量守恒定律，违反热 4.D【解析】场馆内温度降低，场馆内空气分子平均动能 力学第二定律，故A错误：第一类永动机不可能制成是 减小，但并不是场馆内所有空气分子的分子动能都减 因为违反了热力学第一定律，故B错误：改变内能的方 小，A,B错误：根据热力学第二定律可知，场馆内热量 式有做功和热传递，二者在内能的改变上是一样的，若 是不可能由场馆内自发传递到场馆外的，C错误：场馆 对外做功的同时吸收热量，内能可能不变，故C错误： 内温度降低，场馆内空气分子平均动能减小，单个分子 由热力学第二定律可知热量从低温物体传到高温物体 对冰面的撞击作用力变小，由于场馆内气体压强不变， 是可能的，故D正确： 根据气体压强微观意义可知，场馆内部单位时间内空 4.C【解析】即使科技越来越进步，所有符合能量守恒定 气分子与冰面碰撞次数增多，D正确. 律但不符合热力学第二定律的宏观过程也无法发生， 5C【解析】过程A→B中，温度升高，二氧化碳分子的 故A错误：一切与热现象有关的宏观自然过程都是不 平均动能将增大，但不是每个二氧化碳分子的动能都 可逆的，故B错误：机械能可以全部转化为内能，但内 将增大，故A错误：过程BC中，二氧化碳在C是液 能无法全部用来做功而转化成机械能且不产生其他影 态，不是气体，不符合理想气体实验定律的条件，故B 响，故C正确：气体向真空的自由膨胀是不可逆的，故 错误：过程D→A中，若二氧化碳可看作理想气体，压 D错误 强不变，温度升高，体积增大，因温度升高，故二氧化碳 【综合提能练】 的内能增大，又由于体积增大，二氧化碳对外做功，所 1.CD【解析】当阀门K被打开时，A中的气体进入B 以该过程中二氧化碳将吸热，故C正确：整个循环过程 中，由于B中为真空，所以气体体积膨胀，对外不做功， 中，热量从低温水向高温二氧化碳传递，该过程引起了 故A错误：又因为系统与外界无热交换，所以气体内能 其他的变化，所以不违反热力学第二定律，故D错误 不变，则气体的温度也不变，B错误，C正确：由热力学 第二定律知，真空中气体膨胀具有方向性，在无外界作 单元学能测评 用时，B中气体不能自发地全部退回到A中，故D正确。 1.B【解析】温度降低时，分子的平均动能降低，不是每 2.ABD【解析】一定量的理想气体在等温膨胀过程中吸 个分子的动能都会减小，故A错误：花粉颗粒在水中的 收的热量等于对外做的功，并不违反热力学第二定律， 无规则运动是由于花粉颗粒受到水分子撞击受力不平 该过程中可能引起了其他方面的变化，故A正确：空调 衡引起的，是一种机械运动，故B正确：改变内能的方 既能制热也能制冷，说明通过压缩机做功热量能够从 式有做功和热传递，故C错误：物体的动能和重力势能 低温物体传到高温物体，故B正确：热力学第二定律可 是物体的机械能，不是内能，故D错误 表述为：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来 做功，而不引起其他变化，故C错误：根据嫡增加原理 2D【解析】根据题意，由理想气体状态方程Y =C可 可知，在任何自然过程中，一个孤立系统中的总嫡不会 知，若气体温度降低，体积也减小，其压强可能增大，可能 减少，故D正确， 不变，可能诚小，故A,B错误：由热力学第一定律义 3.A【解析】大米和小米混合后小米能自发地填充到大 W十Q,可知气体不断被压缩的过程中，外界对气体做 米空隙中，这种现象与温度无关，不是热现象，不能用 正功，如果气体同时向外界放热，气体的内能可能不会 热力学第二定律解释，A符合题意：将一滴红墨水滴人 增加，气体温度不一定升高，若气体与外界不发生热量 一杯清水中，会均匀扩散到整杯水中，经过一段时间， 交换的过程中，如果外界对气体做功，气体内能发生变 墨水和清水不会自动分开，这种现象与温度有关，温度 化，故C错误，D正确. 越高，分子运动越激烈，扩散越快，根据热力学第二定 3C【解析】布朗运动是微粒在液体或气体分子撞击作 律，墨水和清水不会自动分开，B不符合题意：冬季的 用下的无规则运动，反映了液体或气体分子的无规则 夜晚，放在室外的物体随气温的降低，物体的内能减 运动，小水滴在天宫一号内漂浮是由于完全失重状态 17