3.4 热力学第二定律 分层同步作业 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

4. 热力学第二定律 一、基础巩固 1.关于热力学定律,下列说法正确的是(　　) A.随着高科技的不断发展,绝对零度是可以达到的 B.热力学第二定律是热力学第一定律的推论 C.因为第二类永动机不违反能量守恒定律,所以它将会被制造出来 D.热量能自发地从高温物体传递到低温物体,不能自发地从低温物体传到高温物体 2.关于永动机,下列说法正确的是(　　) A.随着科技的不断发展,永动机是可以制成的 B.第一类永动机违反了热力学第二定律 C.第二类永动机违反了热力学第二定律 D.永动机指的是在摩擦力趋于零的条件下一直运动的机器,它不需要对外做功 3.根据热力学第二定律判断,下列说法正确的是(　　) A.功可以全部转化为热,但热不能全部转化为功 B.热量可以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 C.气体向真空的自由膨胀是不可逆的 D.随着技术的进步,热机的效率可以达到100% 4.关于能量和能源,下列说法正确的是(　　) A.由于自然界的能量守恒,所以不需要节约能源 B.人类在不断地开发新能源,所以能量可以被创造 C.能量的转化和转移没有方向性 D.能量可以从一种形式转化为另一种形式,力对物体做的功总是在某过程中完成的,所以功是一个过程量 5.（多选）下列现象及关于热力学第一定律、第二定律的叙述正确的是(　　) A.一定质量的理想气体在等温膨胀过程中,气体一定从外界吸收热量 B.热力学第一定律和热力学第二定律是从不同角度阐述了能量守恒定律 C.0 ℃的冰熔化为0 ℃的水,此过程系统吸收热量,内能增加 D.“覆水难收(泼出去的水难以收回)”反映了与热现象有关的宏观过程具有方向性 6.（多选）下列关于热力学第二定律的说法正确的是(　　) A.气体向真空的自由膨胀是可逆的 B.效率为100%的热机是不可能制成的 C.机械能转变为热能的实际宏观过程是不可逆过程 D.从单一热库吸收热量,使之完全变为功是提高机械效率的常用手段 7.（多选）下列说法正确的是(　　) A.第二类永动机与第一类永动机一样违背了能量守恒定律 B.自然界中的能量是守恒的,所以能量永不枯竭,不必节约能源 C.自然界中有的能量便于利用,有的不便于利用 D.不可能让热量由低温物体传递给高温物体而不引起其他任何变化 8.一辆汽车的发动机输出功率为66.15 kW,每小时耗(柴)油14 kg,请计算发动机的效率。(柴油的热值为4.3×107 J/kg) 二、能力提升 9.下列关于热力学第二定律和能量守恒定律的说法正确的是(　　) A.一切与热现象有关的宏观自然过程都是可逆的 B.能量耗散过程中能量是不守恒的 C.气体向真空的自由膨胀是不可逆的 D.热运动的宏观过程没有一定的方向性 10.下列说法正确的是(　　) A.从甲物体自发传递热量给乙物体,说明甲物体的内能比乙物体多 B.热机的效率从理论上讲可达100% C.因为能量守恒,所以不会发生能源危机 D.以上说法均不正确 11.根据热力学定律,判断下列说法正确的是(　　) A.空调在制冷过程中,从室内吸收的热量大于向室外放出的热量 B.海水降低温度可以放出大量的热量,科技的不断进步使得人类有可能通过降低海水的温度来发电,从而解决能源短缺的问题 C.即使没有漏气、摩擦、不必要的散热等损失,热机也不可能把燃料产生的内能全部转化为机械能 D.对能源的过度消耗使自然界的能量不断减少,形成能源危机 12.下列说法正确的是(　　) A.电动机是把电能全部转化为机械能的装置 B.热机是将内能全部转化为机械能的装置 C.随着技术不断发展,可以使热机将内能全部转化为机械能 D.虽然不同形式的能量可以相互转化,但能源是有限的 13.下列过程能够发生且不违背热力学第二定律的是(　　) A.一杯热茶自然放置,茶会自动变得更热 B.电冰箱正常工作时把箱内低温物体的热量传递到箱外高温物体 C.对蒸汽机不断革新使它可以把蒸汽的内能全部转化成机械能 D.利用降低海水温度放出大量的热量来发电,从而解决能源短缺的问题 14.（多选）关于热力学第二定律,下列说法正确的是(　　) A.空调既能制热又能制冷,说明热传递不存在方向性 B.可以从单一热库吸收热量,使之完全变为功 C.第二类永动机不可能制成是因为它违反了能量守恒定律 D.自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性,是不可逆的 15.（多选）图中汽缸内封闭有一定质量的理想气体,汽缸壁是导热的,缸外环境保持恒温,活塞与汽缸壁的接触是光滑的,但不漏气。现将活塞杆缓慢向右移动,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.气体是从单一热源吸热,全部用来对外做功,此过程违背热力学第二定律 B.气体是从单一热源吸热,但并未全部用来对外做功,此过程不违背热力学第二定律 C.气体是从单一热源吸热,全部用来对外做功,此过程不违背热力学第二定律 D.气体是从单一热源吸热,全部用来对外做功,此过程不违背热力学第一定律 16.汽车内燃机汽缸内汽油燃烧时,气体体积膨胀推动活塞对外做功。已知在某次对外做功的冲程中,汽油燃烧释放的化学能为1×103 J,因尾气排放、汽缸发热等对外散失的热量为8×102 J。该内燃机的效率为多少? 参考答案 一、基础巩固 1.答案:D 解析:绝对零度是不能达到的,选项A错误;热力学第二定律和热力学第一定律是两个不同的定律,分别解释不同方面的热力学的规律,选项B错误;第二类永动机违反了热力学第二定律,所以它不会被制造出来,选项C错误;热量能够自发地从高温物体传递到低温物体,不能自发地从低温物体传递到高温物体,说明能量的转移具有一定的方向性,选项D正确。 2.答案:C 解析:第一类永动机指不需要外界输入能量,能够不断向外输出能量的机器,它违反了能量守恒定律,是不可能制成的,选项B错误;第二类永动机指从单一热库吸收热量全部用来对外做功,不产生其他影响的机器,它违反了热力学第二定律,也是不可能制成的,选项C正确;无论是哪种永动机,要么违反能量守恒定律,要么违反热力学第二定律,因此都不可能制成,选项A错误;无论哪种永动机都需要对外做功,选项D错误。 3.答案:C 解析:功可以全部转化为热,根据热力学第二定律的开尔文表述,不可能从单一热库吸收能量,把它全部变为功而不产生其他任何影响,把热全部转换为功并不是不可能,只是需要产生其他影响而已,所以选项A错误;热量可以从高温物体传到低温物体,根据热力学第二定律的克劳修斯表述,不可能使热量由低温物体传递到高温物体,而不引起其他变化,也就是说热量可以从低温物体传递到高温物体,只是需要产生其他影响,所以选项B错误;气体向真空自由膨胀遵守热力学第二定律,具有方向性,所以选项C正确;热机的效率绝对不可能达到100%,一定会有能量损失,所以选项D错误。 4.答案:D 解析:自然界的能量守恒,但能直接应用的能源使用后品质降低,不能直接应用,所以可利用能源越来越少,故选项A错误;人类在不断地开发和利用新能源,但能量不能被创造,也不会被消灭,故选项B错误;根据热力学第二定律,能量的转化和转移具有方向性,故选项C错误;能量可以从一种形式转化为另一种形式,力对物体做的功总是在某过程中完成的,所以功是一个过程量,故选项D正确。 5.答案:ACD 解析:一定质量的理想气体的内能仅仅与温度有关,温度不变则内能不变,即ΔU=0,一定质量的理想气体在等温膨胀过程中对外做功,则W<0,根据热力学第一定律ΔU=W+Q,则Q>0,即气体一定从外界吸收热量,选项A正确。热力学第一定律是能量守恒定律在热现象中的体现,而热力学第二定律则指出了能量转化的方向性,选项B错误。0 ℃的冰熔化为0 ℃的水,分子平均动能不变,分子总动能不变,而系统分子势能增加,则系统内能增加,选项C正确。热力学第二定律的微观意义是一切自发过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行,泼出去的水相比盆中的水,分子无序性增加了,反映了与热现象有关的宏观过程具有方向性,选项D正确。 6.答案:BC 解析:根据热力学第二定律可知,气体向真空的自由膨胀是不可逆的,选项A错误;根据热力学第二定律可知,效率为100%的热机是不可能制成的,选项B正确;根据热力学第二定律可知,机械能转变为热能的实际宏观过程是不可逆过程,选项C正确;根据热力学第二定律可知,从单一热库吸收热量,使之完全变为功是不可能实现的,选项D错误。 7.答案:CD 解析:第二类永动机违背了热力学第二定律,第一类永动机违背了能量守恒定律,故选项A错误;热力学第二定律说明自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性,是不可逆的,故能量虽然守恒,但依然要节约能源,故选项B错误;自然界中有的能量便于利用,有的不便于利用,故选项C正确;根据热力学第二定律,不可能让热量由低温物体传递给高温物体而不引起其他任何变化,故选项D正确。 8.答案:39.5% 解析:发动机每小时做的功W=Pt=66 150 W×3 600 s=2.38×108 J 完全燃烧14 kg柴油放出的能量Q总=4.3×107 J/kg×14 kg=6.02×108 J 用来做有用功的能量Q有=W=2.38×108 J 所以η=×100%=39.5% 发动机的效率是39.5%。 二、能力提升 9.答案:C 解析:根据热力学第二定律可知,一切与热现象有关的宏观自然过程都具有方向性,都是不可逆的,能量耗散过程中,能量仍然守恒,故选项A、B错误;根据熵增原理可知,气体向真空的自由膨胀是不可逆的,故选项C正确;根据热力学第二定律可知,热运动的宏观过程都有一定的方向性,故选项D错误。 10.答案:D 解析:热量能自发地由高温物体传向低温物体,甲物体自发传递热量给乙物体,只能说明甲物体的温度一定比乙物体的温度高,但由于内能取决于物质的量、温度以及体积等方面,故不能比较两者内能的大小,故选项A错误;由于热量散发等原因,热机的效率从原理上讲无法达到100%,故选项B错误;能量虽然守恒,但有些能量耗散以后就不能再利用,所以会出现能源危机,应注意节约能源,故选项C错误;由以上分析可知,以上说法均错误,故选项D正确。 11.答案:C 解析:空调机在制冷过程中,把室内的热量向室外释放,消耗电能,产生热量,故从室内吸收的热量小于向室外放出的热量,选项A错误;根据热力学第二定律,降低海水温度要放出热量,但是要引起其他变化,根据能量守恒定律,此方法不可能实行,选项B错误;根据热力学第二定律,即使没有漏气、摩擦、不必要的散热等损失,热机也不可能把燃料产生的内能全部转化为机械能,故选项C正确;对能源的过度消耗使自然界的可利用的能源不断减少,形成能源危机,自然界中能量总是守恒的,选项D错误。 12.答案:D 解析:由于电阻的存在,电流通过电动机时一定会发热,电能不能全部转化为机械能,选项A错误;根据热力学第二定律知,热机不可能将内能全部转化为机械能,选项B、C错误;由于能量耗散,能源的可利用率会降低,选项D正确。 13.答案:B 解析:热传递具有方向性,热量能自发地从高温物体传到低温物体,故一杯热茶自然放置,茶会自动变凉,不会自动变得更热,选项A不符合题意; 电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体,此过程中消耗了电能,所以不违背热力学第二定律,能发生,选项B符合题意;蒸汽机的能量损失不可避免,不可能把蒸汽的内能全部转化为机械能,选项C的说法违背了热力学第二定律,不能发生,选项C不符合题意;利用降低海水温度放出大量的热量来发电,需要消耗更多的其他能量,故不能解决能源短缺问题,选项D不符合题意。 14.答案:BD 解析: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,故选项A错误;根据热力学第二定律知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,如果允许产生其他影响则可以实现,故选项B正确;第二类永动机不可能制成是因为它违反了热力学第二定律,不违反能量守恒定律,故选项C错误;根据熵增加原理可知,自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性,是不可逆的,故选项D正确。 15.答案:CD 解析:由于汽缸导热,外界温度不变,活塞杆缓慢地向右移动过程中,气体有足够时间与外界进行热交换,气体等温膨胀,所以汽缸内的气体温度不变,内能也不变,该过程气体是从单一热源即外部环境吸收热量,全部用来对外做功,此过程既不违背热力学第二定律,也不违背热力学第一定律,此过程由外力对活塞做功来维持,如果没有外力对活塞做功,此过程不可能发生,选项C、D正确。 16.答案:20% 解析:由能量守恒定律知W=ΔU-Q=1×103 J-8×102 J=200 J, 效率η=×100%=20%。 学科网（北京）股份有限公司 $