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

3.4 热力学第二定律 同步练习 一、单选题 1．下列说法不正确的是（　　） A．第二类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律 B．热量既能由高温物体传递到低温物体，也能由低温物体传递到高温物体 C．物体从单一热源吸收热量全部用来对外做功，这是有可能的 D．一切自然过程总是沿着分子热运动无序性增加的方向进行 2．关于物体的内能和机械能，以下说法正确的是（    ） A．物体的内能包含物体的机械能 B．物体的机械能大，则它的内能也一定大 C．物体具有内能，同时又可以具有机械能 D．物体的机械能和内能间都可以自发地发生转化． 3．下列关于热力学温标说法不正确的是(　　) A．热力学温度的零度是－273.15 ℃，叫做绝对零度 B．热力学温度的每一度的大小和摄氏温度的每一度大小是相同的 C．绝对零度是低温的极限，永远达不到 D．1 ℃等于1 K 4．抽水蓄能电站是利用用电低谷期的多余清洁能源进行抽水，在用电高峰期的时候代替部分火力发电。浙江是抽水蓄能电站已建和在建较多的省份，其中丽水缙云的抽水蓄能电站预计2026年全部投产发电，该电站设计年抽水电量24亿千瓦时，设计年发电量为18亿千瓦时，大大减少了二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等排放，具有显著的环境效益和经济效益，被称为“超级绿色蓄电池”。根据发改委提供的数据为火电厂平均每千瓦时供电耗煤约为320g标准煤，而每吨标准煤产生的二氧化碳为2620kg，则该蓄电站建成后每年可减少二氧化碳的排放量约为（　　） A．15万吨 B．150万吨 C．20万吨 D．200万吨 5．下列说法正确的是（　　） A．第二类永动机不可能制成功的原因是违背能量守恒定律 B．热力学第二定律可表述为所有自发的热现象的宏观过程都具有方向性 C．因为能量守恒，所以能源危机是不可能的 D．摩擦力做功的过程，必定有机械能转化为内能 6．下列说法正确的是（　　） A．分子间的引力随分子间距离的增大而增大 B．悬浮在液体中的固体微粒越大，布朗运动就越明显 C．不可能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化 D．一定质量的理想气体放出热量，其分子的平均动能一定减小 7．下列说法正确的是（    ） A．晶体都有规则的几何形状 B．水银不浸润铅 C．一切与热现象有关的宏观自然过程都是可逆的 D．一定质量的理想气体等压膨胀时从外界吸热 8．下列说法正确的是 （　　） A．气体难压缩是因为气体分子间的斥力增大时引力减小 B．分子的运动遵从牛顿运动定律 C．热量可以从低温物体传向高温物体 D．一定质量的理想气体，压强与温度成正比 9．下列关于热学问题的说法不正确的是 A．一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，熵值较大代表着较为无序 B．如果封闭气体的密度变小，分子平均动能增加，则气体的压强可能不变 C．某气体的摩尔质量为M、密度为ρ，用NA表示阿伏加德罗常数，每个气体分子的质量m0，每个气体分子的体积V0，则m0=，V0= D．空气的绝对湿度用空气中所含水蒸气的压强表示 10．如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A，其中A→B和C→D为等温过程，B→C和D→A为绝热过程。这就是热机的“卡诺循环”。则（　　） A．A→B过程说明，热机可以从单一热源吸热对外做功而不引起其它变化 B．B→C过程中，气体分子在单位时间内碰撞单位面积器壁的平均冲量增大 C．C→D和D→A过程中，气体压强都增大的微观机制完全相同 D．B→C过程中气体对外做的功与D→A过程中外界对气体做的功相等 二、多选题 11．下述做法不能改善空气质量的是(　 　) A．以煤等燃料作为主要生活燃料 B．利用太阳能、风能和氢能等能源替代化石能源 C．鼓励私人购买和使用汽车代替公交车 D．限制使用电动车 E．大量使用核能发电、风力发电和水力发电 12．下列说法正确的是（　　） A．悬浮在水中的花粉颗粒越大，撞击花粉颗粒的水分子越多，布朗运动越明显 B．液晶既具有液体的流动性，又具有光学各向异性 C．晶体熔化过程中吸收热量，分子平均动能一定增大 D．在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小 E．零摄氏度的水比等质量的零摄氏度的冰分子势能大 13．对于下列现象表述正确的是（　　） A．晶体都有规则形状，并且某些物理性质呈现各向异性 B．一定质量处于非真空绝热环境的理想气体，如果气体膨胀，内能就会减少 C．一定质量的理想气体保持压强不变，温度升高时，吸收的热量一定大于内能的增加量 D．随着科技的发展，将来可以利用高科技，将散失在空气中的内能重新收集起来加以利用而不引起其他变化 14．气闸舱是空间站中供航天员进入太空或由太空返回用的气密性装置，其原理如图所示。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。假设此过程中系统与外界没有热交换，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．气体对舱壁做功，内能减小 B．气体分子的平均动能不变 C．气体温度不变，压强减小 D．一段时间后，A内气体的密度可能自发地恢复到原来的密度 15．下列哪些过程具有方向性（　　） A．热传递过程 B．动能向势能的转化过程 C．气体的扩散过程 D．气体向真空中的膨胀过程 三、填空题 16．某瓶0℃的冰溶化为0℃的水的过程中，分子的总动能 （填“增大”，“减少”或“不变”），分子的总势能 （填“增大”，“减少”或“不变”）。再往这瓶水中滴入红墨水，一段时间后，整杯水都变成了红色，这个过程是沿着分子热运动的无序性 （填“增大”，“减少”或“不变”）的方向进行的。 17．(1)一定质量的理想气体，从外界吸收热量500J，同时对外做功100J，则气体内能变化 J。利用空调将热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外环境，这个过程 （填“是”或“不是”）自发过程。 (2)分子间的作用力跟分子间距离的关系如图，随着分子间距离由零开始逐渐增大，分子力大小的变化情况为 （填“A”“B”或“C”，其中A为“一直减小”，B为“一直增大”，C为“先减小后增大再减小”）；当分子间距离为 （填“”或“”）时，分子间的吸引力与排斥力大小相等。 (3)一枚在空中飞行的火箭质量为m，在某时刻的速度大小为v，方向水平，燃料即将耗尽。此时，火箭突然炸裂成两块，其中质量为的一块沿着与v相反的方向飞去，速度大小为。则炸裂后另一块的速度大小为 。 四、解答题 18．太阳是个巨大的能源，其总辐射功率为，即每秒钟向周围空间辐射的热量相当于标准煤完全燃烧时放出的能量。你能算出这些能量为多少J？这些能量能使多少质量的水的温度从15℃升高到55℃？ 19．传统的火力发电技术发电需要完全燃烧煤。我国国家体育场“鸟巢”用太阳能发电系统替代了部分火力供电。该系统正常工作可发电，大约可以减少排放多少千克二氧化碳？（设煤的含碳量为90%，煤燃烧的化学方程式为） 20．观察图片回答下列问题： (1)如图甲，高温的炉火将包子蒸熟。根据能量守恒定律，也可以使冷水降温，将热量传给包子来蒸熟包子，这样的情况你见过吗？观察日常生活中类似现象，你能总结出什么？ (2)如图乙，电冰箱通电压缩机工作时，温度低的冰箱内部向周围空气散热，断电后空气又向冰箱传热直至冰箱内外温度相同，这说明了什么？结合（1）的结论有什么认识？ (3)钢瓶中的高压气体喷出后不能自发地进入钢瓶，墨水在清水中扩散后不能自发地回到初始状态，热量自发地从高温物体传向低温物体，因摩擦而停止滚动的足球不能从周围吸热而重新滚动，这些现象说明了什么？ 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 《3.4 热力学第二定律 同步练习》参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 A C D B B C D C C D 题号 11 12 13 14 15 答案 ACD BDE BC BC ACD 1．A 【详解】A．第二类永动机不可能制成，是因为违背了热力学第二定律，故A错误； B．热量既能由高温物体传递到低温物体，也能由低温物体传递到高温物体，故B正确； C．物体从单一热源吸收热量全部用来对外做功，这是有可能的，故C正确； D．一切自然过程总是沿着分子热运动无序性增加的方向进行，故D正确； 故选A。 2．C 【详解】AB.内能和机械能是两种不同形式的能，两者有本质的区别．内能跟组成物体的微粒——分子的运动和分子之间的相互作用有关，而机械能跟物体的宏观运动及势能有关．故A错误，B错误； C.物体可以同时具有多种形式的能．故C正确； D.根据热力学第二定律，机械能可以自发地转化成内能，内能不能自发地转化成机械能，故D错误． 故选：C 3．D 【详解】热力学温度的零度是－273.15 ℃，叫做绝对零度，选项A正确；热力学温度的每一度的大小和摄氏温度的每一度大小是相同的，选项B正确；绝对零度是低温的极限，永远达不到，选项C正确；1 ℃等于274.15 K，选项D错误；故选ABC. 4．B 【详解】年发电量为18亿千瓦时需耗煤 则每年可减少二氧化碳的排放量为 故选B。 5．B 【详解】A．第二类永动机不可能制造成功的原因是违背热力学第二定律，但不违背能量守恒定律，选项A错误； B．热力学第二定律可表述为所有自发的热现象的宏观过程都具有方向性，选项B正确； C．能量虽然守恒，但有些能量耗散以后就将不能再利用，故要节约能源，选项C错误； D．静摩擦力做功，没有机械能转化为内能，选项D错误。 故选B。 6．C 【详解】A．分子间的引力随分子间距离的增大而减小，故A错误； B．悬浮在液体中的固体微粒越小，布朗运动就越明显，故B错误； C．不可能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化。故C正确； D．根据热力学第一定律，一定质量的理想气体放出热量，同时外界对气体做功，如果外界对气体做的功大于气体放出的热量，气体内能可能增加，根据一定质量的某种理想气体内能只与温度有关，所以其温度可能增加，其分子的平均动能可能增加，故D错误。 故选C。 7．D 【详解】A．单晶体有规则的几何形状，多晶体没有规则的几何形状。故A错误； B．水银不浸润玻璃浸润铅。故B错误； C．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是不可逆的。故C错误； D．根据理想气体状态方程 可知一定质量的理想气体等压膨胀时，气体对外界做功，，热力学温度升高，，由热力学第一定律 可知 即外界吸热。故D正确。 故选D。 8．C 【详解】A．体被压缩时有时需要用较大的力，这是因为气体被压缩时要克服压强所产生的压力，故A错误； B．牛顿运动定律不适用于微观高速，所以分子的运动不遵从牛顿运动定律，故B错误； C．产生其他影响下的情况下，热量可以从低温物体传向高温物体，故C正确； D．由理想气体的状态方程 可知，一定质量的理想气体，体积一定时，压强与温度成正比，故D错误。 故选C。 9．C 【详解】A：一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，熵值较大代表着较为无序．故A项正确． B：如果封闭气体的密度变小，体积变大；分子平均动能增加，温度升高；据可知气体的压强可能不变．故B项正确． C：某气体的摩尔质量为M、密度为ρ，用NA表示阿伏加德罗常数，每个气体分子的质量m0，每个气体分子的体积V0，则，；气体分子占据的空间．故C项错误． D：空气的绝对湿度用空气中所含水蒸气的压强表示，故D项正确． 本题选不正确的，答案为C． 点睛：区分气体分子占据的空间和气体分子的大小，由于气体分子间隙较大，气体分子占据的空间远大于气体分子的大小． 10．D 【详解】A．根据热力学第二定律可知，不可能从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化，A错误； B．B→C过程中，绝热膨胀，气体对外做功，内能减小，温度降低，分子的平均动能减小，压强变小，单位时间内气体分子对器壁单位面积的冲量 气体分子在单位时间内碰撞单位面积器壁的平均冲量减小，B错误； C．C→D，等温压缩，温度不变，单位体积内的分子数增多，压强增大。D→A过程中，绝热压缩，体积减小，分子内能增加，单位体积内的分子数增多，且分子平均撞击力增大，导致压强增大，故两种气体压强都增大的微观机制不相同，C错误； D．B→C过程中 由于内能，故 由热力学第一定律可知，两个过程均绝热 ， 可知B→C过程中气体对外做的功与D→A过程中外界对气体做的功相等，故D正确。 故选D。 11．ACD 【详解】以煤等燃料作为主要生活燃料时会产生大量空气污染物；私人汽车代替公交车会使汽油消耗量增加，带来的空气污染物增多；限制使用电动车对改善空气质量无影响；太阳能、核能、风能和氢能等属于清洁能源，可以减少污染物排放． 故选ACD． 12．BDE 【详解】A．悬浮在水中的花粉颗粒越小，撞击花粉颗粒的水分子越多，布朗运动越明显，A错误； B．液晶既具有液体的流动性，又具有光学各向异性，B正确； C．晶体熔化过程中吸收热量，但温度不变，故分子平均动能不变，C错误； D．在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小，D正确； E．零摄氏度的水结成等质量的零摄氏度的冰，会放出热量，内能减少，由于温度不变，平均动能不变，故分子势减小，E正确。 故选BDE。 13．BC 【详解】A．晶体都有规则形状，但某些物理性质呈现各向异性是单晶体，故A错误； B．根据热力学第一定律，一定质量处于非真空绝热环境的理想气体，气体膨胀，则内能，故B正确； C．一定质量的理想气体保持压强不变，当温度升高时，内能增加，其体积增大，对外做功，根据热力学第一定律 可知吸收的热量一定大于内能的增加量，故C正确； D．根据热力学第二定律，能量的转化具有方向性，故不能将散失的能量再聚集利用而不引起其他变化，故D错误。 故选 BC。 14．BC 【详解】AB．气体向真空方向扩散不对外做功，同时此过程中系统与外界没有热交换，由热力学第一定律可知气体内能不变，理想气体不计分子势能，所以气体分子动能不变，温度不变，平均动能不变，故A错误，B正确； C．气体温度不变，平均动能不变，但是单位体积内分子个数减少，所以气体压强减小，故C正确； D．气体A中的密体减小，由热力学第二定律可知，A内气体的密度不可能自发地恢复到原来的密度，故D错误。 故选BC。 15．ACD 【详解】ACD．热传递、气体的扩散和气体在真空中的膨胀都是与热现象有关的宏观自然过程，由热力学第二定律可知，它们都具有方向性，故ACD正确； B．动能向势能的转化与热现象无关，不具有方向性，故B错误。 故选ACD。 16． 不变 增大 增大 【详解】[1]温度是分子平均动能的标志，所以0℃的冰和0℃的水分子的总动能相等，即不变； [2]将0℃的冰溶为0℃的水，需要吸收热量，所以0℃的冰的内能小于0℃的水的内能，而物体内能是分子的总动能和分子的总势能之和，所以0℃的冰分子的总势能小于0℃的水分子的总势能，即将0℃的冰溶为0℃的水，分子的总势能增大； [3]由热力学第二定律可知，分子热运动总是沿着无序性增大的方向进行。 17．(1) 不是 (2) C (3) 【详解】（1）[1]根据题意，由热力学第一定律有 可得气体内能变化为 [2]空调将热量从温度低的室内传递到温度较高的室外，这个过程要消耗电能，不是自发的过程。 （2）[1]由图可知，随着分子间距离由零开始逐渐增大，分子力大小的变化情况为先减小后增大再减小，即为C。 [2]由图可知，当分子间距离为时，分子力为0，即分子间的吸引力与排斥力大小相等。 （3）以初速度方向为正方向，炸裂过程根据动量守恒可得 解得 18．； 【详解】太阳每秒钟向周围空间辐射的热量为 由 可得， 19．171.6kg 【详解】若用火力供电，大约需完全燃烧煤的质量为 52kg煤中含碳的质量为 设生成二氧化碳的质量为x，则有 解得 所以大约可以减少排放171.6kg二氧化碳。 20．(1)见解析 (2)见解析 (3)见解析 【详解】（1）使冷水降温，将热量传给包子来蒸熟包子，这样的情况没有见过，这违反了热力学第二定律：热量不能自发地从冷水（低温）传给包子（高温）来蒸熟它。日常生活中类似现象，都体现出一切与热现象有关的宏观自然过程都具有方向性，热量不能自发地从低温物体传到高温物体。 （2）这说明了：在一定条件下，热量可以从低温物体传给高温物体；热量的传导过程具有方向性。热量不能自发地从低温物体传到高温物体，但热量可以从低温物体传递到高温物体，例如电冰箱，但需要消耗电能。 （3）高压气体喷出后不能自发返回：这涉及到气体膨胀的不可逆性；墨水扩散不能自发聚集：扩散过程的不可逆性；热量从高温到低温的传递：热力学第二定律，热量流动的方向性；足球停止后不能自发重新滚动：能量耗散和热力学第二定律，涉及熵增。所有这些都指向热力学第二定律，特别是熵增原理：自发过程总是朝着熵增加的方向进行，不可逆。这些现象共同验证了热力学第二定律的核心——‌自然过程的方向性和不可逆性‌，熵增是理解能量转化与宏观现象的关键框架。 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $