3.3-3.4 能量守恒定理 热力学第二定律（重难点训练）物理人教版选择性必修第三册

3.3-3.4 能量守恒定律 热力学第二定律 一、能量守恒定律 1 二、热力学第二定律两种表述 6 三、第二类永动机不可制成 10 一、能量守恒定律 1. 下列关于第一类永动机的说法正确的是（　　） A．第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断对外做功的机器 B．随着科技的发展，第一类永动机是可以制成的 C．第一类永动机不可能制成的原因是技术问题 D．第一类永动机不可能制成的原因是违背了能量守恒定律 【答案】AD 【详解】A．第一类永动机的定义就是不消耗任何能量却能源源不断对外做功的机器，，A正确； B．第一类永动机违背了能量守恒定律，是不可能制成的，无论科技如何发展都无法实现，B错误； C．第一类永动机不可能制成的原因不是技术问题，而是违背了能量守恒定律，C错误； D．能量守恒定律表明能量既不会凭空产生也不会凭空消失，第一类永动机试图无中生有地产生能量对外做功，违背了这一定律，故D正确。 故选AD。 2. 宋朝开庆年间，宋军发明的管状火器——突火枪（如图甲），是世界上第一种发射子弹的步枪。突火枪以厚竹筒为枪管，内部装填火药与子弹，点燃引线引爆火药后，瞬间完成燃烧，子弹开始加速运动，至子弹出枪管前可认为枪管中的气体质量不变，该过程中气体压强p与体积V的关系图像如图乙所示，S1、S2为ABC和BCED区域的面积，忽略子弹与枪管之间的摩擦力，则子弹射出枪管时的动能大小可表示为（　　） A．S1 B．S2 C． D． 【答案】C 【详解】由题意，气体的图像中，图线与坐标轴所围成图形的面积表示气体对外做的功，由动能定理，有 则子弹射出枪管时的动能大小可表示为 故选C。 3. 小丽利用如图1所示的甲、乙和丙三套装置完成热学实验，液体1和2的质量相同，燃料A和B的质量也相同。 (1)同时点燃三套装置的燃料，对液体进行加热，每隔半分钟记录液体升高的温度，直至燃料全部烧完。小丽根据记录的数据绘制出对应装置中液体升高温度与时间关系图线，如图2所示（设燃料完全燃烧且放出的热量全被液体吸收，同种燃料燃烧情况完全相同）。 ①通过图1中 （选填“甲”“乙”或“丙”）两套装置，可比较燃料A和B的热值，燃料完全燃烧放出的热量，是通过 （选填“温度计上升的示数”或“加热时间”）来反映； ②通过图1中的 （选填“甲”“乙”或“丙”）两套装置，可比较液体1和液体2的比热容； ③图2中图线c表示的是燃料 （选填“A”或“B”）对液体加热的过程； ④若液体1的比热容大于液体2的比热容，则乙装置对应的图线是图2中的 （选填“a”“b”或“c”）。 (2)若图1甲烧杯中为500g水，用10g酒精完全燃烧，放出的热量全部被水吸收时，温度计示数升高了20℃，水的比热容为J/（kg·℃），则酒精的热值是 J/kg，实际由于酒精未完全燃烧及热量散失，这种方法测出的燃料热值比实际值 （选填“大”或“小”）。 【答案】(1) 甲丙 温度计上升的示数 甲乙 B b (2) J/kg 小 【详解】（1）①[1]比较燃料A和B的热值，应控制被加热液体相同，燃料不同，选甲、丙。 [2]燃料完全燃烧放出的热量通过温度计上升的示数反映（液体吸热越多，升温越高）。 ②[3]比较液体1和2的比热容，应控制燃料相同，液体不同，选甲、乙。 ③[4]燃料A、B质量相同，A燃烧放热快（甲装置升温快），丙用燃料B，燃烧时间长，图线c对应燃料B。 ④[5]液体1比热容大于液体2，则对同一种燃料而言，液体1升高的温度较小、液体2升温快，乙对应图线b。 （2）[1]水吸收热量 代入数据得 酒精热值 [2]因热量损失，且实际燃烧也可能不够完全，，测出的热值比实际小。 4. 约翰·维尔金斯设计了一种磁力“永动机”，如图所示，在斜坡顶上放一块强有力的磁铁，斜坡上端有一个小孔，斜面下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道。维尔金斯认为∶如果在斜坡底端放一个小铁球，那么由于磁铁的吸引，小铁球就会向上运动，当小球运动到小孔P处时，它就要掉下，再沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端Q，由于有速度而可以对外做功，然后又被磁铁吸引回到上端，到小孔P处又掉下。关于维尔金斯“永动机”，正确的认识应该是（　　） A．一定不可能实现 B．如果忽略斜面的摩擦，维尔金斯“永动机”一定可以实现 C．如果忽略斜面的摩擦，铁球质量较小，磁铁磁性又较强，则维尔金斯“永动机”可以实现 D．违背能量守恒定律 【答案】AD 【详解】该思想违背了能量守恒定律，不可能实现。 故选AD。 5. 观察图片回答下列问题： (1)如图甲是真空玻璃罩中的弹性皮球弹跳的频闪照片，皮球弹跳的最大高度越来越低，它的机械能哪里去了？ (2)图甲中皮球在木板上弹跳，最终停止运动(玻璃罩绝热)，皮球和木板的机械能及内能之和变化吗？ (3)如图乙，一部充满电的手机，单纯听音乐能用40小时，如果同时亮屏能用9小时，如果打电话能用5小时，这些过程说明能量的转化有什么特点？ (4)根据以上活动以及机械能守恒定律、热力学第一定律，可以有什么猜想？ 【答案】(1)见解析 (2)见解析 (3)见解析 (4)见解析 【详解】（1）如果只有重力和皮球的弹力做功，皮球的机械能应该守恒。弹跳的高度越来越低，是因为摩擦力做功，部分机械能转化为内能。 （2）根据功能关系，克服摩擦力做功W，机械能减少量，摩擦力做功使皮球和木板的温度升高，内能增大，皮球和木板之间可能发生热量的传递，但因与外界绝热，根据热力学第一定律，皮球和木板的内能增加量。整个过程机械能减少，内能增加，根据，皮球和木板的机械能与内能之和不变。 （3）这说明一定量的电能可以转化成一定量的声能，也能转化成少量的声能和较多的光能，还能转化成极少的声能和大量的电磁能，说明一种能量可以转化成其他形式的能量，并在转化过程中有一定的数量关系。 （4）能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。 6. 如图所示，这是中国传统玩具饮水鸟。在鸟的面前放上一杯水，用手把鸟嘴浸到水里，小鸟“喝”了一口后，又直立起来。之后，无需人的干预，小鸟直立一会儿就会自己俯下身去使鸟嘴浸入水中“喝”水，然后又会直立起来。就这样周而复始，小鸟不停地点头“喝”水，则下列说法正确的是（　　） A．饮水鸟上下运动的能量来源于周围空气的内能 B．水杯中的水干了之后，小鸟还能点头“喝”水 C．这种玩具饮水鸟是一架永动机 D．此现象违背了热力学第一定律 【答案】A 【详解】A．玩具饮水鸟的内部结构如图所示，其原理是先在鸟嘴上滴一些水，水分蒸发过程中吸热，温度降低，压强减小，使得头部气压小于肚子中的气压，从而使肚子中的部分液体压入头部，使重心上移，鸟的身体变得不稳定而发生倾斜，倾斜的过程中肚子中的玻璃管口脱离液面，从而使头部的液体又回流到肚子中，使鸟的身体再回到开始的竖直状态，而刚才倾斜的过程中鸟嘴刚好又沾到了水，之后鸟回到竖直状态后，鸟嘴的水分蒸发，重复前面的运动过程，即饮水鸟上下运动的能量来源于周围空气的内能，A正确； B．根据上述分析可知，当水杯中的水干了之后，不能蒸发制冷，不能形成头部和肚子内空气的压强差，小鸟不能再上下运动，即小鸟不能点头“喝”水，B错误； CD．这种玩具饮水鸟仍然遵循能量守恒定律，此现象没有违背热力学第一定律，不是一架永动机，CD错误。 故选A。 7. 下列对能量转化和守恒定律的认识错误的是（　　） A．某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加 B．某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加 C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的 D．石子从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了 【答案】D 【详解】AB．根据能量守恒定律得知，某种形式的能减少，其他形式的能一定增大；某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加，AB正确,不符题意； C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机，违反了能量的转化和守恒定律，不可能制成，C正确，不符题意； D．石子在运动和碰撞中机械能转化为了石子本身及周围物体的内能，能量并没有消失，D错误，符合题意。 故选D。 8. 在最近几年的空调市场上出现一个新宠——变频空调，据专家介绍变频空调比定频的要节能，因为定频空调开机时就等同于汽车启动时，很耗能，是正常运行的5~7倍。空调在工作时达到设定温度就停机，等温度高了再继续启动。这样的频繁启动，耗电多，而变频空调启动时有一个由低到高的过程，而运行过程是自动变速来保持室内温度，从开机到关机中间不停机。而是达到设定温度后就降到最小功率运行，所以比较省电。阅读上述介绍后，探究以下说法中合理的是（　　） A．变频空调节能，运行中不遵守能量守恒定律 B．变频空调运行中做功少，转化能量多 C．变频空调在同样工作条件下运行效率高，省电 D．变频空调与定频空调做同样功时，消耗同样电能 【答案】CD 【详解】A．自然界的一切过程都遵守能量守恒定律，A错误； BD．功是能量转化的量度，做同样功，消耗同样电能，B错误，D正确； D．由变频空调的工作特点可知省电的原理是效率高，C正确。 故选CD。 二、热力学第二定律两种表述 9. 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散失的能量重新收集、加以利用。下列关于能量耗散的说法中正确的是（　　） A．能量耗散说明能量守恒定律不正确 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不守恒 D．能量耗散是从能量转化的角度，反映出自然界中的宏观过程具有方向性 【答案】D 【详解】A．能量守恒定律指出能量总量不变，能量耗散仅说明能量可利用性降低，并未违背守恒，A错误； B．热力学第二定律指出宏观过程的方向性，能量耗散正体现了这一点，B错误； C．能量耗散过程中能量仍守恒，只是品质下降，故C错误； D．能量耗散表明能量转化具有方向性，符合热力学第二定律对宏观过程的描述，故D正确。 故选D。 10. 下列说法正确的是（　　） A．热量不可以从低温物体传给高温物体 B．第一类永动机违背了能量守恒定律 C．机械能可以自发地全部转化为内能，内能也可以全部转化为机械能而不引起其他变化 D．第二类永动机是不能制造出来的，尽管它不违反能量守恒定律，但它违反了热力学第二定律 【答案】BD 【详解】A．两个温度不同的物体相互接触时，热量能自发地从高温物体传给低温物体，不能自发地从低温物体传给高温物体，但是可以通过外力做功将热量从低温物体传给高温物体，故A错误； B．第一类永动机违背了能量守恒定律，不能被制造出来，故B正确； C．机械能可以自发地全部转化为内能，根据热力学第二定律，内能不可能全部转化为机械能而不引起其他变化，故C错误； D．第二类永动机不违背能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，同样不能被制造成功，故D正确。 故选BD。 11. 如图所示，为电冰箱的工作原理示意图，压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环，在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外。下列说法正确的是（　　） A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外 B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能 C．电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律 D．电冰箱的工作原理违反热力学第二定律 【答案】BC 【详解】ABD．由热力学第二定律可知，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，除非有外界的影响或帮助，电冰箱把热量从低温物体传到高温物体，需要压缩机的帮助并消耗了电能，故B正确，AD错误； C．热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化或内能转移的规律，是能量的转化和守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，故C正确。 故选BC。 12. 关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列说法正确的是（　　） A．一定质量的理想气体经历一缓慢的绝热膨胀过程，气体的内能减少 B．气体向真空的自由膨胀是不可逆的 C．第一类永动机不可能制成是因为违背了热力学第二定律 D．热力学第二定律可描述为“不可能使热量由低温物体传递到高温物体” 【答案】AB 【详解】A． 绝热过程中 Q=0，理想气体缓慢膨胀时对外做功 W<0。根据热力学第一定律 ΔU=Q+W，可得 ΔU=W<0，即气体内能减少，A 正确； B． 气体向真空自由膨胀时，没有对外做功（W=0），且是绝热过程（Q=0），内能不变；但此过程是自发的不可逆过程（逆过程需外界干预才能实现），B 正确； C． 第一类永动机违背能量守恒定律（热力学第一定律），而非热力学第二定律，C错误； D． 热力学第二定律的正确表述是 “不可能使热量自发地由低温物体传递到高温物体（不引起其他变化）”；若有外界做功（如冰箱耗电），热量可从低温传递到高温，D 错误。 选AB。 13. 关于热力学定律，下列说法正确的是（　　） A．对某物体做功，必定会使该物体的内能增加 B．质量一定的某种理想气体吸收热量后温度一定升高 C．不可能使热量从低温物体传向高温物体 D．功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程 【答案】D 【详解】A．内能变化由做功和热传递共同决定。外界对某物体其做功，热传递情况不确定，内能变化也确定不了，A错误； B．理想气体吸收热量，功不确定，内能变化各种可能都有，B错误； C．热量可以从低温物体传向高温物体，但需外界做功（如制冷机），C错误； D．根据热力学第二定律，功转化为热的过程是自发且不可逆的，D正确。 故选D。 14. 根据热力学第二定律，可知下列说法中正确的是（　　） A．热量能够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 B．热量能够从高温物体传到低温物体，也可以从低温物体传到高温物体 C．机械能可以全部转化为内能 D．内能可以全部转化为机械能而不引起其他变化 【答案】BC 【详解】A．根据热力学第二定律的克劳修斯表述，热量不能自发从低温传到高温，但若外界做功（如制冷机），热量可以从低温传到高温。A未说明“不引起其他变化”，故A错误。 B．热量从高温到低温是自发过程；从低温到高温需外界做功，但题目未限定“自发”，故B正确。 C．例如摩擦生热时，机械能可完全转化为内能，不违反热力学第二定律，C正确。 D．根据开尔文表述，内能无法全部转化为机械能而不引起其他变化（如热机需排放热量到低温热源），故D错误。 故选BC。 15. 能源是当今社会快速发展面临的一大难题。由此，人们想到了永动机，关于第二类永动机，4名同学各有以下观点。 甲：第二类永动机违反了能量守恒定律，因此不可能制造成功。 乙：第二类永动机不违反能量守恒定律，之所以还没制造成功，是因为科技还不够先进。 丙：只要没有摩擦、漏气因素导致的能量损失，第二类永动机就有可能制造成功。 丁：内能与机械能之间的转化具有方向性才是第二类永动机不可能制成的原因。 你认为以上观点正确的是（　　） A．甲 B．乙 C．丙 D．丁 【答案】D 【详解】A．第二类永动机并未违反能量守恒定律，而是违反了热力学第二定律，故甲的观点错误，故A不符合题意； B．第二类永动机不违反能量守恒定律，违反了热力学第二定律，即使科技再先进，也无法实现，因热力学第二定律是自然界的普适规律，故乙的观点错误，故B不符合题意； C．即使消除摩擦、漏气等损耗，第二类永动机仍无法将单一热源热量完全转化为功而不引起其他变化，故丙的观点错误，故C不符合题意； D．热力学第二定律指出内能与机械能的转化具有方向性，这正是第二类永动机不可行的根本原因，故丁的观点正确，故D符合题意。 故选D。 16. 一物理实验爱好者用形状记忆合金研究“永动机”。形状记忆合金具有形状记忆效应，以记忆合金制成的弹簧为例，把这种弹簧放在热水中，弹簧的长度立即伸长，再放到冷水中，它会立即恢复原状。如图所示，“永动机”转轮由九根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用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。下列说法不正确的是（　　） A．转轮转动的过程中克服阻力做功，要维持转轮转动需要外力做功 B．转轮转动的能量来自热水 C．转动的叶片不断搅动热水过程，水温升高 D．转轮的叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量 【答案】C 【详解】A．转轮转动的过程中克服阻力做功，转轮的速度越来越小，所以要维持转轮转动需要外力做功，故A正确； B．该“永动机”叶片进入水中，吸收热量而伸展划水，推动转轮转动，离开水面后向空气中放热，叶片形状迅速恢复，所以转动的能量来自热水，故B正确； C．转动的叶片不断搅动热水的过程是水对转轮做功的过程，同时水会向四周放出热量，根据热力学第一定律可知水的内能减小，故水温降低，故C错误； D．根据热力学第二定律，物体不可能从单一热源吸收能量全部用来对外做功而不引起其变化，故叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量，故D正确。 本题选不正确的，故选C。 三、第二类永动机不可制成 17. 根据热力学第二定律可知，下列说法中正确的是（　　） A．不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化 B．没有冷凝器，只有单一的热库，能将从单一热库吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机是可以实现的 C．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 D．如果没有摩擦、漏气等，热机效率可以达到100% 【答案】AC 【详解】A．根据热力学第二定律的开尔文表述，不可能从单一热源吸收热量并全部转化为功而不引起其他变化。故A正确。 B．若热机仅从单一热库吸热并全部做功，这违反了开尔文表述（第二类永动机不可能实现），即使没有冷凝器也无法实现，故B错误； C．根据克劳修斯表述，热量不能自发从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。若需实现此过程（如制冷机），必须外界做功（引起其他变化），故C正确； D．热机必须将部分热量排放到低温热源（如环境），以维持循环过程。不可能将吸收的热量全部转化为功，否则违反热力学第二定律（开尔文表述）。故D错误。 故选AC。 18. 下列说法中正确的是（　　） A．在绝热条件下压缩气体，气体的内能一定增加 B．布朗运动是液体分子的运动，它说明分子永不停息地做无规则运动 C．第二类永动机不违反能量守恒定律，所以它是能制造出来的 D．若一定质量的理想气体在被压缩的同时放出热量，则气体内能一定减小 【答案】A 【详解】A．在绝热条件下压缩气体，外界对气体做功（W>0），且Q=0，由热力学第一定律ΔU=W+Q可知，内能一定增加，故A正确； B．布朗运动是悬浮微粒的无规则运动，反映了液体分子的无规则运动，但并非液体分子本身的运动，故B错误； C．第二类永动机虽不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律（涉及过程的方向性），因此无法制造，故C错误； D．气体被压缩时外界做功（W>0），同时放热（Q<0），由ΔU=W+Q可知，若W大于，则内能增加，故D错误。 故选A。 19. 关于热学知识，下列说法正确的是（　　） A．尽管科技不断进步，热机的效率仍不能达到100%，制冷机却可以使温度降到-293℃ B．单晶体的光学性质一定各向异性 C．第二类永动机不可能制成是因为违背了热力学第一定律 D．若某固体气凝胶的密度为，摩尔质量为，阿伏加德罗常数为，在忽略分子间隙的情况下，相邻气凝胶分子平均间距（类似固体分子的直径）为 【答案】D 【详解】A．根据热力学第二定律，热机效率无法达到100%。制冷机无法使温度低于绝对零度，绝对零度相当于-273.15℃，所以更低的-293℃不可能达到。故A错误； B．单晶体具有各向异性，但不一定是光学性质的各向异性，故B错误； C．第二类永动机违背热力学第二定律而不违背热力学第一定律，故C错误； D．假设气凝胶分子占据空间是球形且紧密排列的，球体体积公式为 每个分子占据空间体积为 解得相邻气凝胶分子平均间距，故D正确。 故选D。 20. 下列有关热现象的说法正确的是（　　） A．所有晶体都有固定的形状、固定的熔点和沸点 B．“压青苗”是用磙子压紧土壤，这是为了破坏土壤里的毛细管，保存地下水分 C．毛细现象是浸润和不浸润及液体表面张力作用形成的现象，现象是否明显与液体种类和毛细管材料有关 D．第二类永动机虽然不违背能量守恒定律，但违背热力学第二定律 【答案】CD 【详解】A．所有晶体都有固定的熔点和沸点，但多晶体在宏观上没有固定的形状，故A错误； B．“压青苗”是用磙子压紧土壤，是为了形成更多更细的毛细管，让地下水分沿毛细管上升，滋润青苗，故B错误； C．毛细现象是浸润和不浸润及液体表面张力作用形成的现象，不同液体表面张力系数不同，不同材料对液体的浸润情况也不同，所以现象是否明显与液体种类和毛细管材料有关，故C正确； D．第二类永动机虽然不违背能量守恒定律，但违背热力学第二定律，故D正确。 故选 CD。 21. 全球能源互联网发展合作组织与国家气候中心2025年4月21日联合发布《2025年全球新能源发电年景预测报告》。能源问题是当今世界最为重要的问题之一，热力学的研究对能源利用率的提高起到了关键作用，为热机的设计与制造提供了足够的理论支持。关于热机和热力学定律，以下表述正确的是（　　） A．第二类永动机并没有违背能量守恒定律，故热机的效率可能达到100% B．因为能量守恒，随着科技的发展，能量可以循环利用，从而可以解决能源危机问题 C．一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行 D．热力学第二定律可表述为“不可能使热量由低温物体传递到高温物体” 【答案】C 【详解】．第二类永动机并没有违背能量守恒定律，但根据热力学第二定律可知，热机的效率不可能达到，故错误； ．虽然能量守恒，由于使用后能量的品质降低，可利用的能源会越来越少，使能源危机仍然存在，我们在日常的生产生活中要养成节约能源的习惯，故错误； ．由熵增原理可知，一切自然过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行，故正确。 ．热力学第二定律可表述为“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”，故错误。 故选。 22. 关于热力学定律，下面说法正确的是（　　） A．第二类永动机不能制成，是因为违背了能量守恒定律 B．在孤立系统中，一个自发的过程总是向熵增加的方向进行 C．内能可全部转换为机械能，而不引起其他变化 D．物体向外界释放热量，物体的温度一定会降低 【答案】B 【详解】A．第二类永动机不能制成，是因为违背了热力学第二定律，但不违背能量守恒定律，选项A错误； B．一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行，即向熵增大的方向进行，所以热力学第二定律也叫熵增加原理，故B正确； C．根据热力学第二定律可知，内能可全部转换为机械能，但要引起其他变化，选项C错误； D．物体向外界释放热量，若外界对物体做功，则物体的温度不一定会降低，选项D错误。 故选B。 23. 下列说法正确的是（　　） A．第二类永动机不可能制成，是因为违反了能量守恒定律 B．物理性质表现为各向同性的固体一定是非晶体 C．如图所示，液体在器壁附近的液面发生弯曲的现象，表面层Ⅰ内分子的分布比液体内部疏 D．一定质量的0℃的冰融化成0℃的水，分子势能减小 【答案】C 【详解】A．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，故A错误； B．物理性质表现为各向同性的固体不一定是非晶体，也可能是多晶体，故B错误； C．液体表面具有收缩的趋势，即液体表面表现为张力，液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离，密度较小，故表面层Ⅰ内分子的分布比液体内部疏，故C正确； D．相同质量的0℃的冰熔化成0℃水需要吸热，内能增大；温度相等，分子平均动能相等，则一定质量的0℃的冰融化成0℃的水，分子势能增大，故D错误。 故选C。 24. 如图所示，汽缸内盛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，现通过活塞杆使活塞缓慢地向右移动，这样气体将等温膨胀并通过活塞对外做功。若已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法中正确的是（　　）    A．气体是从单一热源吸热，并全部用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律 B．气体是从单一热源吸热，但并未全部用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律 C．气体是从单一热源吸热，并全部用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律 D．气体不是从单一热源吸热，且并未全部用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律 【答案】C 【详解】汽缸壁是导热的，外界环境温度不变，活塞杆与外界连接并使其缓慢地向右移动过程中，有足够时间进行热交换，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库即外部环境吸收热量，全部用来对外做功才能保证内能不变，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F对活塞做功，此过程不可能发生。 故选C。 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 3.3-3.4 能量守恒定律 热力学第二定律 一、能量守恒定律 1 二、热力学第二定律两种表述 4 三、第二类永动机不可制成 6 一、能量守恒定律 1. 下列关于第一类永动机的说法正确的是（　　） A．第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断对外做功的机器 B．随着科技的发展，第一类永动机是可以制成的 C．第一类永动机不可能制成的原因是技术问题 D．第一类永动机不可能制成的原因是违背了能量守恒定律 2. 宋朝开庆年间，宋军发明的管状火器——突火枪（如图甲），是世界上第一种发射子弹的步枪。突火枪以厚竹筒为枪管，内部装填火药与子弹，点燃引线引爆火药后，瞬间完成燃烧，子弹开始加速运动，至子弹出枪管前可认为枪管中的气体质量不变，该过程中气体压强p与体积V的关系图像如图乙所示，S1、S2为ABC和BCED区域的面积，忽略子弹与枪管之间的摩擦力，则子弹射出枪管时的动能大小可表示为（　　） A．S1 B．S2 C． D． 3. 小丽利用如图1所示的甲、乙和丙三套装置完成热学实验，液体1和2的质量相同，燃料A和B的质量也相同。 (1)同时点燃三套装置的燃料，对液体进行加热，每隔半分钟记录液体升高的温度，直至燃料全部烧完。小丽根据记录的数据绘制出对应装置中液体升高温度与时间关系图线，如图2所示（设燃料完全燃烧且放出的热量全被液体吸收，同种燃料燃烧情况完全相同）。 ①通过图1中 （选填“甲”“乙”或“丙”）两套装置，可比较燃料A和B的热值，燃料完全燃烧放出的热量，是通过 （选填“温度计上升的示数”或“加热时间”）来反映； ②通过图1中的 （选填“甲”“乙”或“丙”）两套装置，可比较液体1和液体2的比热容； ③图2中图线c表示的是燃料 （选填“A”或“B”）对液体加热的过程； ④若液体1的比热容大于液体2的比热容，则乙装置对应的图线是图2中的 （选填“a”“b”或“c”）。 (2)若图1甲烧杯中为500g水，用10g酒精完全燃烧，放出的热量全部被水吸收时，温度计示数升高了20℃，水的比热容为J/（kg·℃），则酒精的热值是 J/kg，实际由于酒精未完全燃烧及热量散失，这种方法测出的燃料热值比实际值 （选填“大”或“小”）。 4. 约翰·维尔金斯设计了一种磁力“永动机”，如图所示，在斜坡顶上放一块强有力的磁铁，斜坡上端有一个小孔，斜面下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道。维尔金斯认为∶如果在斜坡底端放一个小铁球，那么由于磁铁的吸引，小铁球就会向上运动，当小球运动到小孔P处时，它就要掉下，再沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端Q，由于有速度而可以对外做功，然后又被磁铁吸引回到上端，到小孔P处又掉下。关于维尔金斯“永动机”，正确的认识应该是（　　） A．一定不可能实现 B．如果忽略斜面的摩擦，维尔金斯“永动机”一定可以实现 C．如果忽略斜面的摩擦，铁球质量较小，磁铁磁性又较强，则维尔金斯“永动机”可以实现 D．违背能量守恒定律 5. 观察图片回答下列问题： (1)如图甲是真空玻璃罩中的弹性皮球弹跳的频闪照片，皮球弹跳的最大高度越来越低，它的机械能哪里去了？ (2)图甲中皮球在木板上弹跳，最终停止运动(玻璃罩绝热)，皮球和木板的机械能及内能之和变化吗？ (3)如图乙，一部充满电的手机，单纯听音乐能用40小时，如果同时亮屏能用9小时，如果打电话能用5小时，这些过程说明能量的转化有什么特点？ (4)根据以上活动以及机械能守恒定律、热力学第一定律，可以有什么猜想？ 6. 如图所示，这是中国传统玩具饮水鸟。在鸟的面前放上一杯水，用手把鸟嘴浸到水里，小鸟“喝”了一口后，又直立起来。之后，无需人的干预，小鸟直立一会儿就会自己俯下身去使鸟嘴浸入水中“喝”水，然后又会直立起来。就这样周而复始，小鸟不停地点头“喝”水，则下列说法正确的是（　　） A．饮水鸟上下运动的能量来源于周围空气的内能 B．水杯中的水干了之后，小鸟还能点头“喝”水 C．这种玩具饮水鸟是一架永动机 D．此现象违背了热力学第一定律 7. 下列对能量转化和守恒定律的认识错误的是（　　） A．某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加 B．某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加 C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的 D．石子从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了 8. 在最近几年的空调市场上出现一个新宠——变频空调，据专家介绍变频空调比定频的要节能，因为定频空调开机时就等同于汽车启动时，很耗能，是正常运行的5~7倍。空调在工作时达到设定温度就停机，等温度高了再继续启动。这样的频繁启动，耗电多，而变频空调启动时有一个由低到高的过程，而运行过程是自动变速来保持室内温度，从开机到关机中间不停机。而是达到设定温度后就降到最小功率运行，所以比较省电。阅读上述介绍后，探究以下说法中合理的是（　　） A．变频空调节能，运行中不遵守能量守恒定律 B．变频空调运行中做功少，转化能量多 C．变频空调在同样工作条件下运行效率高，省电 D．变频空调与定频空调做同样功时，消耗同样电能 二、热力学第二定律两种表述 9. 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散失的能量重新收集、加以利用。下列关于能量耗散的说法中正确的是（　　） A．能量耗散说明能量守恒定律不正确 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不守恒 D．能量耗散是从能量转化的角度，反映出自然界中的宏观过程具有方向性 10. 下列说法正确的是（　　） A．热量不可以从低温物体传给高温物体 B．第一类永动机违背了能量守恒定律 C．机械能可以自发地全部转化为内能，内能也可以全部转化为机械能而不引起其他变化 D．第二类永动机是不能制造出来的，尽管它不违反能量守恒定律，但它违反了热力学第二定律 11. 如图所示，为电冰箱的工作原理示意图，压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环，在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外。下列说法正确的是（　　） A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外 B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能 C．电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律 D．电冰箱的工作原理违反热力学第二定律 12. 关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列说法正确的是（　　） A．一定质量的理想气体经历一缓慢的绝热膨胀过程，气体的内能减少 B．气体向真空的自由膨胀是不可逆的 C．第一类永动机不可能制成是因为违背了热力学第二定律 D．热力学第二定律可描述为“不可能使热量由低温物体传递到高温物体” 13. 关于热力学定律，下列说法正确的是（　　） A．对某物体做功，必定会使该物体的内能增加 B．质量一定的某种理想气体吸收热量后温度一定升高 C．不可能使热量从低温物体传向高温物体 D．功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程 14. 根据热力学第二定律，可知下列说法中正确的是（　　） A．热量能够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 B．热量能够从高温物体传到低温物体，也可以从低温物体传到高温物体 C．机械能可以全部转化为内能 D．内能可以全部转化为机械能而不引起其他变化 15. 能源是当今社会快速发展面临的一大难题。由此，人们想到了永动机，关于第二类永动机，4名同学各有以下观点。 甲：第二类永动机违反了能量守恒定律，因此不可能制造成功。 乙：第二类永动机不违反能量守恒定律，之所以还没制造成功，是因为科技还不够先进。 丙：只要没有摩擦、漏气因素导致的能量损失，第二类永动机就有可能制造成功。 丁：内能与机械能之间的转化具有方向性才是第二类永动机不可能制成的原因。 你认为以上观点正确的是（　　） A．甲 B．乙 C．丙 D．丁 16. 一物理实验爱好者用形状记忆合金研究“永动机”。形状记忆合金具有形状记忆效应，以记忆合金制成的弹簧为例，把这种弹簧放在热水中，弹簧的长度立即伸长，再放到冷水中，它会立即恢复原状。如图所示，“永动机”转轮由九根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用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。下列说法不正确的是（　　） A．转轮转动的过程中克服阻力做功，要维持转轮转动需要外力做功 B．转轮转动的能量来自热水 C．转动的叶片不断搅动热水过程，水温升高 D．转轮的叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量 三、第二类永动机不可制成 17. 根据热力学第二定律可知，下列说法中正确的是（　　） A．不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化 B．没有冷凝器，只有单一的热库，能将从单一热库吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机是可以实现的 C．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 D．如果没有摩擦、漏气等，热机效率可以达到100% 18. 下列说法中正确的是（　　） A．在绝热条件下压缩气体，气体的内能一定增加 B．布朗运动是液体分子的运动，它说明分子永不停息地做无规则运动 C．第二类永动机不违反能量守恒定律，所以它是能制造出来的 D．若一定质量的理想气体在被压缩的同时放出热量，则气体内能一定减小 19. 关于热学知识，下列说法正确的是（　　） A．尽管科技不断进步，热机的效率仍不能达到100%，制冷机却可以使温度降到-293℃ B．单晶体的光学性质一定各向异性 C．第二类永动机不可能制成是因为违背了热力学第一定律 D．若某固体气凝胶的密度为，摩尔质量为，阿伏加德罗常数为，在忽略分子间隙的情况下，相邻气凝胶分子平均间距（类似固体分子的直径）为 20. 下列有关热现象的说法正确的是（　　） A．所有晶体都有固定的形状、固定的熔点和沸点 B．“压青苗”是用磙子压紧土壤，这是为了破坏土壤里的毛细管，保存地下水分 C．毛细现象是浸润和不浸润及液体表面张力作用形成的现象，现象是否明显与液体种类和毛细管材料有关 D．第二类永动机虽然不违背能量守恒定律，但违背热力学第二定律 21. 全球能源互联网发展合作组织与国家气候中心2025年4月21日联合发布《2025年全球新能源发电年景预测报告》。能源问题是当今世界最为重要的问题之一，热力学的研究对能源利用率的提高起到了关键作用，为热机的设计与制造提供了足够的理论支持。关于热机和热力学定律，以下表述正确的是（　　） A．第二类永动机并没有违背能量守恒定律，故热机的效率可能达到100% B．因为能量守恒，随着科技的发展，能量可以循环利用，从而可以解决能源危机问题 C．一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行 D．热力学第二定律可表述为“不可能使热量由低温物体传递到高温物体” 22. 关于热力学定律，下面说法正确的是（　　） A．第二类永动机不能制成，是因为违背了能量守恒定律 B．在孤立系统中，一个自发的过程总是向熵增加的方向进行 C．内能可全部转换为机械能，而不引起其他变化 D．物体向外界释放热量，物体的温度一定会降低 23. 下列说法正确的是（　　） A．第二类永动机不可能制成，是因为违反了能量守恒定律 B．物理性质表现为各向同性的固体一定是非晶体 C．如图所示，液体在器壁附近的液面发生弯曲的现象，表面层Ⅰ内分子的分布比液体内部疏 D．一定质量的0℃的冰融化成0℃的水，分子势能减小 24. 如图所示，汽缸内盛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，现通过活塞杆使活塞缓慢地向右移动，这样气体将等温膨胀并通过活塞对外做功。若已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法中正确的是（　　）    A．气体是从单一热源吸热，并全部用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律 B．气体是从单一热源吸热，但并未全部用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律 C．气体是从单一热源吸热，并全部用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律 D．气体不是从单一热源吸热，且并未全部用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $