3.3 热力学第二定律 讲义 -2025-2026学年高二下学期物理同步复习（粤教版选择性必修第三册）

本高中物理讲义聚焦热力学第二定律这一核心知识点，系统梳理热传导的方向性、机械能与内能转化的方向性，明确热力学第二定律的两种表述及“自然界热现象宏观过程具有方向性”的实质，构建从现象观察到定律理解再到应用分析（如第二类永动机不可制成）的学习支架。 资料以“知识点系统梳理+情境化习题设计”为亮点，通过气闸舱气体膨胀、电冰箱制冷等实例，引导学生运用能量观念分析问题，培养科学推理能力。课中辅助教师清晰呈现知识逻辑，课后通过单选、多选等多样化习题，帮助学生巩固理解，查漏补缺。

第3章第3.3节 热力学第二定律 题型1 热力学第二定律的不同表述与理解 题型2 第二类永动机不可能制成 ▉题型1 热力学第二定律的不同表述与理解 【知识点的认识】 热力学第二定律 1．热传导的方向性 ①热量可以自发地从高温物体传递给低温物体． ②热量从低温物体传递给高温物体，必须借助外界的帮助． 2．机械能内能转化方向性 ①热机 定义：把内能转化为机械能的机器． 能量：Q1＝W+Q2 效率：η100% ②机械能可以自发地全部转化为内能，而内能全部转化为机械能必须受外界影响或引起外界变化． 3．第二类永动机不可制成 ①定义：从单一热源吸收的热量，可以全部用来做功，而不引起其他变化的机器．即：效率η＝100%的机器． ②原因：违背了热力学第二定律，但没有违背能量守恒定律 4．热力学第二定律 ①两种表述： Ⅰ．不可能使热量从低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化． Ⅱ．不可能从单一热源吸收热量并全部用来做功，而不引起其他变化． ②实质：自然界中涉及到的热现象的宏观过程都具有方向性． ③热力学第二定律是独立于第一定律的． 5．能量耗散 ①定义：无法重新收集和利用的能量，这种现象为能量耗散． ②反映了热现象宏观过程的方向性． 1．关于热力学定律，下列说法正确的是（　　） A．气体吸热后温度一定升高 B．热量不可能从低温物体传到高温物体 C．若系统A和系统B之间达到热平衡，则它们的温度一定相同 D．只要对内燃机不断改进，就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能 2．气闸舱是载人航天器中供航天员进入太空或由太空返回时所使用的气密性装置，其原理图如图所示。座舱A与气闸舱B之间装有阀门K，座舱A中充满空气，气闸舱B内为真空。航天员从太空返回气闸舱时，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，则（　　） A．气体体积膨胀，对外做功，内能减小 B．B中气体可自发地全部退回到A中 C．在自由膨胀过程中，所有气体分子的运动方向相同 D．气体分子单位时间内与A舱壁单位面积上的碰撞次数将减少 3．下列说法正确的是（　　） A．气体压强越大，气体分子的平均动能就越大 B．自然界中涉及热现象的宏观过程都具有方向性 C．凡是遵守热力学第一定律的过程都一定能够发生 D．在绝热过程中，外界对气体做功，气体的内能减小 4．对于热力学第二定律的理解，下列说法正确的是（　　） A．凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递过程中，热量能从高温物体传递给低温物体，而不能从低温物体传递给高温物体 B．机械能可以全部转化为内能，但内能无法全部用来转化成机械能而不引起其他变化 C．在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵会越来越小 D．第一类永动机违反了热力学第二定律 5．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．热量可以自发地从低温的冰箱内传到高温的冰箱外 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．电冰箱的工作原理违反了热力学第一定律 D．电冰箱的工作效率可达到100% 6．如图所示，两种不同的金属组成一个回路，接触头1置于热水杯中，接触头2置于冷水杯中，此时回路中电流计发生偏转，这是温差电现象。假设此过程电流做功为W，接触头1从热水中吸收的热量为Q1，冷水从接触头2吸收的热量为Q2，根据热力学第二定律可得（　　） A．Q1＝W B．Q1＞W C．Q1＜Q2 D．Q1+Q2＝W （多选）7．下列说法正确的是（　　） A．能够从单一热库吸收热量，使之完全变成功 B．零摄氏度的水比等质量的零摄氏度的冰分子势能大 C．漂浮在水面上的花粉颗粒越大，撞击花粉颗粒的水分子越多，布朗运动反而越不明显 D．受潮后粘在一起的蔗糖没有固定的形状，所以蔗糖是非晶体 E．气体的温度越高，每个气体分子的动能都越大 （多选）8．下列说法正确的是（　　） A．晶体一定具有固定的熔点，但不一定具有规则的几何外形 B．当两分子间的作用力表现为斥力时，分子间的距离越大，分子势能越大 C．一定质量的理想气体，如果在某个过程中温度保持不变而吸收热量，则在该过程中气体的压强一定减小 D．第二类永动机是不能制造出来的，因为它违反了能量守恒定律 E．密封在钢瓶内的气体，若温度升高，则气体分子对器壁单位面积上的平均作用力增大 （多选）9．下列说法正确的是（　　） A．叶面上的小露珠呈球形是由于液体表面张力的作用 B．布朗运动就是分子的无规则运动，可用显微镜观察到 C．无论技术怎样改进，热机的效率都不能达到100% D．单晶体和多晶体都有确定的熔点和凝固点 E．已知某种气体的密度为ρ，摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA，则该气体分子的直径可以表示为 ▉题型2 第二类永动机不可能制成 【知识点的认识】 1.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.第二类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第二定律． 3.两类永动机的比较 10．对下列四幅图涉及的相关物理知识的描述正确的是（　　） A．图甲为布朗运动产生原因的示意图，颗粒越大，布朗运动越明显 B．从图乙可知当分子间的距离小于r0时，分子间距变小，分子势能变大 C．图丙所示的液体表面层，分子之间只存在相互作用的引力 D．图丁中为第一类永动机的其中一种设计方案，其不违背热力学第一定律，但违背了热力学第二定律 学科网（北京）股份有限公司 $ 第3章第3.3节 热力学第二定律 题型1 热力学第二定律的不同表述与理解 题型2 第二类永动机不可能制成 ▉题型1 热力学第二定律的不同表述与理解 【知识点的认识】 热力学第二定律 1．热传导的方向性 ①热量可以自发地从高温物体传递给低温物体． ②热量从低温物体传递给高温物体，必须借助外界的帮助． 2．机械能内能转化方向性 ①热机 定义：把内能转化为机械能的机器． 能量：Q1＝W+Q2 效率：η100% ②机械能可以自发地全部转化为内能，而内能全部转化为机械能必须受外界影响或引起外界变化． 3．第二类永动机不可制成 ①定义：从单一热源吸收的热量，可以全部用来做功，而不引起其他变化的机器．即：效率η＝100%的机器． ②原因：违背了热力学第二定律，但没有违背能量守恒定律 4．热力学第二定律 ①两种表述： Ⅰ．不可能使热量从低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化． Ⅱ．不可能从单一热源吸收热量并全部用来做功，而不引起其他变化． ②实质：自然界中涉及到的热现象的宏观过程都具有方向性． ③热力学第二定律是独立于第一定律的． 5．能量耗散 ①定义：无法重新收集和利用的能量，这种现象为能量耗散． ②反映了热现象宏观过程的方向性． 1．关于热力学定律，下列说法正确的是（　　） A．气体吸热后温度一定升高 B．热量不可能从低温物体传到高温物体 C．若系统A和系统B之间达到热平衡，则它们的温度一定相同 D．只要对内燃机不断改进，就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能 【答案】C 【解答】解：A．由热力学第一定律得，如果气体吸热的同时对外做功，且做功的数值大于吸收的热量，则气体的内能减少，温度降低，故A错误； B．根据热力学第二定律，热量不可能自发地从低温物体传递到高温物体，但像冰箱等电器可以把热量从低温物体传到高温物体，要消耗一定的电能，不是自发的，故B错误； C．根据热平衡定律可知，若系统A和系统B之间达到热平衡，则它们的温度一定相同，故C正确； D．根据热力学第二定律，不管对内燃机如何改进，也不可能把内燃机得到的全部内能转化为机械能，故D错误。 故选：C。 2．气闸舱是载人航天器中供航天员进入太空或由太空返回时所使用的气密性装置，其原理图如图所示。座舱A与气闸舱B之间装有阀门K，座舱A中充满空气，气闸舱B内为真空。航天员从太空返回气闸舱时，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，则（　　） A．气体体积膨胀，对外做功，内能减小 B．B中气体可自发地全部退回到A中 C．在自由膨胀过程中，所有气体分子的运动方向相同 D．气体分子单位时间内与A舱壁单位面积上的碰撞次数将减少 【答案】D 【解答】解：A.由于气闸舱B内为真空，所以气体在膨胀过程中不会对外做功，又系统与外界没有热交换，则气体内能不变，故A错误； B.根据热力学第二定律可知，一切与热现象有关的宏观变化都是不可逆的，故B中气体不可能自发地全部退回到A中，故B错误； C.分子是永不停息地做无规则运动，在自由膨胀过程中，气体分子的运动方向并不都相同，故C错误； D.气体体积变大，分子数密度减小，温度不变，分子平均动能不变，平均速率不变，所以气体分子单位时间对座舱壁单位面积碰撞的次数将变少，故D正确。 故选：D。 3．下列说法正确的是（　　） A．气体压强越大，气体分子的平均动能就越大 B．自然界中涉及热现象的宏观过程都具有方向性 C．凡是遵守热力学第一定律的过程都一定能够发生 D．在绝热过程中，外界对气体做功，气体的内能减小 【答案】B 【解答】解：A、温度是分子平均动能的标志，所以温度的高低决定分子平均动能的大小与压强无关，故A错误 B、自然界中涉及热现象的宏观过程都具有方向性，故B正确 C、满足热力学第一定律并不一定满足热力学第二定律，故C错误 D、由ΔU＝W+Q可知，绝热Q＝0，当外界对气体做功时W为正，故内能一定增加，故D错误 故选：B。 4．对于热力学第二定律的理解，下列说法正确的是（　　） A．凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递过程中，热量能从高温物体传递给低温物体，而不能从低温物体传递给高温物体 B．机械能可以全部转化为内能，但内能无法全部用来转化成机械能而不引起其他变化 C．在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵会越来越小 D．第一类永动机违反了热力学第二定律 【答案】B 【解答】解：A．热量自发传递方向是从高温到低温，但外界做功时（如制冷机），热量可从低温传向高温，故A错误； B．机械能可完全转化为内能（如摩擦生热），但内能转化为机械能需伴随其他变化，故B正确； C．孤立系统的熵在自然过程中永不减少，总熵会增大或不变，不会减小，故C错误； D．第一类永动机违反能量守恒，第二类永动机才违反热力学第二定律，故D错误。 故选：B。 5．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．热量可以自发地从低温的冰箱内传到高温的冰箱外 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．电冰箱的工作原理违反了热力学第一定律 D．电冰箱的工作效率可达到100% 【答案】B 【解答】解：ABD、根据热力学第二定律，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，必须借助于其他系统做功，电冰箱的工作效率不可能达到100%，故AD错误，B正确； C、热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律，是能量守恒定律的具体表现，适用于所有的热现象，故C错误。 故选：B。 6．如图所示，两种不同的金属组成一个回路，接触头1置于热水杯中，接触头2置于冷水杯中，此时回路中电流计发生偏转，这是温差电现象。假设此过程电流做功为W，接触头1从热水中吸收的热量为Q1，冷水从接触头2吸收的热量为Q2，根据热力学第二定律可得（　　） A．Q1＝W B．Q1＞W C．Q1＜Q2 D．Q1+Q2＝W 【答案】B 【解答】解：热水是系统能量的来源，接触头1从热水中吸收的热量Q1，一部分转化为电流做功W，另一部分能量被冷水吸收， 则有：Q1＝W+Q2，即Q1＞W，故B正确、ACD错误。 故选：B。 （多选）7．下列说法正确的是（　　） A．能够从单一热库吸收热量，使之完全变成功 B．零摄氏度的水比等质量的零摄氏度的冰分子势能大 C．漂浮在水面上的花粉颗粒越大，撞击花粉颗粒的水分子越多，布朗运动反而越不明显 D．受潮后粘在一起的蔗糖没有固定的形状，所以蔗糖是非晶体 E．气体的温度越高，每个气体分子的动能都越大 【答案】ABC 【解答】解：A.可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，但必然会引起其它的变，故A正确； B.零摄氏度的冰变化成了零摄氏度的水的过程要吸热，所以零摄氏度的水比等质量的零摄氏度的冰的内能大。由于温度相同，分子平均动能相同，所以水的分子势能就较大，故B正确； C.悬浮在液体中小颗粒周围有大量的液体分子，由于液体分子对悬浮微粒无规则撞击，造成小颗粒受到的冲力不平衡而引起小颗粒的运动，撞击它的分子数越多，布朗运动越不明显，故C正确； D.蔗糖受潮后粘在一起形成的糖块看起来没有确定的几何形状，但不是非晶体，而是多晶体，故D错误； E.温度是分子的平均动能的标志，温度升高时，分子的平均动能增大，但并不是所有分子动能均增大，故E错误。 故选：ABC。 （多选）8．下列说法正确的是（　　） A．晶体一定具有固定的熔点，但不一定具有规则的几何外形 B．当两分子间的作用力表现为斥力时，分子间的距离越大，分子势能越大 C．一定质量的理想气体，如果在某个过程中温度保持不变而吸收热量，则在该过程中气体的压强一定减小 D．第二类永动机是不能制造出来的，因为它违反了能量守恒定律 E．密封在钢瓶内的气体，若温度升高，则气体分子对器壁单位面积上的平均作用力增大 【答案】ACE 【解答】解：A．晶体分单晶体和多晶体，晶体都具有固定的熔点，单晶体有规则的几何形状，而多晶体没有规则的几何外形，故A正确； B．当两分子间的作用力表现为斥力时，分子间的距离增大过程中分子力做正功，分子势能越小，故B错误； C．如果在某个过程中温度保持不变而吸收热量，根据热力学第一定律，内能不变，吸收热量，则功是负值，所以气体体积增大；一定质量的理想气体温度不变，体积增大，根据理想气体的状态方程可知在该过程中气体的压强一定减小，故C正确； D．第二类永动机是不能制造出来的，不是因为它违反了能量守恒定律，因为它违反了热力学第二定律，故D错误； E．密封在钢瓶内的气体，若温度升高，分子的平均动能增大，钢瓶体积不变，结合气体压强的微观意义可知，气体分子对器壁单位面积上的平均作用力增大，故E正确。 故选：ACE。 （多选）9．下列说法正确的是（　　） A．叶面上的小露珠呈球形是由于液体表面张力的作用 B．布朗运动就是分子的无规则运动，可用显微镜观察到 C．无论技术怎样改进，热机的效率都不能达到100% D．单晶体和多晶体都有确定的熔点和凝固点 E．已知某种气体的密度为ρ，摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA，则该气体分子的直径可以表示为 【答案】ACD 【解答】解：A、液体表面张力使其表面积具有收缩到最小趋势，叶面上的小露珠呈球形是由于液体表面张力的作用，故A正确； B、布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的运动，不是液体分子的无规则运动，而是液体分子无规则运动的反映，故B错误； C、根据热力学第二定律可知，无论技术怎样改进，热机的效率都不能达到100%，故C正确； D、单晶体和多晶体都有确定的熔点和凝固点，故D正确； E、单个气体分子的质量为 可得该气体分子的直径可以表示为：，故E错误。 故选：ACD。 ▉题型2 第二类永动机不可能制成 【知识点的认识】 1.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.第二类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第二定律． 3.两类永动机的比较 10．对下列四幅图涉及的相关物理知识的描述正确的是（　　） A．图甲为布朗运动产生原因的示意图，颗粒越大，布朗运动越明显 B．从图乙可知当分子间的距离小于r0时，分子间距变小，分子势能变大 C．图丙所示的液体表面层，分子之间只存在相互作用的引力 D．图丁中为第一类永动机的其中一种设计方案，其不违背热力学第一定律，但违背了热力学第二定律 【答案】B 【解答】解：A．在甲图所示的情境中，悬浮于液体中的微粒尺寸越大，其布朗运动的显现便越为微弱。这是因为大颗粒受到来自液体分子更多、更均衡的碰撞，从而运动的无规则性减弱，故A错误； B．从图乙可知当分子间的距离小于r0时，分子间距变小，分子力做负功，分子势能变大，故B正确； C．分子间同时存在引力和斥力，液体表面是分子间作用力的合力为引力，故C错误； D．图丁中为第一类永动机的其中一种设计方案，其违背热力学第一定律，故D错误。 故选：B。 学科网（北京）股份有限公司 $