第11讲：能量守恒定律、热力学第二定律【五大考点+五大题型】-2025-2026学年高二下学期物理精讲与精练高分突破考点专题系列（人教版选择性必修第三册）

该高中物理讲义以“能量守恒定律、热力学第二定律”为核心，通过考点框架（五大考点）、知识点分点解析（热力学定律、能量守恒等）及对比表格（如热力学定律比较、两类永动机比较）系统构建知识脉络，突出热力学第二定律两种表述、熵增加原理等重难点，明晰三大定律内在逻辑联系。 讲义亮点在于分题型设计（典例+变式），如题型一通过“石子落地能量变化”等实例强化能量观念，题型四结合气体扩散分析熵增原理培养科学思维。技巧归纳（符号规定、过程分析）助力基础学生掌握方法，综合练习（单选+多选）满足不同层次需求，为教师实施分层教学提供精准支持。

第11讲：能量守恒定律、热力学第二定律 · 考点一：能量守恒 第一类永动机 · 考点二：热力学第二定律的两种表述 · 考点三：第二类永动机问题 · 考点四：熵和熵的增加原理 · 考点五：热力学三大定律区别与联系 知识点01、热力学第一定律 1．改变内能的两种方式：做功与传热．两者对改变系统的内能是等价的． 2．热力学第一定律：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和． 技巧归纳： 1．对公式ΔU＝Q＋W符号的规定 符号 W Q ΔU ＋ 体积减小，外界对热力学系统做功 热力学系统吸收热量 内能增加 － 体积增大，热力学系统对外界做功 热力学系统放出热量 内能减少 2.气体状态变化的几种特殊情况 (1)绝热过程：Q＝0，则ΔU＝W，系统内能的增加(或减少)量等于外界对系统(或物体对外界)做的功． (2)等容过程：W＝0，则ΔU＝Q，物体内能的增加量(或减少量)等于系统从外界吸收(或系统向外界放出)的热量． (3)等温过程：始末状态一定质量理想气体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对系统做的功等于系统放出的热量(或系统吸收的热量等于系统对外界做的功)． 3．判断气体是否做功的方法 一般情况下看气体的体积是否变化． ①若气体体积增大，表明气体对外界做功，W<0. ②若气体体积减小，表明外界对气体做功，W>0. 知识点02：能量守恒定律 1．能量的存在形式及相互转化 (1)各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有电磁能、化学能、核能等． (2)各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化．例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能． 2．能量守恒的两种表达 (1)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等． (2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等． 知识点03．第一类永动机不可能制成的原因分析 如果没有外界供给热量而对外做功，由ΔU＝W＋Q知，系统内能将减小．若想源源不断地做功，在无外界能量供给的情况下是不可能的． 知识点1、热力学第二定律 1．定义：在物理学中，反映宏观自然过程的方向性的定律． 2．热力学第二定律的克劳修斯表述： 热量不能自发地从低温物体传到高温物体．阐述的是传热的方向性． 3．热力学第二定律的开尔文表述： (1)热机 ①热机工作的两个阶段：第一个阶段是燃烧燃料，把燃料中的化学能变成工作物质的内能；第二个阶段是工作物质对外做功，把自己的内能变成机械能． ②热机用于做功的热量一定小于它从高温热库吸收的热量，即W<Q. (2)热力学第二定律的开尔文表述：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．(该表述阐述了机械能与内能转化的方向性)． 4．热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是等价的．(选填“等价”或“不等价”) 知识点2、能源是有限的 1．能源：具有高品质的容易利用的储能物质． 2．能量耗散：使用的能源转化成内能分散在环境中不能自动聚集起来驱动机器做功，这样的转化过程叫作“能量耗散”． 3．能源的使用过程中虽然能的总量保持不变，但能量的品质下降了，能源减少了． 技巧归纳一：自然过程的方向性 (1)热传导具有方向性 两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，而低温物体不可能自发地将热量传给高温物体，要实现低温物体向高温物体传递热量，必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起其他变化． (2)气体的扩散现象具有方向性 两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为均匀的混合气体，但这种均匀的混合气体，决不会自发地分开，成为两种不同的气体． (3)机械能和内能的转化过程具有方向性 物体在地面上运动，因摩擦而逐渐停止下来，但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后，在地面上重新运动起来． (4)气体向真空膨胀具有方向性 气体可自发地向真空容器内膨胀，但绝不可能出现气体自发地从容器中流出，使容器内变为真空． 2．在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产生其他影响”“单一热库”“不可能”的含义 (1)“自发地”是指热量从高温物体“自发地”传给低温物体的方向性．在传递过程中不会对其他物体产生影响或借助其他物体提供能量等． (2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响．如吸热、放热、做功等． (3)“单一热库”：指温度均匀并且恒定不变的系统．若一系统各部分温度不相同或者温度不稳定，则构成机器的工作物质可以在不同温度的两部分之间工作，从而可以对外做功．据报道，有些国家已在研究利用海水上下温度不同来发电． (4)“不可能”：实际上热机或制冷机系统循环时，除了从单一热库吸收热量对外做功，以及热量从低温热库传到高温热库以外，过程所产生的其他一切影响，不论用任何的办法都不可能加以消除． 技巧归纳二、热力学第一定律和热力学第二定律的比较 1．两定律的比较 热力学第一定律 热力学第二定律 区别 是能量守恒定律在热力学中的表现，否定了创造能量和消灭能量的可能性，从而否定了第一类永动机 是关于在有限空间和时间内，一切和热现象有关的物理过程、化学过程具有不可逆性的经验总结，从而否定了第二类永动机 联系 两定律分别从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律，二者既相互独立，又相互补充，都是热力学的理论基础 2.两类永动机的比较 第一类永动机 第二类永动机 设计要求 不消耗任何能量，可以不断做功(或只给予很少的能量启动后，可以永远运动下去) 将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化(或只有一个热库，实现内能向机械能的转化) 不可能制成的原因 违背了能量守恒定律 违背了热力学第二定律 题型一：能量守恒 第一类永动机 【典例1】．（23-24高三上·天津北辰·开学考试）下列关于能量守恒定律的认识，不正确的是（　　） A．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明石子的能量消失了 B．对物体做功，物体的内能可能减小 C．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加 D．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加 【答案】A 【详解】A．根据能量守恒定律可知，石子从空中落下，最后停止在地面上，石子的能量并没有消失，石子的机械能转化成了内能，故A错误； B．做功与热传递可以改变物体的内能，对物体做功的同时，如果物体向外释放热，则物体的内能可能减小，故B正确； C．根据能量守恒定律可知，某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加，故C正确； D．根据能量守恒定律可知，某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加，故D正确。 本题选不正确的，故选A。 【变式1】．（25-26高二下·全国·课后作业）冲击摆实验装置如图所示，一水平飞行的子弹射入沙箱后与沙箱合为一体，共同摆起一定高度，在此过程中下列有关能量转化的说法正确的是（　　） A．子弹的动能转变成沙箱和子弹的内能 B．子弹的动能转变成沙箱和子弹的重力势能 C．子弹的动能转变成沙箱和子弹的动能 D．子弹的动能一部分转变成沙箱和子弹的内能，另一部分转变为沙箱和子弹的机械能 【答案】D 【详解】子弹在射入沙箱的过程中，要克服摩擦阻力做功，有一部分动能转变成沙箱和子弹的内能，一部分动能变成沙箱和子弹的机械能。 故选D。 【变式2】．．（25-26高二下·全国·课堂例题）永动机是不可能制成的，这是因为（ ） A．不符合机械能守恒定律 B．做功产生的热量不符合热功当量 C．违背了热力学第一定律 D．找不到合适的材料和合理的设计方案 【答案】C 【详解】第一类永动机是指不需要消耗任何能量就能对外做功的机器，因此第一类永动机不可能制成不是因为找不到合适的材料和合理的设计方案，而是因为它违背了热力学第一定律。 故选C。 【变式3】．．（23-24高二下·全国·课后作业）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。 题型二：热力学第二定律的两种表述 【典例2】．（24-25高二下·辽宁·阶段练习）某科技馆展示了一款新型节能空调。该空调制冷时，通过压缩机做功消耗电能，将热量从室内传递到温度更高的室外环境。在此过程中，部分电能转化为压缩机的机械能。下列判断正确的是（　　） A．热量从低温环境传递到高温环境的过程可以自发进行，无需外界干预 B．空调工作时，室内与外界组成的系统总熵可能保持不变 C．通过压缩机做功使热量从低温环境传至高温环境的过程，不违反热力学第二定律 D．部分电能转化为机械能，说明能量转化不具有方向性 【答案】C 【详解】A．热量自发传递是从高温到低温，从低温到高温不能自发，需外界干预（如空调压缩机做功），故A错误； B．空调工作时，消耗电能，电能最终转化为内能，使得室内与外界组成的系统总熵增加，故B错误； C．通过压缩机做功（外界干预）使热量从低温到高温，不违反热力学第二定律，故C正确； D．能量转化具有方向性，部分电能转化为机械能，是在一定条件下进行的，不能说明能量转化不具有方向性，故D错误。 故选C。 【变式1】．（24-25高二下·江苏连云港·期末）下列哪种现象违背热力学第二定律（　　） A．一杯热茶自然放置，慢慢变凉 B．桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥、水自动分离 C．一滴红色颜料滴进一杯清水中，整杯水将均匀地变红 D．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能，效率达100% 【答案】D 【详解】A．热茶自然变凉是热量自发地从高温物体传递到低温环境，符合热力学第二定律的表述，故A不符合题意。 B．泥水静置后分离是重力作用下颗粒沉降的过程，系统总熵可能因势能转化为热能而增加，不违背热力学第二定律，故B不符合题意。 C．颜料扩散是分子热运动导致的自发熵增过程，符合热力学第二定律，故C不符合题意。 D．热机效率达100%意味着所有内能完全转化为机械能而无其他影响，违背热力学第二定律中的“不可能从单一热源吸热全部做功而不引起其他变化”的表述，故D符合题意。 故选D。 【变式2】．（24-25高二下·甘肃庆阳·期末）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 【详解】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（如热机需放热到低温热源），故B正确； C．孤立系统的熵在自然过程中永不减少（熵增原理），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（热力学第一定律），第二类永动机才违反热力学第二定律，故D错误。 故选B。 【变式3】．（24-25高二下·内蒙古赤峰·期中）下列说法正确的是（　　） A．第一类永动机不可能制成是因为其违反了能量守恒定律 B．热量不可以从低温物体向高温物体传递 C．科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机 D．对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少，形成能源危机 【答案】A 【详解】A．第一类永动机试图不消耗能量而持续做功，直接违反能量守恒定律，因此无法实现。故A正确； B．热力学第二定律指出热量不能自发从低温传向高温，而不引起其他变化，故B错误； C．开尔文表述明确否定了单一热源热机的可能性，与科技水平无关，故C错误； D．能量总量守恒，但能源危机源于可用能量的减少（如能量耗散导致熵增），故D错误。 故选A。 题型三：第二类永动机问题 【典例3】．．（25-26高二下·全国·课后作业）下列关于第二类永动机的说法，正确的是（　　） A．第二类永动机不可能制成，因为违反了能量守恒定律 B．第二类永动机不可能制成，因为机械能和内能的转化过程具有方向性 C．第二类永动机不可能制成，因为同时违反了能量守恒定律和热力学第二定律 D．第二类永动机不可能制成，因为没有足够精细的制作工艺 【答案】B 【详解】A．第二类永动机不违反能量守恒定律（热力学第一定律），因为能量转化过程在理论上守恒，故A错误； B．第二类永动机违反热力学第二定律（开尔文表述），因为机械能和内能的转化过程具有方向性，即不可能从单一热源吸热并全部转化为功而不引起其他变化，故B正确； C．第二类永动机仅违反热力学第二定律，不违反能量守恒定律，故C错误； D．第二类永动机不可能制成是由于物理定律（热力学第二定律）的限制，而非工艺问题，故D错误。 故选B。 【变式1】．．（24-25高二下·云南昆明·阶段练习）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。 【变式2】．．（24-25高二下·全国·课后作业）关于对永动机的认识，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．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 C．两类永动机的实质和工作原理是相同的，都是人们的美好设想，是永远不会实现的 D．虽然第二类永动机不违反能量守恒定律，但仍不可制成 【答案】D 【详解】A．第一类永动机违反了能量的转化与守恒，不可能实现，故A错误； B．永动机需要对外做功，故B错误； D．第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，但仍不可制成，D正确； C．两类永动机的实质和工作原理是不相同的，故C错误。 故选D。 【变式3】．（23-24高二下·河北·期中）有人设想用降低海水温度的方法就可以得到大量的能量，相当于一个很好的永动机，关于这样的永动机，下列说法中正确的是（    ） A．这样做可以成功，因为它符合能量守恒定律 B．这样做不能成功，因为它违反热力学第一定律 C．这样做可以成功，因为它符合热力学第二定律 D．这样做不能成功，因为它违反热力学第二定律 【答案】D 【详解】第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，内能与机械能之间的转化具有方向性，这是第二类永动机不可能制成的原因。所以想用降低海水温度的方法就可以得到大量的能量而制成的永动机是不能成功的，因为它违反热力学第二定律。 故选D。 题型四：熵和熵的增加原理 【典例4】．（23-24高二下·全国·课后作业）下列关于热力学第二定律微观意义的说法正确的是（　　） A．从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律 B．一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行 C．有的自然过程向着分子热运动无序性增大的方向进行，有的自然过程沿着分子热运动无序性减小的方向进行 D．在自然过程中，一个孤立系统的总熵可能减小 【答案】A 【详解】A．从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律，故A正确； BC．根据嫡增加原理，一切自然过程总是向着分子热运动无序性增大的方向进行，故BC错误； D．根据热力学第二定律可知，在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵一定不会减小，故D错误。 故选A。 【变式1】．（2024·江苏南通·三模）如图所示，两个相通的容器P、Q间装有阀门K，P中充满气体，Q为真空，整个系统与外界没有热交换。打开阀门K后，P中的气体进入Q中，最终达到平衡，则（　　）    A．容器中气体的内能减少 B．容器中气体分子的平均动能增加 C．容器中气体分子的数密度减小 D．Q中的气体能自发地全部退回到P中去 【答案】C 【详解】AB．打开阀门K后，P中的气体进入Q中，由于Q内为真空，气体体积增大时并没有对外做功，分子势能不变，又因为系统没有热交换，由 可知，其气体内能不变，温度不变，则气体分子的平均动能不变，故AB错误； C．由于气体的体积增加，但气体分子数目不变，所以容器中气体分子的数密度减小，故C项正确； D．由热力学第二定律可知，自然界涉及热现象的宏观过程都具有方向性，则Q中气体不可能自发的全部退回到P中去，故D项错误。 故选C。 【变式2】．（23-24高二上·福建莆田·课后作业）对于孤立体系中发生的实际过程，下列说法中正确的是（　　） A．系统的总熵只能减小，不可能增加 B．系统的总熵可能增大，可能不变，还可能减小 C．系统逐渐从比较有序的状态向更无序的状态发展 D．系统逐渐从比较无序的状态向更加有序的状态发展 【答案】C 【详解】AB．由热力学第二定律可知，系统的熵只能增大，不可能减小，故AB错误； CD．系统只能自发地从比较有序的状态向更无序的状态发展，故C正确，D错误； 故选C。 【变式3】．．（22-23高二下·吉林长春·期中）对热力学第二定律理解，正确的是（　　） A．热力学第二定律是从另一个侧面阐述能量守恒定律 B．若消除热机的漏气、摩擦和热量损耗，热机效率可以达到 C．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不能全部转化为机械能 D．熵是系统内分子运动无序性的量度，一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展 【答案】D 【详解】 A．热力学第二定律从微观上阐述一个统计规律，它反映的是宏观自然过程中的方向性，而不是另一个侧面阐述能量守恒定律，故A错误； B．若消除热机的漏气、摩擦和热量损耗，热机效率也不可能达到，故B错误； C．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能也能全部转化为机械能，但要引起外界的变化，故C错误； D．熵是系统内分子运动无序性的量度，一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，故D正确。 故选D。 题型五：热力学三大定律区别与联系 【典例5】．（25-26高二下·全国·课后作业）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．对气体做功是改变其内能的唯一方式 C．理想气体等压膨胀过程一定放热 D．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体 【答案】D 【详解】A．根据热力学第一定律，气体吸热（）时，若同时对外做功（），内能可能不变或减小，温度不一定升高，故A错误； B．改变内能的方式有做功和热传递两种，对气体做功仅是其中一种方式，故B错误； C．理想气体等压膨胀时，由知体积增大导致温度升高，内能；同时气体对外做功，可得，由得，气体吸热，故C错误； D．热力学第二定律指出，热量不可能自发地（不引起其他变化）从低温物体传到高温物体，故D正确。 故选D。 【变式1】．（25-26高二下·全国·课后作业）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。 【变式2】．（24-25高二下·江苏徐州·阶段练习）根据热力学定律，下列说法错误的是（　　） A．电冰箱的工作表明，热量可以从低温物体向高温物体传递 B．第一类永动机不可能制成，是因为其违背了热力学第一定律；第二类永动机不可能制成，是因为其违背了热力学第二定律 C．科技的不断进步使得人类有可能生产出从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化的热机 D．即使没有漏气、摩擦、不必要的散热等损失，热机也不可以把燃料产生的内能全部转化为机械能 【答案】C 【详解】A. 电冰箱通过外界做功（电能驱动压缩机），使热量从低温物体（箱内）传递到高温物体（外部环境），符合热力学第二定律的克劳修斯表述，故A正确，不符合题意； B. 第一类永动机因违背热力学第一定律（能量守恒）无法制成；第二类永动机因违背热力学第二定律（无法从单一热源取热全部做功）无法制成，故B正确，不符合题意； C. 根据热力学第二定律的开尔文表述，不可能从单一热源吸热并全部转化为功而不引起其他变化。即使科技再进步，这一结论仍成立，故C错误，符合题意； D. 热力学第二定律指出，热机效率不可能达到100%，即使无能量损失，热量也无法全部转化为机械能，必须向低温热源放热，故D正确，不符合题意。 本题选错误的，故选C。 【变式3】．（24-25高二下·江苏南京·期末）在热学中，下列说法正确的是（　　） A．热力学第二定律告诉我们：机械能可以转化为内能，而内能不能转化为机械能 B．热量只能从高温物体传向低温物体，而不能从低温物体传向高温物体 C．第一类永动机不可制成是由于它违背了能量守恒定律 D．第二类永动机不可制成是由于它违背了能量守恒定律 【答案】C 【详解】A．热力学第二定律并未否定内能转化为机械能的可能性，而是强调这种转化需要条件（如存在温度差或外界做功），例如，热机可将部分内能转化为机械能，但会伴随热量散失，故A错误； B．热量自发传递方向是从高温到低温，但在外界干预时，如制冷机做功，热量可以从低温传向高温，故B错误； C．第一类永动机试图不消耗能量而持续对外做功，违背了能量守恒定律，故C正确； D．第二类永动机不违背能量守恒定律，但它试图从单一热源吸收热量并全部转化为功而不引起其他变化，违背了热力学第二定律，故D错误。 故选C。 一、单选题 1．（24-25高二下·四川绵阳·阶段练习）关于热力学定律，下列说法正确的是（　　） A．当墨水均匀扩散到整杯清水后，经过足够长的时间，墨水和清水会自动分开 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．系统和系统之间达到热平衡后，它们的温度不一定相同 D．热量可能从低温物体传到高温物体 【答案】D 【详解】A．墨水扩散到清水是熵增加的过程，不可逆，无法自动分开，故A错误； B．能量守恒，随着科技的发展，能量可以循环利用，但品质会降低，无法完全循环利用，故B错误； C．根据热力学第零定律知，热平衡时系统温度必定相同，故C错误； D．热量在非自发过程中可从低温传至高温，如制冷机，故D正确。 故选D。 2．（25-26高二下·全国·课后作业）一物体先后经过几个不同的物理过程，其温度均从升高到，则在这些过程中（　　） A．物体一定从外界吸收热量 B．物体与外界交换的热量都相等 C．外界对物体所做的功均相等 D．物体内分子动能的平均值增加量都相等 【答案】D 【详解】A．温度升高，内能增加，内能可通过吸热（）或外界做功（）改变，如果物体放出的热量小于外界对物体做的功，物体内能同样会增加，故A错误。 B．热量交换与过程相关。例如，等容过程（体积不变）中，而等压过程（压强不变）中，若体积变化不同，热量不等。故B错误。 C．功与过程相关。例如，等容过程，而等压过程 ，若体积变化不同，功不等。故C错误。 D．分子平均动能仅与温度成正比，温度变化相同（），则平均动能增加量相同，与过程无关。故D正确。 故选D。 3．（25-26高二下·全国·课后作业）下列说法正确的是（　　） A．条形磁体下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生了感应电流，说明电能是可以被创造的 B．太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了 C．“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能的 D．有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量是可以凭空产生的 【答案】C 【详解】A．条形磁体下落导致线圈中产生感应电流，这是机械能转化为电能的过程，A错误； B．根据能量守恒定律，太阳光照射到宇宙空间的能量并未消失，而是以其他形式存在或转移，B错误； C．“马儿跑”需要能量输入，“不吃草”意味着无能量来源，违背能量守恒定律，C正确； D．“全自动”手表的能量来源于环境（如人体运动或温度变化），并非凭空产生，D错误。 故选C。 4．（2026·内蒙古包头·一模）热泵空调被广泛视为缓解电动汽车冬季续航焦虑的关键技术之一，其核心原理是通过“逆卡诺循环”实现热量的搬运，它能在冬季从低温环境中提取热量送入车厢，能效比（制热量与耗电量之比）在2.0~4.5之间，可提升续航20~30km。关于热泵空调，下列说法正确的是（　　） A．其工作过程违背了热力学第二定律 B．制热循环中，其向车厢放出的热量全部来自消耗的电能 C．在绝热压缩过程中，压缩机对制冷剂（视为理想气体）做功，可使其升压升温 D．当制冷剂温度升高时，组成它的所有分子的热运动速率都增大 【答案】C 【详解】A．热力学第二定律的克劳修斯表述为：热量不能自发地从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。热泵工作时消耗了电能（产生了其他影响），实现热量从低温环境向高温车厢转移，不违背热力学第二定律，故A错误； B．热泵制热时会消耗电能从低温外界环境吸收热量送入车厢，电能又不能全部用于做功搬运热量，还有一部分额外消耗，因此向车厢放出的热量只是来自消耗电能的一部分，故B错误； C．绝热压缩过程中制冷剂与外界无热交换，即 压缩机对制冷剂做功 由热力学第一定律可知 理想气体内能仅与温度有关，故温度升高，由理想气体状态方程，压缩时体积V减小、温度T升高，可得压强p增大，即实现升压升温，故C正确； D．温度是分子热运动平均动能的标志，温度升高时分子热运动的平均速率增大，但不是所有分子的热运动速率都增大，存在部分分子速率减小的情况，故D错误。 故选C。 5．（25-26高二下·全国·课后作业）下列关于热现象的描述正确的是（　　） A．做功和传热都是通过能量转化的方式改变系统内能的 B．温度是描述热运动的物理量，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同 C．物体由大量分子组成，其单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动也是无规则的 D．空调机作为制冷机使用时，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，所以制冷机的工作不遵守热力学第二定律 【答案】B 【详解】A．做功是通过能量转化改变系统内能，热传递是通过能量转移改变系统内能，并非都是通过能量转化，故A错误； B．温度是描述热运动的物理量，根据热力学第零定律，当两个系统达到热平衡时，它们的温度相同，故B正确； C．单个分子的运动是无规则的，但大量分子的运动遵循统计规律，故C错误； D．空调机制冷时，将热量从低温室内转移到高温室外，需要消耗电能（外部功），这遵守热力学第二定律（克劳修斯表述），故D错误。 故选B。 6．（25-26高三上·广东清远·期中）下列说法正确的是（　　） A．一定质量的零摄氏度的水结成同温度的冰，分子热运动的平均动能变小 B．一定质量的气体体积变大一定对外做功 C．无论科技如何发达，降温技术有多么高明，绝对零度都不可能真正达到 D．随着温度的升高，物质的每个分子热运动剧烈程度都在加剧 【答案】C 【详解】A．一定质量的零摄氏度的水结成同温度的冰，温度不变，分子平均热运动动能不会改变，故A错误； B．若气体自由膨胀（如向真空扩散），体积增大但未对外做功，故B错误； C．根据热力学第三定律，绝对零度无法通过有限步骤达到，故C正确； D．温度升高是分子平均动能增大的统计结果，但个别分子的动能可能减小，故D错误。 故选C。 7．（25-26高三上·天津宁河·阶段练习）根据你所学的热学知识，下列说法中正确的是（　　） A．在热机中，燃气的内能不可能全部转化为机械能 B．根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体 C．理想气体吸收热量后，温度一定升高 D．物体放出热量，同时对外做功，其内能可能不变 【答案】A 【详解】A．根据热力学第二定律，热机效率不可能为100%，必然有部分热量排放到低温热源，因此燃气的内能无法完全转化为机械能，故A正确； B．热力学第二定律指出热量不能自发从低温传到高温，但通过外界做功（如制冷机）可以实现，故B错误； C．根据热力学第一定律 若理想气体吸收热量，即；同时对外做功，即，则内能可能不变，温度不变，如等温膨胀，故C错误； D．根据热力学第一定律 物体放出热量，即，且对外做功，即，则，内能必然减少，故D错误。 故选A。 8．（2024·江苏·模拟预测）关于热现象的认识，下列说法正确的是（　　） A．热量不可能从低温物体传递到高温物体 B．晶体在熔化时温度不变，说明晶体在熔化过程中内能不变 C．液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质和单晶体相似，具有各向异性 D．密闭容器内一定质量的理想气体，若压强不变，温度升高，器壁单位面积受到气体分子碰撞的平均作用力变大 【答案】C 【详解】A．根据热力学第二定律可知，热量不可能自发地从低温物体传递到高温物体，但在外界做功的情况下（如制冷机），热量可以从低温物体传递到高温物体，故A错误； B．晶体在熔化时温度不变，但需要持续吸热，吸收的热量转化为分子势能，内能增加，故B错误； C．液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质和单晶体相似，具有各向异性，故C正确； D．密闭容器内一定质量的理想气体，若压强不变，温度升高，根据 可知器壁单位面积受到气体分子碰撞的平均作用力不变，故D错误。 故选C。 9．（24-25高二下·黑龙江绥化·期末）关于热现象、热力学定律，下列说法不正确的是（　　） A．一定质量的理想气体的温度升高其内能一定增加 B．扩散现象和布朗运动都表明分子在不停地做无规则运动 C．气体压强是气体分子间斥力的宏观表现 D．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体 【答案】C 【详解】A．理想气体内能仅由温度决定，温度升高内能必增，故A正确； B．扩散和布朗运动均体现分子无规则运动（前者直接，后者间接），故B正确； C．气体压强源于分子对器壁的碰撞，而非分子间斥力（理想气体分子力忽略），故C错误； D．热力学第二定律指出热量不能自发从低温传至高温，故D正确。 本题选错误的，故选C。 10．（2025·安徽安庆·模拟预测）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。 二、多选题 11．（25-26高二下·浙江·开学考试）下列有关热学知识的说法中正确的是（　　） A．机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部转化为机械能 B．热量可以从低温物体传递给高温物体 C．第二类永动机不可能制成的原因是违反了能量守恒定律 D．不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功 【答案】AB 【详解】A．机械能可以全部转化为内能（如摩擦生热）；在引起其他变化的前提下，内能也可以全部转化为机械能，比如理想气体等温膨胀过程中，气体内能不变，吸收的热量全部用来对外做功，但是同时引起了气体体积增大的变化，因此该说法正确，故A正确。 B．热量不能自发从低温物体传递给高温物体，但在外界做功的条件下，热量可以从低温物体传递给高温物体（如冰箱、空调的工作过程），因此该说法正确，故B正确。 C．第二类永动机并不违反能量守恒定律，它不可能制成是因为违反了热力学第二定律，故C错误。 D．热力学第二定律的开尔文表述为：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不引起其他变化，若允许引起其他变化，是可以实现的，选项D缺少“不引起其他变化”这个前提，故D错误。 故选AB。 12．（25-26高二下·全国·课后作业）关于热力学第二定律，下列说法正确的是（　　） A．热量能够自发地从高温物体传到低温物体 B．不可能使热量从低温物体传向高温物体 C．从单一热库吸收热量，可以使之完全变成功 D．气体向真空自由膨胀的过程是不可逆过程 【答案】ACD 【详解】A．根据热力学第二定律可知，热量能够自发地从高温物体传到低温物体，故A正确； B．在外界的影响下，能使热量从低温物体传向高温物体，如空调，故B错误； C．根据热力学第二定律（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），由于本选项没有提“而不产生其他影响”这一关键条件，故在有外界作用的情况下，从单一热库吸收热量，可以使之完全变成功，故C正确； D．所有涉及热现象的宏观过程都有方向性，气体向真空自由膨胀的过程是不可逆过程，故D正确。 故选ACD。 13．（25-26高二上·全国·课后作业）下列关于能量转化的说法中，正确的是（　　） A．能量在转化过程中，有一部分能量转化为周围环境中的内能，我们很难把这些内能收集起来重新利用 B．各种形式的能量在转化时，总能量是不变的 C．在能源的利用过程中，能量的总量并未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成了不便于利用的 D．各种能量在不转化时是守恒的，但在转化时是不守恒的 【答案】ABC 【详解】A．能量转化过程中，部分能量会以内能形式散失到环境中（如摩擦生热），这些内能分散在周围环境里，难以集中回收再利用，A正确； B．根据能量守恒定律，各种形式的能量在转化时，总能量始终保持不变，B正确； C．能源利用中，能量总量虽未减少，但可利用的 “品质” 会下降（如机械能转化为内能后，内能的利用效率远低于机械能），即从便于利用的形式变为不便利用的形式，C正确； D．能量守恒定律适用于任何过程（包括转化过程），能量在转化时总能量依然守恒，D错误。 故选 ABC。 14．（25-26高二下·全国·课后作业）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。 15．（25-26高二下·全国·课后作业）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。 16．（25-26高二下·全国·课后作业）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。 17．（25-26高三上·湖南怀化·开学考试）下列与春夏秋冬有关的物理现象，说法正确的是（    ） A．夏天气温比春天高，忽略分子间作用力，夏天空气的分子平均动能一定比春天大 B．秋天荷叶上的小水滴呈球形，这是表面张力使液面收缩的结果 C．冬天飘落的雪花，形状各异，所以雪花不是晶体 D．采用空调压缩机制冷时，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，这一过程不遵守热力学第二定律 E．将一定质量的空气密封在体积一定的金属容器中，空气的内能在夏天一定比冬天大 【答案】ABE 【详解】A．温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子平均动能越大，所以夏天空气的分子平均动能一定比春天大，A正确； B．秋天荷叶上的小水滴呈球形，这是表面张力使液面收缩的结果，B正确； C．雪花是晶体，C错误； D．采用空调压缩机制冷时，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，这一过程要消耗一定的电能，遵守热力学第二定律，D错误； E．将一定质量的空气密封在体积一定的金属容器中，由于夏天温度比冬天高，所以空气的内能在夏天一定比冬天大，E正确。 故选ABE。 18．（24-25高二下·广东·阶段练习）夏天，空调将热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外，从而保持室内温度恒温舒适，室内气体近似看成理想气体。关于这个过程，下列说法正确的是（　　） A．空调将热量从室内传递到室外的过程，没有违反热力学第一定律 B．空调将热量从室内传递到室外的过程，违反了热力学第二定律 C．室内气体分子的平均动能保持不变 D．空调排放到室外的热量大于从室内吸收的热量 【答案】ACD 【详解】A．空调工作的过程中，通过压缩机做功，消耗电能，将热量从温度低的室内传递到温度较高的室外，这一过程总能量是守恒的，没有违反热力学第一定律，A正确； B．由于有压缩机做功，热量可以从温度低的室内传递到温度较高的室外，故没有违反热力学第二定律，B错误； C．依题意，室内温度不变，室内气体分子的平均动能保持不变，C正确； D．由能量守恒定律可知，压缩机做功，也要释放热量，故空调排放到室外环境的热量大于从室内吸收的热量，D正确。 故选ACD。 19．（24-25高二下·贵州贵阳·月考）如图所示，两固定绝热活塞把内壁光滑的绝热汽缸分成体积相等的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三部分，左侧活塞上带有阀门K，开始时阀门K关闭，Ⅰ、Ⅲ内理想气体的压强相等，Ⅱ内为真空。时刻打开阀门K，经过一段时间稳定后，时刻取消右侧活塞的固定状态，在时刻右侧活塞停止运动。下列说法正确的是（　　） A．阀门K打开后，气体自Ⅰ向Ⅱ的扩散是不可逆的 B．Ⅰ中气体在时刻的温度低于时刻的温度 C．时间内Ⅲ中气体的内能减少 D．时刻后右侧活塞能自发回到时的位置 【答案】AC 【详解】A．阀门K打开后，气体自Ⅰ向Ⅱ的真空中扩散是不可逆的，遵循热力学第二定律，故A正确。 B．，气体自Ⅰ向Ⅱ的真空中扩散时不做功，总内能不变，温度不变，故B错误。 C．体积变为原来的2倍，由理想气体状态方程可知，时刻Ⅰ中气体的压强是时刻的，时间内Ⅲ中气体通过活塞对Ⅰ、Ⅱ中的气体做功，Ⅲ中气体的内能减小，故C正确。 D．Ⅰ、Ⅱ中气体的内能增加，温度升高，同时体积减小，再由理想气体状态方程可知Ⅰ、Ⅱ中气体的压强增大，活塞因压强差而移动，两边压强相等时停下，不会自发再返回，故D错误。 故选AC。 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第11讲：能量守恒定律、热力学第二定律 · 考点一：能量守恒 第一类永动机 · 考点二：热力学第二定律的两种表述 · 考点三：第二类永动机问题 · 考点四：熵和熵的增加原理 · 考点五：热力学三大定律区别与联系 知识点01、热力学第一定律 1．改变内能的两种方式：做功与传热．两者对改变系统的内能是等价的． 2．热力学第一定律：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和． 技巧归纳： 1．对公式ΔU＝Q＋W符号的规定 符号 W Q ΔU ＋ 体积减小，外界对热力学系统做功 热力学系统吸收热量 内能增加 － 体积增大，热力学系统对外界做功 热力学系统放出热量 内能减少 2.气体状态变化的几种特殊情况 (1)绝热过程：Q＝0，则ΔU＝W，系统内能的增加(或减少)量等于外界对系统(或物体对外界)做的功． (2)等容过程：W＝0，则ΔU＝Q，物体内能的增加量(或减少量)等于系统从外界吸收(或系统向外界放出)的热量． (3)等温过程：始末状态一定质量理想气体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对系统做的功等于系统放出的热量(或系统吸收的热量等于系统对外界做的功)． 3．判断气体是否做功的方法 一般情况下看气体的体积是否变化． ①若气体体积增大，表明气体对外界做功，W<0. ②若气体体积减小，表明外界对气体做功，W>0. 知识点02：能量守恒定律 1．能量的存在形式及相互转化 (1)各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有电磁能、化学能、核能等． (2)各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化．例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能． 2．能量守恒的两种表达 (1)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等． (2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等． 知识点03．第一类永动机不可能制成的原因分析 如果没有外界供给热量而对外做功，由ΔU＝W＋Q知，系统内能将减小．若想源源不断地做功，在无外界能量供给的情况下是不可能的． 知识点1、热力学第二定律 1．定义：在物理学中，反映宏观自然过程的方向性的定律． 2．热力学第二定律的克劳修斯表述： 热量不能自发地从低温物体传到高温物体．阐述的是传热的方向性． 3．热力学第二定律的开尔文表述： (1)热机 ①热机工作的两个阶段：第一个阶段是燃烧燃料，把燃料中的化学能变成工作物质的内能；第二个阶段是工作物质对外做功，把自己的内能变成机械能． ②热机用于做功的热量一定小于它从高温热库吸收的热量，即W<Q. (2)热力学第二定律的开尔文表述：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．(该表述阐述了机械能与内能转化的方向性)． 4．热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是等价的．(选填“等价”或“不等价”) 知识点2、能源是有限的 1．能源：具有高品质的容易利用的储能物质． 2．能量耗散：使用的能源转化成内能分散在环境中不能自动聚集起来驱动机器做功，这样的转化过程叫作“能量耗散”． 3．能源的使用过程中虽然能的总量保持不变，但能量的品质下降了，能源减少了． 技巧归纳一：自然过程的方向性 (1)热传导具有方向性 两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，而低温物体不可能自发地将热量传给高温物体，要实现低温物体向高温物体传递热量，必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起其他变化． (2)气体的扩散现象具有方向性 两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为均匀的混合气体，但这种均匀的混合气体，决不会自发地分开，成为两种不同的气体． (3)机械能和内能的转化过程具有方向性 物体在地面上运动，因摩擦而逐渐停止下来，但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后，在地面上重新运动起来． (4)气体向真空膨胀具有方向性 气体可自发地向真空容器内膨胀，但绝不可能出现气体自发地从容器中流出，使容器内变为真空． 2．在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产生其他影响”“单一热库”“不可能”的含义 (1)“自发地”是指热量从高温物体“自发地”传给低温物体的方向性．在传递过程中不会对其他物体产生影响或借助其他物体提供能量等． (2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响．如吸热、放热、做功等． (3)“单一热库”：指温度均匀并且恒定不变的系统．若一系统各部分温度不相同或者温度不稳定，则构成机器的工作物质可以在不同温度的两部分之间工作，从而可以对外做功．据报道，有些国家已在研究利用海水上下温度不同来发电． (4)“不可能”：实际上热机或制冷机系统循环时，除了从单一热库吸收热量对外做功，以及热量从低温热库传到高温热库以外，过程所产生的其他一切影响，不论用任何的办法都不可能加以消除． 技巧归纳二、热力学第一定律和热力学第二定律的比较 1．两定律的比较 热力学第一定律 热力学第二定律 区别 是能量守恒定律在热力学中的表现，否定了创造能量和消灭能量的可能性，从而否定了第一类永动机 是关于在有限空间和时间内，一切和热现象有关的物理过程、化学过程具有不可逆性的经验总结，从而否定了第二类永动机 联系 两定律分别从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律，二者既相互独立，又相互补充，都是热力学的理论基础 2.两类永动机的比较 第一类永动机 第二类永动机 设计要求 不消耗任何能量，可以不断做功(或只给予很少的能量启动后，可以永远运动下去) 将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化(或只有一个热库，实现内能向机械能的转化) 不可能制成的原因 违背了能量守恒定律 违背了热力学第二定律 题型一：能量守恒 第一类永动机 【典例1】．（23-24高三上·天津北辰·开学考试）下列关于能量守恒定律的认识，不正确的是（　　） A．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明石子的能量消失了 B．对物体做功，物体的内能可能减小 C．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加 D．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加 【变式1】．（25-26高二下·全国·课后作业）冲击摆实验装置如图所示，一水平飞行的子弹射入沙箱后与沙箱合为一体，共同摆起一定高度，在此过程中下列有关能量转化的说法正确的是（　　） A．子弹的动能转变成沙箱和子弹的内能 B．子弹的动能转变成沙箱和子弹的重力势能 C．子弹的动能转变成沙箱和子弹的动能 D．子弹的动能一部分转变成沙箱和子弹的内能，另一部分转变为沙箱和子弹的机械能 【变式2】．．（25-26高二下·全国·课堂例题）永动机是不可能制成的，这是因为（ ） A．不符合机械能守恒定律 B．做功产生的热量不符合热功当量 C．违背了热力学第一定律 D．找不到合适的材料和合理的设计方案 【变式3】．．（23-24高二下·全国·课后作业）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 题型二：热力学第二定律的两种表述 【典例2】．（24-25高二下·辽宁·阶段练习）某科技馆展示了一款新型节能空调。该空调制冷时，通过压缩机做功消耗电能，将热量从室内传递到温度更高的室外环境。在此过程中，部分电能转化为压缩机的机械能。下列判断正确的是（　　） A．热量从低温环境传递到高温环境的过程可以自发进行，无需外界干预 B．空调工作时，室内与外界组成的系统总熵可能保持不变 C．通过压缩机做功使热量从低温环境传至高温环境的过程，不违反热力学第二定律 D．部分电能转化为机械能，说明能量转化不具有方向性 【变式1】．（24-25高二下·江苏连云港·期末）下列哪种现象违背热力学第二定律（　　） A．一杯热茶自然放置，慢慢变凉 B．桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥、水自动分离 C．一滴红色颜料滴进一杯清水中，整杯水将均匀地变红 D．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能，效率达100% 【变式2】．（24-25高二下·甘肃庆阳·期末）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 【变式3】．（24-25高二下·内蒙古赤峰·期中）下列说法正确的是（　　） A．第一类永动机不可能制成是因为其违反了能量守恒定律 B．热量不可以从低温物体向高温物体传递 C．科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机 D．对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少，形成能源危机 题型三：第二类永动机问题 【典例3】．．（25-26高二下·全国·课后作业）下列关于第二类永动机的说法，正确的是（　　） A．第二类永动机不可能制成，因为违反了能量守恒定律 B．第二类永动机不可能制成，因为机械能和内能的转化过程具有方向性 C．第二类永动机不可能制成，因为同时违反了能量守恒定律和热力学第二定律 D．第二类永动机不可能制成，因为没有足够精细的制作工艺 【变式1】．．（24-25高二下·云南昆明·阶段练习）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 【变式2】．．（24-25高二下·全国·课后作业）关于对永动机的认识，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．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 C．两类永动机的实质和工作原理是相同的，都是人们的美好设想，是永远不会实现的 D．虽然第二类永动机不违反能量守恒定律，但仍不可制成 【变式3】．（23-24高二下·河北·期中）有人设想用降低海水温度的方法就可以得到大量的能量，相当于一个很好的永动机，关于这样的永动机，下列说法中正确的是（    ） A．这样做可以成功，因为它符合能量守恒定律 B．这样做不能成功，因为它违反热力学第一定律 C．这样做可以成功，因为它符合热力学第二定律 D．这样做不能成功，因为它违反热力学第二定律 题型四：熵和熵的增加原理 【典例4】．（23-24高二下·全国·课后作业）下列关于热力学第二定律微观意义的说法正确的是（　　） A．从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律 B．一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行 C．有的自然过程向着分子热运动无序性增大的方向进行，有的自然过程沿着分子热运动无序性减小的方向进行 D．在自然过程中，一个孤立系统的总熵可能减小 【变式1】．（2024·江苏南通·三模）如图所示，两个相通的容器P、Q间装有阀门K，P中充满气体，Q为真空，整个系统与外界没有热交换。打开阀门K后，P中的气体进入Q中，最终达到平衡，则（　　）    A．容器中气体的内能减少 B．容器中气体分子的平均动能增加 C．容器中气体分子的数密度减小 D．Q中的气体能自发地全部退回到P中去 【变式2】．（23-24高二上·福建莆田·课后作业）对于孤立体系中发生的实际过程，下列说法中正确的是（　　） A．系统的总熵只能减小，不可能增加 B．系统的总熵可能增大，可能不变，还可能减小 C．系统逐渐从比较有序的状态向更无序的状态发展 D．系统逐渐从比较无序的状态向更加有序的状态发展 【变式3】．．（22-23高二下·吉林长春·期中）对热力学第二定律理解，正确的是（　　） A．热力学第二定律是从另一个侧面阐述能量守恒定律 B．若消除热机的漏气、摩擦和热量损耗，热机效率可以达到 C．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不能全部转化为机械能 D．熵是系统内分子运动无序性的量度，一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展 题型五：热力学三大定律区别与联系 【典例5】．（25-26高二下·全国·课后作业）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．对气体做功是改变其内能的唯一方式 C．理想气体等压膨胀过程一定放热 D．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体 【变式1】．（25-26高二下·全国·课后作业）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 【变式2】．（24-25高二下·江苏徐州·阶段练习）根据热力学定律，下列说法错误的是（　　） A．电冰箱的工作表明，热量可以从低温物体向高温物体传递 B．第一类永动机不可能制成，是因为其违背了热力学第一定律；第二类永动机不可能制成，是因为其违背了热力学第二定律 C．科技的不断进步使得人类有可能生产出从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化的热机 D．即使没有漏气、摩擦、不必要的散热等损失，热机也不可以把燃料产生的内能全部转化为机械能 【变式3】．（24-25高二下·江苏南京·期末）在热学中，下列说法正确的是（　　） A．热力学第二定律告诉我们：机械能可以转化为内能，而内能不能转化为机械能 B．热量只能从高温物体传向低温物体，而不能从低温物体传向高温物体 C．第一类永动机不可制成是由于它违背了能量守恒定律 D．第二类永动机不可制成是由于它违背了能量守恒定律 一、单选题 1．（24-25高二下·四川绵阳·阶段练习）关于热力学定律，下列说法正确的是（　　） A．当墨水均匀扩散到整杯清水后，经过足够长的时间，墨水和清水会自动分开 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．系统和系统之间达到热平衡后，它们的温度不一定相同 D．热量可能从低温物体传到高温物体 2．（25-26高二下·全国·课后作业）一物体先后经过几个不同的物理过程，其温度均从升高到，则在这些过程中（　　） A．物体一定从外界吸收热量 B．物体与外界交换的热量都相等 C．外界对物体所做的功均相等 D．物体内分子动能的平均值增加量都相等 3．（25-26高二下·全国·课后作业）下列说法正确的是（　　） A．条形磁体下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生了感应电流，说明电能是可以被创造的 B．太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了 C．“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能的 D．有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量是可以凭空产生的 4．（2026·内蒙古包头·一模）热泵空调被广泛视为缓解电动汽车冬季续航焦虑的关键技术之一，其核心原理是通过“逆卡诺循环”实现热量的搬运，它能在冬季从低温环境中提取热量送入车厢，能效比（制热量与耗电量之比）在2.0~4.5之间，可提升续航20~30km。关于热泵空调，下列说法正确的是（　　） A．其工作过程违背了热力学第二定律 B．制热循环中，其向车厢放出的热量全部来自消耗的电能 C．在绝热压缩过程中，压缩机对制冷剂（视为理想气体）做功，可使其升压升温 D．当制冷剂温度升高时，组成它的所有分子的热运动速率都增大 5．（25-26高二下·全国·课后作业）下列关于热现象的描述正确的是（　　） A．做功和传热都是通过能量转化的方式改变系统内能的 B．温度是描述热运动的物理量，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同 C．物体由大量分子组成，其单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动也是无规则的 D．空调机作为制冷机使用时，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，所以制冷机的工作不遵守热力学第二定律 6．（25-26高三上·广东清远·期中）下列说法正确的是（　　） A．一定质量的零摄氏度的水结成同温度的冰，分子热运动的平均动能变小 B．一定质量的气体体积变大一定对外做功 C．无论科技如何发达，降温技术有多么高明，绝对零度都不可能真正达到 D．随着温度的升高，物质的每个分子热运动剧烈程度都在加剧 7．（25-26高三上·天津宁河·阶段练习）根据你所学的热学知识，下列说法中正确的是（　　） A．在热机中，燃气的内能不可能全部转化为机械能 B．根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体 C．理想气体吸收热量后，温度一定升高 D．物体放出热量，同时对外做功，其内能可能不变 8．（2024·江苏·模拟预测）关于热现象的认识，下列说法正确的是（　　） A．热量不可能从低温物体传递到高温物体 B．晶体在熔化时温度不变，说明晶体在熔化过程中内能不变 C．液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质和单晶体相似，具有各向异性 D．密闭容器内一定质量的理想气体，若压强不变，温度升高，器壁单位面积受到气体分子碰撞的平均作用力变大 9．（24-25高二下·黑龙江绥化·期末）关于热现象、热力学定律，下列说法不正确的是（　　） A．一定质量的理想气体的温度升高其内能一定增加 B．扩散现象和布朗运动都表明分子在不停地做无规则运动 C．气体压强是气体分子间斥力的宏观表现 D．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体 10．（2025·安徽安庆·模拟预测）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 二、多选题 11．（25-26高二下·浙江·开学考试）下列有关热学知识的说法中正确的是（　　） A．机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部转化为机械能 B．热量可以从低温物体传递给高温物体 C．第二类永动机不可能制成的原因是违反了能量守恒定律 D．不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功 12．（25-26高二下·全国·课后作业）关于热力学第二定律，下列说法正确的是（　　） A．热量能够自发地从高温物体传到低温物体 B．不可能使热量从低温物体传向高温物体 C．从单一热库吸收热量，可以使之完全变成功 D．气体向真空自由膨胀的过程是不可逆过程 13．（25-26高二上·全国·课后作业）下列关于能量转化的说法中，正确的是（　　） A．能量在转化过程中，有一部分能量转化为周围环境中的内能，我们很难把这些内能收集起来重新利用 B．各种形式的能量在转化时，总能量是不变的 C．在能源的利用过程中，能量的总量并未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成了不便于利用的 D．各种能量在不转化时是守恒的，但在转化时是不守恒的 14．（25-26高二下·全国·课后作业）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 15．（25-26高二下·全国·课后作业）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 16．（25-26高二下·全国·课后作业）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” 17．（25-26高三上·湖南怀化·开学考试）下列与春夏秋冬有关的物理现象，说法正确的是（    ） A．夏天气温比春天高，忽略分子间作用力，夏天空气的分子平均动能一定比春天大 B．秋天荷叶上的小水滴呈球形，这是表面张力使液面收缩的结果 C．冬天飘落的雪花，形状各异，所以雪花不是晶体 D．采用空调压缩机制冷时，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，这一过程不遵守热力学第二定律 E．将一定质量的空气密封在体积一定的金属容器中，空气的内能在夏天一定比冬天大 18．（24-25高二下·广东·阶段练习）夏天，空调将热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外，从而保持室内温度恒温舒适，室内气体近似看成理想气体。关于这个过程，下列说法正确的是（　　） A．空调将热量从室内传递到室外的过程，没有违反热力学第一定律 B．空调将热量从室内传递到室外的过程，违反了热力学第二定律 C．室内气体分子的平均动能保持不变 D．空调排放到室外的热量大于从室内吸收的热量 19．（24-25高二下·贵州贵阳·月考）如图所示，两固定绝热活塞把内壁光滑的绝热汽缸分成体积相等的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三部分，左侧活塞上带有阀门K，开始时阀门K关闭，Ⅰ、Ⅲ内理想气体的压强相等，Ⅱ内为真空。时刻打开阀门K，经过一段时间稳定后，时刻取消右侧活塞的固定状态，在时刻右侧活塞停止运动。下列说法正确的是（　　） A．阀门K打开后，气体自Ⅰ向Ⅱ的扩散是不可逆的 B．Ⅰ中气体在时刻的温度低于时刻的温度 C．时间内Ⅲ中气体的内能减少 D．时刻后右侧活塞能自发回到时的位置 2 学科网（北京）股份有限公司 $