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 一、单选题 1. 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 2. 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 3. 在潜水活动中，氧气瓶通过减压阀释放高压氧气供呼吸使用。当氧气迅速喷出时，下列说法正确的是( ) A. 该过程将机械能转化为内能 B. 气体分子冲出阀门后能全部自发回到瓶内 C. 气体通过做功方式改变了自身的内能 D. 气体温度可能升高 4. 西藏地区日照时间长，太阳能资源丰富。如图所示为某太阳能路灯的电路简化图，光电池板为蓄电池充电，蓄电池为LED 路灯供电。关于该系统中的能量转化，下列说法正确的是( ) A. 光电池板充电时，将化学能转化为电能 B. 蓄电池在夜晚放电时，将电能转化为内能 C. LED路灯工作时，将电能主要转化为光能 D. 整个系统遵循能量守恒定律，故能量可被循环利用，无需外界输入 5. 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 6. 关于热力学定律和能量守恒定律，下列说法正确的是( ) A. 热力学第二定律是热力学第一定律的推论 B. 从目前的理论看来，只要实验设备足够高级，可以使温度降低到 C. 第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律 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 7. 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 8. “天宫一号”两侧装有巨大的太阳能电池板，为中国空间站正常工作提供足够的电能。下列说法正确的是( ) A. 太阳能是不可再生能源 B. 太阳能主要以热传导的方式传到地球 C. 太阳能电池板是将太阳能转换为电能的装置 D. 太阳能电池板能源源不断地产生电能，说明能量不守恒 二、多选题 9. 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 10. 关于空调机，下列说法正确的是( ) A. 制冷空调机工作时，热量从低温物体传到高温物体 B. 制暖空调机工作时，热量从高温物体传到低温物体 C. 冷暖空调机工作时，热量既可以从低温物体传到高温物体，也可以从高温物体传到低温物体 D. 冷暖空调机工作时，热量只能从低温物体传到高温物体 11. 关于能源的利用，下列说法正确的是( ) A. 由于煤和石油的储量是无限的，没有必要开发太阳能和核能 B. 能源的利用过程实质是能的转化过程 C. 因为存在能量守恒定律，所以没必要节约能源 D. 煤、石油和天然气的化学能归根结底来自太阳能 三、非选择题 12. 图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。 (1)请用文字叙述热力学第二定律的内容(写一条即可)，并简要说明电冰箱的制冷过程是否违背热力学第二定律； (2)室内气温为 ，室内压强为 ，小明将半瓶水放进冰箱冷藏，冰箱内温度调至 ，求第二天水瓶中气体的压强 (不计气体体积变化)。 13. 某市有20万台空调机，每台空调机在夏季平均使用60天，每天耗电。为了节约能源，该市政府建议大家都把室内设定温度提高 ，这样每台空调机每天可节省的电能。那么这样做能使该市在夏季节省多少电能？ 已知标准煤的热值是 ，发电厂的发电效率是。请计算一下，这项节能建议的实现能在1个夏季节约多少吨标准煤？(结果均保留两位有效数字) 标准答案 一、单选题 1. 答案： 解析:A：热泵空调通过外界做功实现热量从低温到高温传递，不违背热力学第二定律，A错误。 B：制热时向车厢放出的热量来自外界环境热量+消耗电能，并非全部来自电能，B错误。 C：绝热压缩过程，压缩机对理想气体制冷剂做功，，，由热力学第一定律，内能增大，温度、压强升高，C正确。 D：温度升高，分子平均热运动速率增大，并非所有分子速率都增大，D错误。 2. 答案： 解析:第二类永动机不违反能量守恒定律，违反热力学第二定律（内能与机械能转化具有方向性）。 甲、乙、丙错误，丁正确。 3. 答案： 解析:氧气迅速喷出，气体对外做功，，绝热过程，内能减小，温度降低，通过做功改变内能，C正确。 A：内能转化为机械能，A错误；B：自发过程具有方向性，气体不能全部自发回瓶内，B错误；D：温度降低，D错误。 4. 答案： 解析:A：光电池板充电时太阳能→电能，A错误。 B：蓄电池放电时化学能→电能，B错误。 C：LED工作时电能主要→光能，C正确。 D：能量守恒但品质降低，需持续外界输入太阳能，D错误。 5. 答案： 解析:A：水结冰，温度不变，分子平均动能不变，A错误。 B：气体自由膨胀变大，，不对外做功，B错误。 C：绝对零度只能无限接近，无法达到，C正确。 D：温度升高，分子平均剧烈程度加剧，并非每个分子，D错误。 6. 答案： 解析:A：热力学第一、第二定律相互独立，无推论关系，A错误。 B：绝对零度约，无法达到，B错误。 C：第一类永动机违背能量守恒定律，无法制成，C正确。 D：热力学第二定律：热量不能自发从低温到高温，并非完全不能，D错误。 7. 答案： 解析:A：热量从低温到高温不能自发进行，需外界做功，A错误。 B：实际过程熵增加，总熵不可能不变，B错误。 C：压缩机做功实现热量传递，不违反热力学第二定律，C正确。 D：能量转化具有方向性，D错误。 8. 答案： 解析:A：太阳能是可再生能源，A错误。 B：太阳能以热辐射传到地球，B错误。 C：太阳能电池板太阳能→电能，C正确。 D：能量始终守恒，D错误。 二、多选题 9. 答案： 解析:A：机械能可全部转内能；内能可全部转机械能（需外界影响），A正确。 B：热量可从低温到高温（如空调、冰箱，需做功），B正确。 C：第二类永动机违反热力学第二定律，非能量守恒，C错误。 D：不可能从单一热库吸热完全变功而不产生其他影响，D错误。 10. 答案： 解析:制冷：热量低温→高温；制热：热量高温→低温。 冷暖空调可双向传热，AC正确，BD错误。 11. 答案： 解析:A：化石能源有限，需开发新能源，A错误。 B：能源利用本质是能量转化与转移，B正确。 C：能量守恒但品质降低，需节约能源，C错误。 D：化石能源化学能最终来自太阳能，D正确。 三、非选择题 12.解： (1)热力学第二定律（任选一条）： ① 热量不能自发地从低温物体传递到高温物体； ② 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。 冰箱制冷不违背：冰箱通过压缩机做功，实现热量从低温到高温传递，并非自发过程。 (2) 已知：，，，不变。 由查理定律： 得： 13. 解： 设可节省的电能为E，则E=8×6%×60×20×10⁴ kW·h=5.76×10⁶ kW·h≈2.1×10¹³ J； 设可节约标准煤质量为m，则由能量守恒定律有2.92×10⁷ J/kg×m×30%=E 解得m≈2.4×10⁶ kg=2400t 学科网（北京）股份有限公司 $