3.4 热力学第二定律（高效培优讲义）物理人教版选择性必修第三册

4.热力学第二定律 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 热力学第二定律 1 题型2 能源是有限的 4 题型3 热力学第三定律的表述和应用 7 【能力培优练】 9 【链接高考】 19 【重难题型讲解】 题型1 热力学第二定律 1、热力学第二定律的定义：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：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。 （1）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。 （2）其他影响：指除了从单一热库吸收的热量，以及所做的功以外的其他一切影响；或者除了从低温物体吸收热量、高温物体得到相同的热量外，其他一切影响和变化，不是不能从单一热库吸收热量而对外做功，而是这样做的结果，一定伴随着其他变化或影响。 （3）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。 ★特别提醒 （1）热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是等价的。 （2）热力学第二定律的实质：热力学第二定律的每一种描述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。 4、热力学第二定律的微观解释（无序性） （1）有序与无序的定义：有序指的是一个系统的个体按确定的规则有顺序地排列；无序则是指系统的个体分布没有确定的要求，分布是随意的。有序与无序是相对的，意味着一个系统可以按照某种规则表现为有序，但如果按照另一种规则来看，可能表现为无序。 （2）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。 ★特别提醒 热力学的第二定律表述了物理过程的方向性，从微观上来看就是系统的有序程度，一切自发的现象沿着分子热运动无序性增大的方向进行。 5、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）第二类永动机不可能制成的原因：违背了热力学第二定律，但没有违背能量守恒定律。 6、两类永动机的比较 比较内容 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(或只给予很小的能量启动后，可以永远地运动下去) 将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化(或只有一个热源，实现内能与机械能的转化) 不可能的原因 违背了能量守恒定律 违背了热力学第二定律 【探究归纳】宏观热现象具有方向性，热量不能自发低温传向高温，机械能无法全部自发转化为内能而不产生其他影响。 【典例1-1】从生活走向物理是学习物理的重要途径。下列说法正确的是（　　） A．单晶体熔化过程中温度恒定不变，多晶体熔化过程中温度一直升高 B．热量不可能从低温物体传到高温物体 C．液晶显示器是利用液晶光学性质各向异性的特点制成的 D．第二类永动机不可能制造成功的原因是违背了能量守恒定律 【答案】C 【详解】A．晶体（包括单晶体、多晶体）都有固定熔点，熔化过程中温度均保持恒定，仅非晶体熔化时温度持续升高，故A错误； B．根据热力学第二定律，热量不能自发从低温物体传到高温物体，若有外界做功（如冰箱制冷），热量可以从低温物体传递到高温物体，故B错误； C．液晶具有光学各向异性的特点，液晶显示器通过电场改变液晶分子排列，调控光线透过实现显示功能，正是利用了该特性，故C正确； D．第二类永动机不违背能量守恒定律，其无法制造成功的原因是违背了热力学第二定律，故D错误。 故选C。 【典例1-2】（多选）关于热力学第二定律的说法正确的是（　　） A．热力学第二定律从宏观角度看，强调能量守恒，从微观角度看，强调统计规律 B．热量不能从低温物体传向高温物体 C．物体可以从单一热库吸收热量，使之完全变成功 D．在自然过程中，一个孤立系统的熵值不可能减小 【答案】CD 【详解】A．热力学第一定律强调能量守恒，热力学第二定律从宏观角度看强调过程的方向性，从微观角度看强调统计规律，故A错误； B．根据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向高温物体，但在外界做功的情况下可以从低温物体传向高温物体，故B错误； C．根据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，但如果不要求“不产生其他影响”，例如理想气体等温膨胀过程，物体可以从单一热库吸收热量，使之完全变成功，故C正确； D．根据熵增加原理，在自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小，即熵值不可能减小，故D正确； 故选CD。 跟踪训练1河北石家庄、邢台等地夏季常出现35℃以上高温天气。高温天气，家庭使用空调制冷时，下列说法正确的是（    ） A．热量能够自发地从低温的室内传到高温的室外 B．电能全部转化为内能 C．将热量从低温的室内传到高温的室外，违背了热力学第二定律 D．需要压缩机做功，将热量从低温室内传到高温室外 【答案】D 【详解】A．根据热力学第二定律克劳修斯表述，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，故A错误； B．在空调制冷过程中，电能主要用于驱动压缩机做功，部分电能转化为机械能，部分转化为内能，并非全部转化为内能，故B错误； C．将热量从低温室内传到高温室外需要外部做功，这符合热力学第二定律，故C错误； D．空调通过压缩机做功，驱动制冷剂循环，实现热量从低温室内向高温室外的强制转移，故D正确。 故选D。 跟踪训练2（多选）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 【答案】ABC 【详解】空调机制冷，压缩机消耗电能是把热量从低温物体传到高温物体的；空调机制暖时，消耗电能，使发热装置发热，热量从发热的高温物体传递到低温的物体。故冷暖空调机工作时，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。 故选ABC。 题型2 能源是有限的 1、能量耗散：有序度较高(集中度较高)的能量转化为内能，流散到环境中无法重新收集起来加以利用的现象。 （1）能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的自发变化过程具有方向性。 （2）能量耗散虽然不会导致能量总量的减少，却会导致能量品质的降低，它实际上是将能量从高度有用的高品质形式降级为不大可用的低品质形式。 ★特别提醒 （1）各种形式的能量向内能的转化，是无序程度较小的状态向无序程度较大的状态的转化，是能够自动发生、全额发生的。 （2）虽然能量总量不会减少，但能源会逐步减少，因此能源是有限的资源。 2、熵的定义：用来表示一个系统无序程度的概念。 3、熵增加原理 （1）原理：热力学第二定律有许多表述形式，因此可以将它表述为任何孤立的系统，它的总熵永远不会减少．即自然界的一切自发过程，总是朝着熵增加的方向进行的，这个就是熵增加原理。 （2）孤立系统：与外界没有物质交换．热交换，与外界也没有力的相互作用、电磁作用的系统．即强调了自发性。 4、有序向无序的转化：系统自发的过程总是从有序到无序的；熵是表征系统的无序程度的物理量，熵越大，系统的无序程度越高。 ★特别提醒 （1）自然界的一切自发现象都是在朝着熵增加的方向进行，并且这一过程是不可逆的。 （2）在有外部干预的情况下，可以实现系统熵的减小。 【探究归纳】常规不可再生能源储量有限，能量转化具有方向性，可用优质能源会不断减少。 【典例2-1】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 【答案】C 【详解】A．光电池板充电时，将光能转化为化学能，故A错误； B．蓄电池在夜晚放电时，将化学能转化为电能，故B错误； C．LED路灯工作时，将电能主要转化为光能，故C正确； D．整个系统遵循能量守恒定律，但是能量的转化和转移是有方向性的，能量不能被循环利用，太阳能路灯系统需要不断从太阳获取太阳能这种外界能量输入，故D错误。 故选C。 【典例2-2】（多选）对于有序和无序，下列说法正确的是（　　） A．有序与无序是相对的 B．对任何一件事物，如果规定得越多，限制得越多，它的无序性就越大 C．有序与无序是绝对的 D．对任何一件事物，如果规定得越多，限制得越多，它的无序性就越小 【答案】AD 【详解】AC．有序和无序是相对的，故A正确，C错误； BD．对任何一件事物，如果规定得越多，限制得越多，它的无序性就越小，故B错误，D正确。 故选AD。 跟踪训练1下列关于能源的说法中，正确的是（　　） A．煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能 B．水能是不可再生能源 C．节约能源只要提高节能意识就行，与科技进步无关 D．由于能量不会凭空消失，也不会凭空产生，总是守恒的，所以节约能源的意义不大 【答案】A 【详解】A．煤、石油、天然气等化石燃料是由古代生物质经过地质作用形成的，而生物质来源于光合作用，其能量最初来自太阳能，故A正确； B．水能是通过水循环（如蒸发、降水）产生的，由太阳能驱动，可自然再生，因此属于可再生能源，故B错误； C．节约能源不仅需要提高节能意识，还需依赖科技进步（如高效发动机、隔热材料）来提高能源利用效率，故C错误； D．能量守恒定律表明能量总量不变，但热力学第二定律指出能量品质会降低，可用能量减少，节约能源可延缓资源枯竭和减少污染，因此意义重大，故D错误。 故选A。 跟踪训练2（多选）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 【答案】BD 【详解】A．虽然我国的煤和石油的储量十分丰富，但煤和石油是化石能源，用完以后不能在短时间内形成，太阳能和核能的开发和利用是十分重要的，故A错误； B．能源的利用过程，实质上是能的转化和转移过程，故B正确； C．能量守恒定律是指能量在转化和转移过程中总量不变，但能量的品质会降低，可利用的高品质能量会减少，因此需要节约能源，故C错误； D．煤、石油和天然气的化学能归根到底来自太阳能，即间接来自太阳能，故D正确。 故选BD。 题型3 热力学第三定律的表述和应用 1、热力学第三定律的内容是：热力学零度不可能达到；绝对零度是温度的理论下限，定义为-273.15摄氏度或0开尔文。在这个温度下，物质的热运动将完全停止。 2、分析热力学零度不可能达到的原因： （1）首先，根据热力学第三定律，当温度趋近于绝对零度时，系统的熵值趋近于零但永远不会真正达到零。熵是描述系统混乱程度的物理量，当温度降低，分子的排列越有序，熵值越低。由于绝对零度是能量最低的状态，因此在理论上，不可能再降低物质的温度。 （2）其次，量子力学也解释了为什么达不到绝对零度。在极低的温度下，物质的行为会变得很奇怪，可以叠加存在和与其他粒子纠缠在一起，这些现象被称为量子效应。量子效应是不确定状态的，会阻止物质达到绝对零度的确定状态。 （3）此外，科学家们在实验室中已经制造出非常接近绝对零度的温度，但即使在这样的超低温下，原子仍然在运动，并通过量子效应相互影响。例如，麻省理工学院和哈佛大学的一个研究小组在2023年将一团钠原子冷却到500纳开尔文，但这仍然比绝对零度高。 总之，由于热力学定律和量子力学的限制，我们无法达到绝对零度，只能无限接近这个温度下限。 【探究归纳】绝对零度无法达到，低温极限限制了各类热机与低温实验的理论边界。 【典例3-1】热学是研究物质处于热状态时的有关性质和规律的物理学分支，它起源于人类对冷热现象的探索。下列关于热现象的说法中正确的是（　　） A．温度越高的物体，其内能越大 B．温度越低的物体，其每个分子的运动速率越小 C．处于热平衡状态的物体，无论是否接触，其冷热程度一定相同 D．随着冷冻技术的不断进步，可以实现将物体的温度降低到 【答案】C 【详解】A．物体的内能是物体内所有分子动能和势能的总和，由物体的物质的量、温度和体积共同决定，故A错误； B．温度越低的物体，其所有分子的平均动能越小即平均速率越小，但不一定每个分子的平均速率越小，故B错误； C．处于热平衡状态的物体，其温度不变，即冷热程度相同，故C正确； D．根据热力学第三定律可知，温度不可能达到-273.15°，故D错误。 故选C。 【典例3-2】（多选）根据热力学定律，下列说法正确的是（　　） A．一定质量的0℃的冰融化为0℃的水时，分子势能减小 B．绝热情况下，外界对物体做了正功，物体的内能也不一定增加 C．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接近-273℃ D．热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的 【答案】CD 【详解】A．一定质量的0℃的冰融化为0℃的水时，需要吸收热量，融化过程中温度不变，平均动能不变，动能不变，内能增加，分子势能增加，故A错误； B．绝热情况下，物体与外界没有热交换，外界对物体做了正功，物体的内能一定增加，故B错误； C．根据热力学第三定律知，制冷机不可能使温度降到绝对零度，即-273℃，但制冷机却可以使温度降到接近-273℃，故C正确； D．根据热力学第二定律知，热量不能自发地由低温物体传到高温物体而不产生其他影响，只要产生其他影响，热量就能从低温物体传到高温物体，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的，故D正确。 故选CD。 跟踪训练1根据热力学定律，可知下列说法中正确的是（　　） A．外界对物体做功，物体的内能必定增加 B．不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化 C．随着科技的发展，机械效率是100%的热机是可能制成的 D．凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量只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 【答案】B 【详解】A．做功和热传递都能改变物体的内能，根据热力学第一定律可知，当外界对物体做功，物体的内能不一定增加，故A错误； B．据热力学第二定律可知：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化，故B正确； C．无论科学技术多么发达，机械效率可能提高，但一定小于100%，即机械效率不可能达到100%，故C错误； D．根据热力学第二定律，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，但是只要外界提供能量，热量可以从低温传递到高温，比如冰箱的工作原理，故D错误。 故选B。 跟踪训练2（多选）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 B．机械能可以全部转化为内能而不引起其他变化 C．不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化 D．凡是不违背能量守恒定律的过程一定都能实现 【答案】ABC 【详解】A．热量能够自发的从高温物体传到低温物体；热量也能在一定条件下从低温物体传到高温物体，但要引起其他的变化，选项A正确； B．机械能可以全部转化为内能而不引起其他变化，反过来则不行，选项B正确； C．根据热力学第二定律可知，不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其它任何变化，选项C正确； D.凡是不违反能量守恒定律的过程不一定能实现，例如第二类永动机，选项D错误； 故选ABC。 【能力培优练】 1．“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 【答案】C 【详解】A．太阳能可从自然界持续获取，属于可再生能源，A错误； B．太阳能通过电磁波（热辐射）形式传播至地球，而非依赖介质的热传导，B错误； C．太阳能电池板通过光电效应将光能转化为电能，C正确； D．电池板持续发电是因太阳能转化为电能，此过程遵循能量守恒定律，D错误。 故选C。 2．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。 3．下列说法正确的是 （　　） A．随着科技的发展，永动机是可以制成的 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”违背了能量转化和守恒定律，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，说明能量可以凭空产生 【答案】C 【详解】A．永动机违反能量守恒定律，则即使随着科技的发展，永动机也是不可以制成的，故A错误； B．太阳辐射大量的能量，地球只吸收了极小的一部分，就形成了风、云、雨、雪，使万物生长。但辐射到宇宙空间的能量也没有消失，一定是转化成了别的能量，故B错误； C．马和其他动物，包括人，要运动，都必须消耗能量，而动物的能量来源是食物中储存的生物质能，所以“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量转化和守恒定律，因而是不可能的，故C正确； D．根据能量守恒定律可知，能量不能凭空产生。所谓“全自动”手表内部还是有能量转化装置的，一般是一个摆锤，当人戴着手表活动时，使摆锤不停摆动，给游丝弹簧补充能量，才会维持手表的走动，故D错误。 故选C。 4．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。 5．绿水青山就是金山银山。关于能源利用和生态环境保护，下列说法正确的是（　　） A．煤炭、石油和天然气属于可再生能源，不需要节约使用 B．大力发展新型清洁能源，推动形成人与自然和谐发展的生态文明 C．核电站一旦发生核泄漏事故，会造成严重危害，所以要禁止使用核能 D．煤炭和石油资源的使用，推动了社会的发展，对生态环境没有不良影响 【答案】B 【详解】A．煤炭、石油和天然气属于不可再生能源，需要节约使用，A错误； B．大力发展新型清洁能源，推动形成人与自然和谐发展的生态文明，B正确； C．核电站一旦发生核泄漏事故，会造成严重危害，但只要合理利用，核能可成为很好的清洁能源，C错误； D．煤炭和石油资源的使用，推动了社会的发展，但是废气的排放，对生态环境造成了不良影响，D错误。 故选B。 6．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。 7．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。 8．下列说法正确的是（　　） A．图甲中，两分子间距离由变到的过程中分子力做正功 B．图乙中，附着层水分子间距较内部水分子间距小，附着层水分子间作用力表现为引力 C．图丙中，显微镜下观察到的花粉颗粒的无规则运动就是花粉颗粒的轨迹 D．图丁中，电冰箱能把热量从低温的箱内传到高温的箱外，违背了热力学第二定律 【答案】A 【详解】A．图甲中，两分子间距离由r1变到r2的过程中分子势能减小，则分子力做正功，A正确； B．图乙中，附着层水分子间距较内部水分子间距小，附着层水分子间作用力表现为斥力，B错误； C．图丙中，显微镜下观察到的花粉颗粒的无规则运动是每隔一段时间记录的位置，实际运动轨迹更复杂，C错误； D．图丁中，电冰箱能把热量从低温的箱内传到高温的箱外，消耗了电能，不违背热力学第二定律，D错误。 故选A。 9．（多选）能源短缺和环境恶化指的是（　　） A．煤炭和石油的开采与技术有关，在当前技术条件下，煤炭和石油的开采是有限度的，这叫能源短缺 B．煤炭和石油资源是有限的，以今天的开采和消耗速度，石油储藏将在百年内用尽，煤炭资源也不可能永续，这叫能源短缺 C．煤炭和石油具有大量的气味，在开采、存放和使用过程中这些气味会聚存在空气中污染空气，使环境恶化 D．大量煤炭和石油产品在燃烧时排出的有害气体污染了空气，使环境恶化 【答案】BD 【详解】A．能源短缺的核心是资源本身有限 + 消耗速度快，而非 “开采技术” 限制，A错误； B．煤炭和石油资源是有限的，以今天的开采和消耗速度，石油储藏将在百年内用尽，煤炭资源也不可能永续，体现了能源短缺，B正确； C．“气味污染空气” 不是煤炭、石油造成环境恶化的主要原因（实际是燃烧排放的有害气体），C错误； D．体现了煤炭、石油燃烧排放有害气体（对应环境恶化），D正确。 故选 BD。 10．（多选）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。 11．（多选）下列现象及关于热力学第一、第二定律的叙述正确的是（　　） A．热力学第一定律和热力学第二定律是从不同角度阐述了能量守恒定律 B．一定质量的理想气体在等温膨胀过程中，气体一定放出热量 C．0℃的冰融化为0℃的水，此过程系统吸收热量，内能增加 D．第二类永动机违背了热力学第二定律 【答案】CD 【详解】A．热力学第一定律阐述了能量守恒定律，而热力学第二定律是阐述能量流动的方向性定律，两者不同，故A错误； B．一定质量的理想气体在等温膨胀过程中，由于温度不变，则内能不变，气体膨胀，对外做功，根据热力学第一定律，可知气体一定从外界吸收热量，故B错误； C．0℃的冰融化为0℃的水，此过程温度不变，但是系统吸收热量，根据能量守恒定律可知系统内能增加，故C正确； D．第二类永动机虽然没有违背能量守恒定律，但是违背了热力学第二定律，故D正确。 故选CD。 12．（多选）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。下列说法正确的是（　　） A．转轮转动的过程中克服摩擦力做功，要维持转轮转动需要外力做功 B．维持转轮能较长时间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】ABD 【详解】A．转轮转动的过程中克服摩擦力做功，转轮的速度越来越小，所以要维持转轮转动需要外力做功，选项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，选项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，选项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，选项D正确。 故选ABD。 13．（多选）利用“涡流效应”可实现冷热气体的分离。如图所示，一冷热气体分离装置由喷嘴、涡流室、环形管、分离挡板和冷热两端管等构成。高压氮气由喷嘴流入涡流室中，然后以螺旋方式在环形管中向右旋转前进，分子热运动速率较小的气体分子将聚集到环形管中心部位，而分子热运动速率较大的气体分子将聚集到环形管边缘部位。气流到达分离挡板处时，中心部位气流与分离挡板碰撞后原速率返回，从A端流出，边缘部位气流从B端流出。下列说法正确的是（　　） A．从A端流出的气体温度较高为热端 B．从B端流出的气体温度较高为热端 C．单位时间内B端流出气体的内能不一定大于A端流出气体的内能 D．该装置气体进出的过程违背了热力学第二定律 【答案】BC 【详解】AB. 依题意，中心部位为热运动速率较低的气体，与挡板相作用后反弹，从A端流出，而边缘部分热运动速率较高的气体从B端流出；同种气体分子平均热运动速率较大、其对应的温度也就较高，所以A端为冷端、B端为热端，故A错误，B正确； C．A端流出的气体分子热运动速率较小，B端流出的气体分子热运动速率较大，则从A端流出的气体分子平均动能小于从B端流出的气体分子平均动能，内能的多少还与分子数有关；依题意，单位时间内B端流出气体的内能不一定大于A端流出气体的内能，故C正确； D．该装置将冷热不均气体进行分离，喷嘴处有高压，即通过外界做功而实现的，并非是自发进行的，没有违背热力学第二定律，故D错误。 故选BC。 14．（多选）如图，用绝热材料制成的密闭容器被隔板K分成Ⅰ、Ⅱ两部分，一定量的某理想气体处于Ⅰ中，Ⅱ内为真空。抽取隔板K，气体进入Ⅱ中，最终整个容器均匀地分布了这种气体。则此过程，该气体系统（　　） A．对外做功，体积膨胀 B．对外不做功，最终压强减小 C．内能减少，最终温度降低 D．无序度变大 【答案】BD 【详解】绝热容器内的气体与外界没有热交换，则 气体向真空扩散，没有对外界做功，则 根据热力学第一定律可知气体的内能不变，温度不变，气体体积变大，气体无序度变大，根据理想气体状态方程可知压强减小。 故选BD。 15．（多选）下列说法正确的是（　　） A．图甲中，两分子间距离由r1变到r2的过程中分子力做正功 B．图乙中，100°C的氧气，速率大的分子比例较多，其分子的平均速率比0°C的大 C．图丙中，显微镜下观察到的花粉颗粒的无规则运动就是花粉颗粒的轨迹 D．图丁中，电冰箱能把热量从低温的箱内传到高温的箱外，违背了热力学第二定律 【答案】AB 【详解】A．图甲中，两分子间距离由r1变到r2的过程中分子势能减小，则分子力做正功，A正确； B．温度越高，分子运动越剧烈，速率较大的分子数目占总分子数的比例越大，所以图乙中，100°C的氧气，速率大的分子比例较多，其分子的平均速率比0°C的大，B正确； C．图丙中，显微镜下观察到的花粉颗粒的无规则运动是每隔一段时间记录的位置，是花粉的位移组成，花粉的实际运动轨迹更复杂，C错误； D．图丁中，电冰箱能把热量从低温的箱内传到高温的箱外，消耗了电能，向外界环境释放出了热量，不违背热力学第二定律，D错误。 故选AB。 16．（多选）如图所示，两种不同金属组成一个回路，接触头1置于热水杯中，接触头2置于冷水杯中，此时回路中电流表指针会偏转，出现了“温差电现象”。假设此过程中，电流做功为W，接触头1从热水中吸收热量Q₁，接触头2从冷水中吸收热量 ，不计电流表内阻，则下列说法正确的是（　　） A．“温差电现象”出现是由于金属晶体热性质各向同性 B．“温差电现象”出现是由于金属中载流子的热运动 C．根据热力学第一定律， D．根据热力学第二定律， 【答案】BCD 【详解】AB．“温差电现象”出现是由于金属中载流子的热运动，故A错误B正确； C．由能量守恒定律，，故C正确； D．根据热力学第二定律，不可能从单一热源吸收热量使之全部用来做功，而不产生其他影响；所以从热水中吸收的热量Q1应该大于电流做的功W，故D正确。 故选 BCD。 17．如图所示，一个固定在水平面上的绝热容器被隔板A分成体积相等的左右两部分。绝热活塞B被锁定，隔板A（厚度不计）的左侧为真空，右侧中一定质量的理想气体处于温度T1的状态1。抽取隔板A，右侧中的气体就会扩散到左侧中，最终达到温度T2的状态2；则气体从状态1到状态2是______（选填“可逆”或“不可逆”）过程，T1______T2（选填“大于”、“小于”或“等于”）；随后电阻丝C开始加热，使气体达到温度T3的状态3，则全过程气体压强的变化为______（选填“一直增大”、“一直减小”、“先减小后增大”、“先增大后减小”）。 【答案】 不可逆 等于 先减小后增大 【详解】[1]根据热力学第二定律可知，气体从状态1到状态2是不可逆过程； [2]气体从状态1到状态2，气体不做功，也没有发生热传递，所以气体的内能不变，气体的温度不变，即； [3]根据理想气体状态方程可知，气体从状态1到状态2，温度不变，体积增大，则气体压强减小，从状态2到状态3，温度升高，体积不变，压强增大，则全过程气体压强的变化为先减小后增大。 18．据《中国环境报》报道：从一份科技攻关课题研究结果显示，我国酸雨区已占国土面积的40%以上，研究结果还表明，我国农业每年因遭受酸雨而造成的经济损失高达15亿元．为了有效控制酸雨，目前国务院已批准《酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分方案》等法规． (1)在英国进行的一项研究结果表明：高烟囱可有效地降低地面SO2浓度．在20世纪60～70年代的10年间，由发电厂排放的SO2增加了35%，但由于建造高烟囱，地面浓度降低了30%，请你从全球环境保护的角度，分析这种做法是否可取？说明理由． (2)用传统的煤、石油作燃料，其主要缺点是什么？与传统的煤、石油作燃料相比，哪种物质可以作为新能源？主要优点是什么，缺点又是什么？ 【详解】（1）这种方法不可取，增加烟筒的高度虽然可以使周围地表面SO2的含量减少，但是二氧化硫的排放总量不变，且污染范围扩大了。 （2）用传统的煤、石油作燃料，其主要缺点是燃烧过程中产生大量的二氧化碳和含硫化合物，会造成温室效应和酸雨；氢气可以作为新能源，因为氢的燃烧值大，燃烧后只产生水，无污染物形成；缺点是氢的熔点低，不易液化，给运输带来不安全因数。 【链接高考】 1．（2025·浙江·高考真题）下列说法正确的是（　　） A．热量能自发地从低温物体传到高温物体 B．按照相对论的时间延缓效应，低速运动的微观粒子寿命比高速运动时更长 C．变压器原线圈中电流产生的变化磁场，在副线圈中激发感生电场，从而产生电动势 D．热敏电阻和电阻应变片两种传感器，都是通过测量电阻，确定与之相关的非电学量 【答案】CD 【详解】A．根据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，故A错误； B．按照相对论的时间延缓效应，运动的时钟会变慢。对于微观粒子，高速运动时其内部的时间进程变慢，相当于寿命变长；而低速运动时，时间延缓效应不明显，其寿命比高速运动时更短，故B错误； C．变压器的工作原理是电磁感应。原线圈中电流产生的变化磁场，穿过副线圈时，会在副线圈中激发感生电场，感生电场对副线圈中的自由电荷有作用力，从而产生电动势，这就是变压器副线圈产生感应电动势的原理，故C正确； D．电阻传感器是通过测量电阻的变化来确定与之相关的非电学量，比如温度传感器，温度变化会引起电阻变化，通过测量电阻就可以知道温度的变化。电阻应变片是基于电阻应变效应工作的，当应变片受到外力作用发生形变时，其电阻值会发生变化，通过测量电阻变化可以确定外力等非电学量，故D正确。 故选CD。 2．（2022·广东·高考真题）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__________（选填“是”或“不是”）自发过程。该过程空调消耗了电能，空调排放到室外环境的热量__________（选填“大于”“等于”或“小于”）从室内吸收的热量。 【答案】 不是 大于 【详解】[1]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]由于空调的压缩机做功，使得空调排放到室外环境的热量大于从室内吸收的热量。 3．（2024·浙江·高考真题）如图所示，一个固定在水平面上的绝热容器被隔板A分成体积均为的左右两部分。面积为的绝热活塞B被锁定，隔板A的左侧为真空，右侧中一定质量的理想气体处于温度、压强的状态1。抽取隔板A，右侧中的气体就会扩散到左侧中，最终达到状态2。然后解锁活塞B，同时施加水平恒力F，仍使其保持静止，当电阻丝C加热时，活塞B能缓慢滑动（无摩擦），使气体达到温度的状态3，气体内能增加。已知大气压强，隔板厚度不计。 （1）气体从状态1到状态2是___（选填“可逆”或“不可逆”）过程，分子平均动能____（选填“增大”、“减小”或“不变”）； （2）求水平恒力F的大小； （3）求电阻丝C放出的热量Q。 【答案】（1）气体从状态1到状态2是不可逆过程，分子平均动能不变；（2）；（3） 【详解】（1）根据热力学第二定律可知，气体从状态1到状态2是不可逆过程，由于隔板A的左侧为真空，可知气体从状态1到状态2，气体不做功，又没有发生热传递，所以气体的内能不变，气体的温度不变，分子平均动能不变。 （2）气体从状态1到状态2发生等温变化，则有 解得状态2气体的压强为 解锁活塞B，同时施加水平恒力F，仍使其保持静止，以活塞B为对象，根据受力平衡可得 解得 （3）当电阻丝C加热时，活塞B能缓慢滑动（无摩擦），使气体达到温度的状态3，可知气体做等压变化，则有 可得状态3气体的体积为 该过程气体对外做功为 根据热力学第一定律可得 解得气体吸收的热量为 可知电阻丝C放出的热量为 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 4.热力学第二定律 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 热力学第二定律 1 题型2 能源是有限的 3 题型3 热力学第三定律的表述和应用 5 【能力培优练】 6 【链接高考】 11 【重难题型讲解】 题型1 热力学第二定律 1、热力学第二定律的定义：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：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。 （1）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。 （2）其他影响：指除了从单一热库吸收的热量，以及所做的功以外的其他一切影响；或者除了从低温物体吸收热量、高温物体得到相同的热量外，其他一切影响和变化，不是不能从单一热库吸收热量而对外做功，而是这样做的结果，一定伴随着其他变化或影响。 （3）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。 ★特别提醒 （1）热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是等价的。 （2）热力学第二定律的实质：热力学第二定律的每一种描述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。 4、热力学第二定律的微观解释（无序性） （1）有序与无序的定义：有序指的是一个系统的个体按确定的规则有顺序地排列；无序则是指系统的个体分布没有确定的要求，分布是随意的。有序与无序是相对的，意味着一个系统可以按照某种规则表现为有序，但如果按照另一种规则来看，可能表现为无序。 （2）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。 ★特别提醒 热力学的第二定律表述了物理过程的方向性，从微观上来看就是系统的有序程度，一切自发的现象沿着分子热运动无序性增大的方向进行。 5、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）第二类永动机不可能制成的原因：违背了热力学第二定律，但没有违背能量守恒定律。 6、两类永动机的比较 比较内容 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(或只给予很小的能量启动后，可以永远地运动下去) 将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化(或只有一个热源，实现内能与机械能的转化) 不可能的原因 违背了能量守恒定律 违背了热力学第二定律 【探究归纳】宏观热现象具有方向性，热量不能自发低温传向高温，机械能无法全部自发转化为内能而不产生其他影响。 【典例1-1】从生活走向物理是学习物理的重要途径。下列说法正确的是（　　） A．单晶体熔化过程中温度恒定不变，多晶体熔化过程中温度一直升高 B．热量不可能从低温物体传到高温物体 C．液晶显示器是利用液晶光学性质各向异性的特点制成的 D．第二类永动机不可能制造成功的原因是违背了能量守恒定律 【典例1-2】（多选）关于热力学第二定律的说法正确的是（　　） A．热力学第二定律从宏观角度看，强调能量守恒，从微观角度看，强调统计规律 B．热量不能从低温物体传向高温物体 C．物体可以从单一热库吸收热量，使之完全变成功 D．在自然过程中，一个孤立系统的熵值不可能减小 跟踪训练1河北石家庄、邢台等地夏季常出现35℃以上高温天气。高温天气，家庭使用空调制冷时，下列说法正确的是（    ） A．热量能够自发地从低温的室内传到高温的室外 B．电能全部转化为内能 C．将热量从低温的室内传到高温的室外，违背了热力学第二定律 D．需要压缩机做功，将热量从低温室内传到高温室外 跟踪训练2（多选）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 题型2 能源是有限的 1、能量耗散：有序度较高(集中度较高)的能量转化为内能，流散到环境中无法重新收集起来加以利用的现象。 （1）能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的自发变化过程具有方向性。 （2）能量耗散虽然不会导致能量总量的减少，却会导致能量品质的降低，它实际上是将能量从高度有用的高品质形式降级为不大可用的低品质形式。 ★特别提醒 （1）各种形式的能量向内能的转化，是无序程度较小的状态向无序程度较大的状态的转化，是能够自动发生、全额发生的。 （2）虽然能量总量不会减少，但能源会逐步减少，因此能源是有限的资源。 2、熵的定义：用来表示一个系统无序程度的概念。 3、熵增加原理 （1）原理：热力学第二定律有许多表述形式，因此可以将它表述为任何孤立的系统，它的总熵永远不会减少．即自然界的一切自发过程，总是朝着熵增加的方向进行的，这个就是熵增加原理。 （2）孤立系统：与外界没有物质交换．热交换，与外界也没有力的相互作用、电磁作用的系统．即强调了自发性。 4、有序向无序的转化：系统自发的过程总是从有序到无序的；熵是表征系统的无序程度的物理量，熵越大，系统的无序程度越高。 ★特别提醒 （1）自然界的一切自发现象都是在朝着熵增加的方向进行，并且这一过程是不可逆的。 （2）在有外部干预的情况下，可以实现系统熵的减小。 【探究归纳】常规不可再生能源储量有限，能量转化具有方向性，可用优质能源会不断减少。 【典例2-1】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 【典例2-2】（多选）对于有序和无序，下列说法正确的是（　　） A．有序与无序是相对的 B．对任何一件事物，如果规定得越多，限制得越多，它的无序性就越大 C．有序与无序是绝对的 D．对任何一件事物，如果规定得越多，限制得越多，它的无序性就越小 跟踪训练1下列关于能源的说法中，正确的是（　　） A．煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能 B．水能是不可再生能源 C．节约能源只要提高节能意识就行，与科技进步无关 D．由于能量不会凭空消失，也不会凭空产生，总是守恒的，所以节约能源的意义不大 跟踪训练2（多选）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 题型3 热力学第三定律的表述和应用 1、热力学第三定律的内容是：热力学零度不可能达到；绝对零度是温度的理论下限，定义为-273.15摄氏度或0开尔文。在这个温度下，物质的热运动将完全停止。 2、分析热力学零度不可能达到的原因： （1）首先，根据热力学第三定律，当温度趋近于绝对零度时，系统的熵值趋近于零但永远不会真正达到零。熵是描述系统混乱程度的物理量，当温度降低，分子的排列越有序，熵值越低。由于绝对零度是能量最低的状态，因此在理论上，不可能再降低物质的温度。 （2）其次，量子力学也解释了为什么达不到绝对零度。在极低的温度下，物质的行为会变得很奇怪，可以叠加存在和与其他粒子纠缠在一起，这些现象被称为量子效应。量子效应是不确定状态的，会阻止物质达到绝对零度的确定状态。 （3）此外，科学家们在实验室中已经制造出非常接近绝对零度的温度，但即使在这样的超低温下，原子仍然在运动，并通过量子效应相互影响。例如，麻省理工学院和哈佛大学的一个研究小组在2023年将一团钠原子冷却到500纳开尔文，但这仍然比绝对零度高。 总之，由于热力学定律和量子力学的限制，我们无法达到绝对零度，只能无限接近这个温度下限。 【探究归纳】绝对零度无法达到，低温极限限制了各类热机与低温实验的理论边界。 【典例3-1】热学是研究物质处于热状态时的有关性质和规律的物理学分支，它起源于人类对冷热现象的探索。下列关于热现象的说法中正确的是（　　） A．温度越高的物体，其内能越大 B．温度越低的物体，其每个分子的运动速率越小 C．处于热平衡状态的物体，无论是否接触，其冷热程度一定相同 D．随着冷冻技术的不断进步，可以实现将物体的温度降低到 【典例3-2】（多选）根据热力学定律，下列说法正确的是（　　） A．一定质量的0℃的冰融化为0℃的水时，分子势能减小 B．绝热情况下，外界对物体做了正功，物体的内能也不一定增加 C．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接近-273℃ D．热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的 跟踪训练1根据热力学定律，可知下列说法中正确的是（　　） A．外界对物体做功，物体的内能必定增加 B．不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化 C．随着科技的发展，机械效率是100%的热机是可能制成的 D．凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量只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 跟踪训练2（多选）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 B．机械能可以全部转化为内能而不引起其他变化 C．不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化 D．凡是不违背能量守恒定律的过程一定都能实现 【能力培优练】 1．“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 2．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 3．下列说法正确的是 （　　） A．随着科技的发展，永动机是可以制成的 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”违背了能量转化和守恒定律，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，说明能量可以凭空产生 4．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 5．绿水青山就是金山银山。关于能源利用和生态环境保护，下列说法正确的是（　　） A．煤炭、石油和天然气属于可再生能源，不需要节约使用 B．大力发展新型清洁能源，推动形成人与自然和谐发展的生态文明 C．核电站一旦发生核泄漏事故，会造成严重危害，所以要禁止使用核能 D．煤炭和石油资源的使用，推动了社会的发展，对生态环境没有不良影响 6．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 7．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 8．下列说法正确的是（　　） A．图甲中，两分子间距离由变到的过程中分子力做正功 B．图乙中，附着层水分子间距较内部水分子间距小，附着层水分子间作用力表现为引力 C．图丙中，显微镜下观察到的花粉颗粒的无规则运动就是花粉颗粒的轨迹 D．图丁中，电冰箱能把热量从低温的箱内传到高温的箱外，违背了热力学第二定律 9．（多选）能源短缺和环境恶化指的是（　　） A．煤炭和石油的开采与技术有关，在当前技术条件下，煤炭和石油的开采是有限度的，这叫能源短缺 B．煤炭和石油资源是有限的，以今天的开采和消耗速度，石油储藏将在百年内用尽，煤炭资源也不可能永续，这叫能源短缺 C．煤炭和石油具有大量的气味，在开采、存放和使用过程中这些气味会聚存在空气中污染空气，使环境恶化 D．大量煤炭和石油产品在燃烧时排出的有害气体污染了空气，使环境恶化 10．（多选）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 11．（多选）下列现象及关于热力学第一、第二定律的叙述正确的是（　　） A．热力学第一定律和热力学第二定律是从不同角度阐述了能量守恒定律 B．一定质量的理想气体在等温膨胀过程中，气体一定放出热量 C．0℃的冰融化为0℃的水，此过程系统吸收热量，内能增加 D．第二类永动机违背了热力学第二定律 12．（多选）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。下列说法正确的是（　　） A．转轮转动的过程中克服摩擦力做功，要维持转轮转动需要外力做功 B．维持转轮能较长时间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 13．（多选）利用“涡流效应”可实现冷热气体的分离。如图所示，一冷热气体分离装置由喷嘴、涡流室、环形管、分离挡板和冷热两端管等构成。高压氮气由喷嘴流入涡流室中，然后以螺旋方式在环形管中向右旋转前进，分子热运动速率较小的气体分子将聚集到环形管中心部位，而分子热运动速率较大的气体分子将聚集到环形管边缘部位。气流到达分离挡板处时，中心部位气流与分离挡板碰撞后原速率返回，从A端流出，边缘部位气流从B端流出。下列说法正确的是（　　） A．从A端流出的气体温度较高为热端 B．从B端流出的气体温度较高为热端 C．单位时间内B端流出气体的内能不一定大于A端流出气体的内能 D．该装置气体进出的过程违背了热力学第二定律 14．（多选）如图，用绝热材料制成的密闭容器被隔板K分成Ⅰ、Ⅱ两部分，一定量的某理想气体处于Ⅰ中，Ⅱ内为真空。抽取隔板K，气体进入Ⅱ中，最终整个容器均匀地分布了这种气体。则此过程，该气体系统（　　） A．对外做功，体积膨胀 B．对外不做功，最终压强减小 C．内能减少，最终温度降低 D．无序度变大 15．（多选）下列说法正确的是（　　） A．图甲中，两分子间距离由r1变到r2的过程中分子力做正功 B．图乙中，100°C的氧气，速率大的分子比例较多，其分子的平均速率比0°C的大 C．图丙中，显微镜下观察到的花粉颗粒的无规则运动就是花粉颗粒的轨迹 D．图丁中，电冰箱能把热量从低温的箱内传到高温的箱外，违背了热力学第二定律 16．（多选）如图所示，两种不同金属组成一个回路，接触头1置于热水杯中，接触头2置于冷水杯中，此时回路中电流表指针会偏转，出现了“温差电现象”。假设此过程中，电流做功为W，接触头1从热水中吸收热量Q₁，接触头2从冷水中吸收热量 ，不计电流表内阻，则下列说法正确的是（　　） A．“温差电现象”出现是由于金属晶体热性质各向同性 B．“温差电现象”出现是由于金属中载流子的热运动 C．根据热力学第一定律， D．根据热力学第二定律， 17．如图所示，一个固定在水平面上的绝热容器被隔板A分成体积相等的左右两部分。绝热活塞B被锁定，隔板A（厚度不计）的左侧为真空，右侧中一定质量的理想气体处于温度T1的状态1。抽取隔板A，右侧中的气体就会扩散到左侧中，最终达到温度T2的状态2；则气体从状态1到状态2是______（选填“可逆”或“不可逆”）过程，T1______T2（选填“大于”、“小于”或“等于”）；随后电阻丝C开始加热，使气体达到温度T3的状态3，则全过程气体压强的变化为______（选填“一直增大”、“一直减小”、“先减小后增大”、“先增大后减小”）。 18．据《中国环境报》报道：从一份科技攻关课题研究结果显示，我国酸雨区已占国土面积的40%以上，研究结果还表明，我国农业每年因遭受酸雨而造成的经济损失高达15亿元．为了有效控制酸雨，目前国务院已批准《酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分方案》等法规． (1)在英国进行的一项研究结果表明：高烟囱可有效地降低地面SO2浓度．在20世纪60～70年代的10年间，由发电厂排放的SO2增加了35%，但由于建造高烟囱，地面浓度降低了30%，请你从全球环境保护的角度，分析这种做法是否可取？说明理由． (2)用传统的煤、石油作燃料，其主要缺点是什么？与传统的煤、石油作燃料相比，哪种物质可以作为新能源？主要优点是什么，缺点又是什么？ 【链接高考】 1．（2025·浙江·高考真题）下列说法正确的是（　　） A．热量能自发地从低温物体传到高温物体 B．按照相对论的时间延缓效应，低速运动的微观粒子寿命比高速运动时更长 C．变压器原线圈中电流产生的变化磁场，在副线圈中激发感生电场，从而产生电动势 D．热敏电阻和电阻应变片两种传感器，都是通过测量电阻，确定与之相关的非电学量 2．（2022·广东·高考真题）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__________（选填“是”或“不是”）自发过程。该过程空调消耗了电能，空调排放到室外环境的热量__________（选填“大于”“等于”或“小于”）从室内吸收的热量。 3．（2024·浙江·高考真题）如图所示，一个固定在水平面上的绝热容器被隔板A分成体积均为的左右两部分。面积为的绝热活塞B被锁定，隔板A的左侧为真空，右侧中一定质量的理想气体处于温度、压强的状态1。抽取隔板A，右侧中的气体就会扩散到左侧中，最终达到状态2。然后解锁活塞B，同时施加水平恒力F，仍使其保持静止，当电阻丝C加热时，活塞B能缓慢滑动（无摩擦），使气体达到温度的状态3，气体内能增加。已知大气压强，隔板厚度不计。 （1）气体从状态1到状态2是___（选填“可逆”或“不可逆”）过程，分子平均动能____（选填“增大”、“减小”或“不变”）； （2）求水平恒力F的大小； （3）求电阻丝C放出的热量Q。 / 学科网（北京）股份有限公司 $