3.4 热力学第二定律 分层作业 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

**基本信息** 本练习通过A/B/C三层设计，以基础概念辨析→实际应用分析→综合探究计算的路径，系统巩固热力学第二定律及能源利用知识，适配新授课分层教学需求。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |A层|热力学第二定律表述、能量转化与守恒、能源利用基础|以选择题为主，结合简答题，强化物理观念中的能量观念，如辨析第二类永动机原理| |B层|热力学第二定律应用（热泵、冰箱）、气体实验定律|融入实际情境（电动汽车热泵空调），通过选择与计算题培养科学推理能力，衔接课堂例题| |C层|热力学第二定律深化理解、能量定量计算|设置太阳辐射功率估算等综合题，发展科学探究与模型建构能力，体现科学态度与责任|

3.4 热力学第二定律 分层作业 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ A层 1．下列说法正确的是（　　） A．第二类永动机违背了能量守恒定律 B．第二类永动机违背了热力学第二定律 C．根据能量守恒定律，经过不断地技术改造，热机的效率有可能达到100% D．电冰箱和空调机工作时，热量从低温热源传到高温热源，违背了热力学第二定律 2．关于热力学第二定律的表述，以下说法中，不正确的是（　　） A．开尔文表述为，不可能从单一热源取热，使之完全转化为有用功 B．热力学第二定律共有两种表述方式，它们是克劳修斯表述和开尔文表述 C．克劳修斯表述是关于热传导方向性的表述 D．开尔文表述是关于功热转换不可逆性的表述 3．（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 4．（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 5．虽然能量是守恒的，但我们却要面对“能源危机”，请利用物理术语对此进行解释。为了解决能源危机，我国目前在发展核能发电与水力发电等相关产业，请分别讨论核能发电和水力发电的优缺点。 6．能源的过度消费，会对环境造成怎样不利的影响？ B层 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．（多选）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 9．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）。 C层 10．热力学第二定律表明（　　） A．不可能从单一热源吸收热量使之全部变为有用的功 B．在一个可逆过程中，工作物质净吸热等于对外做的功 C．热不能全部转变为功 D．热量不可能从温度低的物体传到温度高的物体 11．（多选）下列有关热学知识的说法中正确的是（　　） A．热量可以从低温物体传递给高温物体 B．不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功 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．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 12．取一个横截面积是3dm2的不高的圆筒，筒内装水0.6kg，用来测量射到地面的太阳能.在太阳光垂直照射2min后，水的温度升高了1℃。 a.计算在阳光直射下，地球表面每平方厘米每分钟获得的能量。 b.已知射到大气顶层的太阳能只有45%到达地面，另外55%被大气吸收和反射而未到达地面，你能由此估算出太阳辐射的功率吗？需要什么数据，自己去查找。 参考答案 题号 1 2 3 4 7 8 10 11 答案 B A ABC BD C ACD B AD 1．B 【详解】AB．第二类永动机的定义是从单一热源吸热并全部转化为功而不引起其他变化的机器。它不违背能量守恒定律（热力学第一定律），但违背热力学第二定律的开尔文表述（即不可能从单一热源吸热使之完全变为有用功而不产生其他影响），故A错误，B正确。 C．根据热力学第二定律（卡诺定理），热机的效率不可能达到100%，因为总有一部分热量要排放到低温热源，即使技术改进也无法突破这一极限。能量守恒定律仅保证能量总量不变，但不保证效率可达100%，故C错误。 D．电冰箱和空调机工作时，通过外部做功（如压缩机耗电），实现了热量从低温热源向高温热源的传递，这并不违背热力学第二定律，因为该过程需要外界能量输入（即不“自发”），故D错误。 故选B。 2．A 【详解】A．开尔文表述为，不可能从单一热源取热，使之完全转化为有用功，而不引起其它变化，少了“而不引起其它变化”，故A错误； BCD．热力学第二定律共有两种表述方式，它们是克劳修斯表述和开尔文表述。 克劳修斯表述为：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，这是从热传导的方向性进行表述的； 开尔文表述为：不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为功（全部对外做功），而不产生其他影响（不引起其他变化）。这是从功热转换不可逆性进行表述的，故BCD正确。 由于本题选择错误的，故选A。 3．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。 4．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。 5．见解析 【详解】能源危机是指因为能源供应短缺或是价格上涨而影响经济。这通常涉及到石油、电力或其他自然资源的短缺。 核能发电 优点：不消耗一次能源； 缺点：核泄漏会造成核辐射； 水力发电 优点：历史悠久，后期成本很低。无污染，水能可再生，水能蕴藏总量大。 缺点：固定资产投资大，对地理环境要求高，比如中国西南部水力资源极其丰富，但自然环境恶劣，建设困难，始终无法加以利用。 6．【详解】大量使用石油、煤炭造成空气污染并产生各种废料；过度使用木柴等会加剧对树木的砍伐，会导致水土流失和沙漠化；海上石油开采发生泄漏，会破坏生态环境；煤炭燃烧产生的二氧化硫等气体会形成酸雨，导致水、土壤酸化，对植物、建筑物造成危害等。 7．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．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。 9．(1)见解析 (2) 【详解】（1）热力学第二定律的两种表述为：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；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。 电冰箱把热量从低温的内部传到高温的外部，需要压缩机的帮助并消耗电能，即产生了其他影响，因此电冰箱制冷的过程并不违反热力学第二定律。 （2）不计气体体积变化，根据查理定律可得 其中， 解得第二天水瓶中气体的压强为 10．B 【详解】A．根据热力学第二定律可知，可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功，但是会引起其他的变化，故A错误； B．在一个可逆过程中，当工作物质回到初状态时，内能没有发生改变，根据热力学第一定律可得，工作物质净吸热等于对外做的功，故B正确； C．根据热力学第二定律可知，热可以全部转变为功，但是会引起其他的变化，故C错误； D．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，若有外界做功的话，可以从低温物体传递到高温物体，比如冰箱；故D错误。 故选B。 11．AD 【详解】A．根据热力学第二定律，热量可以从低温物体传到高温物体，但是不可能不引起其他变化，故A正确； B．在外界的影响下，气体可以从单一热库吸收热量，使之完全变成功，故B错误； C．第二类永动机不可能制成的原因是违反了热力学第二定律，故C错误； D．在引起其它变化的情况下，机械能可以全部转化为内能，如运动的物体只受摩擦力停下来，内能也可以全部转化为机械能，故D正确。 故选AD。 12．（a）4.2J/cm2·min；（b）4.5×1026w 【详解】（a）圆筒内的水经过2分钟内能的增加为 圆筒面积为 所以每分钟每平方厘米获得的能量为 （b）根据上一问可得太阳光在地球表面每平方米每秒获得的能量为 太阳的辐射能向四面八方，是均匀辐射的，可认为辐射分布在以太阳到地球距离 为半径的球面上，所以太阳辐射功率为 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $