3.4 热力学第二定律 专项训练-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** 聚焦热力学第二定律及能源问题，通过概念填空与选择训练构建"定律表述-能量耗散-实际应用"的完整知识链，强化物理观念与科学思维。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |概念填空|8题|基础记忆型，覆盖定律内涵、表述及能源定义|从热力学第二定律方向性切入，延伸能量耗散与能源品质概念| |选择训练|12题|辨析应用型，结合永动机、制冷设备等实例|通过现象分析（如布朗运动）→原理解释（热力学定律）→实际应用（能源可持续）的递进逻辑|

———————理解为王——物理快乐学 2 / 5 ———————理解为王——物理快乐学 2 / 5 3.4 热力学第二定律 热力学第二定律 1．一切与热现象有关的宏观自然过程都是______的。 2．热力学第二定律：在物理学中，反映______过程的方向性的定律。 3．热力学第二定律的克劳修斯表述：热量不能自发地从______物体传到______物体。即阐述的是传热的______。 4．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______，而______。即阐述了机械能与内能转化的方向性：机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功以转化成机械能。 5．热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是______的。 能源是有限的 能源是有限的 6．能量耗散：机械能、电能、光能、声能、化学能、核能、生物能……最终都转化成______，流散到周围环境中，无法重新自动聚集起来加以利用的现象。 7．能源：是指具有______的______的储能物质。 8．能源的使用过程中虽然能量的总量保持守恒，但能量的______下降了。虽然能量总量不会减少，但能源会______，因此能源是______的资源。 备考训练一： 1．下列关于热现象的描述正确的是（　　） A．根据热力学定律，热机的效率可以达到100% B．做功和热传递都是通过能量转化的方式改变系统内能的 C．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 D．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律的 2．2021年6月11日，我国成功将“北京三号”卫星送入预定轨道，如图卫星两翼的太阳能电池板把太阳能转化为电能供卫星使用。关于能源与可持续发展，以下说法正确的是（     ） A．利用太阳能、风能和核能等能源替代化石能源可以改善空气质量 B．人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造 C．水电站里的发电装置可以将水库中储存的水的机械能全部转化为电能 D．核能对环境的污染比常规能源对环境的污染大 3．下列关于各种物理现象的说法正确的是（　　） A．第二类永动机不可实现是因为其违背了热力学第一定律 B．方解石的双折射现象说明方解石为晶体 C．液体的表面张力是因为在液体表面层分子间的作用力表现为斥力 D．只有声波才有多普勒效应，光波或电磁波没有多普勒效应 4．关于永动机和能量守恒定律，下列说法正确的是（    ） A．第一类永动机不可能制成．因为违背了能量守恒定律 B．第二类永动机不可能制成，因为违背了能量守恒定律 C．能量只会从一种形式转化为另一种形式，因此能源永远不会短缺 D．能量守恒定律只适用于机械能、内能、不适用于电能、光能、核能 5．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 6．如图所示为电冰箱的工作原理示意图，压缩机工作时，强制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．电冰箱的工作效率可达到100% B．电冰箱的工作原理违反了热力学第一定律 C．热量可以自发地从低温的冰箱内传到高温的冰箱外 D．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 7．关于能量的转化与能量守恒定律，下列说法正确的是（　　） A．能量耗散是指能量在不断地减少 B．能量耗散说明能量在转移、转化过程中具有方向性 C．能量是守恒的，不会凭空消失，因此不会发生能源危机 D．能量可以从一种形式转化为另一种形式，但不能从一个物体转移到另一个物体 8．（多选）如图，一块高功率芯片上方紧贴着一个均热板散热器。均热板是一个完全密封的扁平纯铜空腔，空腔内部注有微量的水。在正常工作过程中，水从高温芯片处吸收热量汽化，水蒸气在低温冷凝端放出热量变回液态水，并回流到底部。下列说法正确的是（     ） A．空腔内高温处所有水分子的运动速率都比低温处水分子的运动速率大 B．一定量的水吸收热量变成相同温度的水蒸气，内能变大 C．该均热板可以从高温物体吸热，向低温物体放热，不对外界做功 D．该均热板可以从低温物体吸热，向高温物体放热，而不产生其他影响 9．下列说法正确的是 A．物体吸收热量，其温度一定升高 B．热量只能从高温物体向低温物体传递 C．遵守热力学第一定律的过程一定能实现 D．做功和热传递是改变物体内能的两种方式 10．下列关于热现象的说法中，正确的是（     ） A．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量 B．随着低温技术的发展，我们可以使温度逐渐降低，并最终达到绝对零度 C．悬浮在液体中的微粒越小，在某一瞬间跟它相撞的液体分子数越少，布朗运动越不明显 D．单晶体有固定的熔点，多晶体和非晶体没有固定的熔点 11．下列关于热学现象的说法，正确的是（　　） A．布朗运动是液体分子的无规则运动，温度越高布朗运动越剧烈 B．一定质量的理想气体，温度不变时，压强增大，内能一定增大 C．第二类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律 D．温度相同的氢气和氧气，氢气分子和氧气分子的平均速率不相等 12．下列有关热力学第一定律和热力学第二定律说法错误的是（     ） A．一定质量的理想气体膨胀对外做功100 J，同时从外界吸收120 J的热量，则它的内能增大20 J B．热力学第一定律实际上是内能与其他形式能量发生转化时的能量守恒定律 C．热力学第二定律表明热量不能从低温物体传递到高温物体 D．第二类永动机违反了热力学第二定律 ———————理解为王——物理快乐学 2 / 5 试卷第1页，共3页 每个知识点两个按照2-3-3练习（简、中、难——多为期中、期末、高考真题）——全面掌握 学科网（北京）股份有限公司 参考答案 1．C 【详解】A．热机在工作过程中不可避免的要有能量耗散，其效率不可能达到100%，A错误； B．热传递是靠能量的转移改变系统内能的，B错误； C．系统达到热平衡的标志是温度相同，C正确； D．分子动理论告诉我们，物质是由分子组成的，分子永不停息地做无规则运动，但大量分子的运动遵从一定的统计规律，如温度升高，所有分子的平均动能增大，D错误； 故选C。 2．A 【详解】A．改善空气质量，就应该从根本上减少碳排放量，用新能源代替传统的化石能源，节能减排，故A正确； B．能量是守恒的，既不能创造也不可能消失，但能量品质会下降，故要节约能源，故B错误； C．由于水下落过程以及发电装置都有摩擦，故该装置不可能将水库中储存的水的机械能全部转化为电能，故C错误； D．核能属于新能源，处理得当是一种清洁能源，故D错误； 故选A。 3．B 【详解】A．第二类永动机不违背热力学第一定律，其不可实现是因为违背了热力学第二定律，即宏观热现象具有方向性，故A错误； B．双折射现象是晶体各向异性的典型特征，非晶体为各向同性，不会产生双折射，因此方解石的双折射现象说明其为晶体，故B正确； C．液体表面层分子间距大于液体内部分子间距，分子间作用力表现为引力，这是表面张力产生的原因，故C错误； D．多普勒效应是所有波动过程共有的特征，声波（机械波）、光波和电磁波都存在多普勒效应，故D错误。 故选B。 4．A 【详解】A．第一类永动机的设计目标是不消耗能量却持续对外做功，违背了能量不会凭空产生的能量守恒定律，因此不可能制成，故A正确； B．第二类永动机的设计目标是将内能转化为机械能且不产生其他影响，它不违背能量守恒定律，违背的是宏观热现象具有方向性的热力学第二定律，故B错误； C．能量的转化和转移具有方向性，耗散到环境中的低品质内能无法被重新收集利用，可利用的能源会不断减少，因此会出现能源短缺，故C错误； D．能量守恒定律是自然界普遍适用的基本规律，适用于所有形式的能量转化、转移过程，包括电能、光能、核能等，故D错误。 故选A。 5．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。 6．D 【详解】A．任何热机的效率都不能达到100%，因为在能量转化过程中总会有能量损耗，电冰箱也不例外，故A错误； B．电冰箱在工作过程中，消耗电能，实现了热量从低温物体向高温物体的传递，其能量的转化和守恒满足热力学第一定律，并没有违反，故B错误； CD．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的内部传到高温的外部，需要压缩机的帮助并消耗电能，故C错误，D正确。 故选D。 7．B 【详解】A．能量耗散是指能量在转化过程中变为难以被人类收集利用的内能形式，总能量仍遵守能量守恒定律，总量不会减少，故A错误； B．能量耗散过程中，耗散的内能不能自发重新聚集为可利用的高品质能量，说明能量的转移、转化过程具有方向性，故B正确； C．能量总量虽然守恒，但可被人类利用的高品质能源会随使用逐渐转化为难以利用的低品质能量，可利用能源不断减少，因此会发生能源危机，故C错误； D．能量既可以从一种形式转化为另一种形式，也可以通过热传递等过程从一个物体转移到另一个物体，故D错误。 故选B。 8．BC 【详解】A．温度是分子平均动能的统计标志，仅反映整体的平均水平，高温处仍存在速率小的水分子，低温处也存在速率大的水分子，并非所有水分子的运动速率都满足高温处大于低温处，故A错误； B．一定量的水变为同温度的水蒸气，温度不变则分子总动能不变。汽化过程吸收热量，且汽化后分子间距大幅增大，分子势能增加，因此总内能变大，故B正确； C．该过程中，均热板从高温的芯片吸热，向低温的冷凝端放热，整个过程循环进行，均热板自身状态复原，不需要对外界做功，仅依靠水传递热量，符合物理规律，故C正确； D．根据热力学第二定律，不可能从低温物体吸热、向高温物体放热，同时不产生其他影响，该描述违反热力学第二定律，故D错误。 故选BC 。 9．D 【详解】A．物体吸收热量,如果对外做功,温度可能降低,故A错; B．热量可以从低温物体向高温物体传递,但要引起其他变化,故B错; C．根据热力学第二定律,凡是与热现象有关的宏观过程都具有方向性,故C错; D．改变内能的方式有做功与热传递,两者效果相同,但本质不同,故D正确。 故选D。 10．A 【详解】A．根据能量守恒定律，空调消耗的电能W转化为内能，加上从室内吸收的热量Q1 ，最终全部排放到室外Q2。即 因为 所以，即向室外放出的热量大于从室内吸收的热量，故A正确； B．根据热力学第三定律，绝对零度只能无限逼近，而无法真正达到。无论低温技术如何发展，都不可能达到绝对零度，故B错误； C．布朗运动的剧烈程度与颗粒大小有关。悬浮微粒越小，表面积越小，在某一瞬间撞击它的液体分子数越少，撞击作用的不平衡性就越明显，因此布朗运动越明显，故 C错误； D．晶体（包括单晶体和多晶体）都有固定的熔点，只有非晶体没有固定的熔点。多晶体虽然各向同性，但它依然是晶体，有确定的熔点，故D错误。 故选A。 11．D 【详解】A．布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动，是液体分子无规则热运动的反映，并非液体分子本身的运动，故A错误； B．理想气体分子势能为0，内能仅由温度决定，一定质量的理想气体温度不变时，内能不变，与压强变化无关，故B错误； C．第二类永动机不可能制成是因为违背了热力学第二定律（能量转化的方向性），并不违背能量守恒定律，故C错误； D．温度是分子平均动能的标志，温度相同则分子平均动能相同，满足公式，由于氢气分子质量远小于氧气分子质量，在平均动能相同的情况下，氢气分子平均速率更大，二者平均速率不相等，故D正确。 故选D。 12．C 【详解】A．根据热力学第一定律，规定气体对外做功时为负，从外界吸热时为正。本题中，，代入得，即内能增大20 J，故A正确； B．热力学第一定律本质是能量守恒定律在热现象中的具体体现，描述的是内能与其他形式能量发生转化时的守恒规律，故B正确； C．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递到高温物体。若存在外界做功（如制冷机工作），热量可以从低温物体传递到高温物体，选项表述遗漏了“自发”的前提条件，故C错误； D．第二类永动机的设想是从单一热源吸热全部转化为有用功且不产生其他影响，违背了热力学第二定律，不可能制成，故D正确。 本题选错误的，故选C。 参考答案： 1．不可逆 2．宏观自然 3． 低温 高温 方向性 4． 功 不产生其他影响 5．等价 【详解】1．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 2．在物理学中，反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律。 3．[1][2][3]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。 4．[1][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。 5．热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是等价的。 6．内能 7． 高品质 容易利用 8． 品质 逐渐减少 有限 【详解】6．能量耗散：机械能、电能、光能、声能、化学能、核能、生物能……最终都转化成内能，流散到周围环境中，无法重新自动聚集起来加以利用的现象。 7．能源：是指具有高品质的容易利用的储能物质。 8．能源的使用过程中虽然能量的总量保持守恒，但能量的品质下降了。虽然能量总量不会减少，但能源会逐渐减少，因此能源是有限的资源。 每个知识点两个按照2-3-3练习（简、中、难——多为期中、期末、高考真题）——全面掌握 每个知识点两个按照2-3-3练习（简、中、难——多为期中、期末、高考真题）——全面掌握 学科网（北京）股份有限公司 $