3.4　热力学第二定律 课后练习 -2026-2027学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

**基本信息** 该同步练习通过A、B、C组分层设计，以7:5:1题量配比实现从基础概念到综合应用的梯度进阶，适配新授课知识巩固与核心素养培育需求。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |A组|热力学第二定律基础概念（可逆过程、能源分类、能量耗散）|以多选、单选题为主，直接考查核心概念辨析，如判断扩散过程可逆性，强化物理观念| |B组|热力学定律综合应用（熵变分析、热机效率、电冰箱原理）|结合生活情境（如汽车功率分配），需科学推理解决实际问题，提升科学思维| |C组|热力学定律在工程装置中的应用（海浪发电气室）|创设复杂工程情境，考查模型建构与科学论证，体现科学探究与社会责任|

3.4　热力学第二定律 A组 必备知识基础练 1.(多选)在没有第三者介入的情况下,下列说法正确的是(　　) A.传热过程是可逆的 B.机械能向内能的转化过程是不可逆的 C.气体的扩散过程是可逆的 D.气体向真空中的膨胀是不可逆的 2.关于能源,下列说法正确的是(　　) A.根据能量守恒定律,我们不需要节约能源 B.化石能源、水能和风能都是不可再生的能源 C.核电站工作时,它能把核能转化为电能 D.能量的转化、转移没有方向性 3.下列现象属于能量耗散的是(　　) A.利用水流发电变成电能 B.电能通过灯泡中的电阻丝转化为光能 C.电池的化学能转化为电能 D.火炉把房子烤暖 4.第二类永动机不可能制成,是因为(　　) A.违背了能量守恒定律 B.热量总是从高温物体传递到低温物体 C.机械能不能全部转化为内能 D.内能不能全部转化为机械能,而不引起其他变化 5.(多选)物理兴趣小组在参加完学校的“节能环保、低碳减排”活动后,小组成员提出了一些设想,从物理学的角度,下列设想可行的是(　　) A.制造一种运动装置,将它与地面摩擦产生的内能全部转化为动能 B.制造一种自行车,把它行进时的一部分动能转化成电能,提供照明 C.在城市的楼顶安装光伏发电装置,节能减排 D.利用永久磁体间的作用力,制造一台永远转动的机械 6.(多选)地球上海水的总质量约为1.4×1018 t,如果这些海水的温度降低0.1 ℃,将要放出5.8×1023 J的热量。有人曾设想利用海水放出的热量,使它完全变成机械能来解决能源危机,但这种机器是不能制成的,关于其原因,下列说法不正确的是(　　) A.内能不能转化成机械能 B.内能转化成机械能不满足热力学第一定律 C.只从单一热库吸收热量并完全转化成机械能的过程不满足热力学第二定律 D.机械能可全部转化为内能,内能不可能全部转化成机械能,同时不引起其他变化 7.用隔板将一容器隔成A和B两部分,A中有一定质量的气体,B为真空(如图甲所示),现把隔板抽去,A中的气体将自动充满整个容器(如图乙所示),这个过程称为气体的自由膨胀。关于气体的自由膨胀,下列说法正确的是(　　) A.在自由膨胀过程中,所有气体分子的运动方向相同 B.在自由膨胀过程中,只要把握好隔板插入的时机,全部气体就能到达B部分 C.气体充满整个容器后,只要时间足够长,还能全部自动回到A部分 D.气体充满整个容器后,B部分中的某些气体分子有可能再回到A部分 B组 关键能力提升练 8.在寒冷的天气中将一盆水放在户外,经过一段时间后这盆水就会结冰,液态水的分子无序程度比冰的无序程度要大,下列说法正确的是(　　) A.结冰的过程违反熵增加原理 B.结冰的过程不违反熵增加原理 C.无法判断结冰的过程中是否违反熵增加原理 D.结冰的过程是否违反熵增加原理,要看研究对象的选取 9.(多选)关于热力学定律,下列说法正确的是(　　) A.外界对某系统做正功,该系统的内能一定增加 B.第二类永动机没有违反能量守恒定律,但违反了热力学第二定律 C.低温系统可以向高温系统传递热量而不引起其他变化 D.无论科技如何进步与发展,热机的效率都不可能达到100% 10.(多选)电冰箱的工作原理示意图如图所示。压缩机工作时,使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.热量可以自发地从箱体内传到箱体外 B.电冰箱的制冷系统能够不断地把箱体内的热量传到箱体外,是因为其消耗了电能 C.电冰箱的工作原理不违背热力学第二定律 D.电冰箱的工作原理违背了热力学第二定律 11.一辆汽车以80 km/h的速度行驶时,每10 km消耗汽油约1 L。根据汽油的热值进行简单的计算可知,此时汽车的功率约为70 kW。如图是该汽车行驶时功率分配的大致比例图。下列说法正确的是(　　) A.汽车发动机是把内能转化为机械能的装置,随着技术的发展,总有一天能实现内能全部转化为机械能 B.由图中数据计算可得发动机的输入功率为9 kW C.由图中数据计算可得该汽车的机械效率约为11% D.如果汽车以题中速度连续行驶5小时,则耗油量约为5 L 12.(多选)用两种不同的金属丝组成一个回路,接触点1插在热水中,接触点2插在冷水中,如图所示,电流表指针会发生偏转,这就是温差发电现象。关于这一现象的说法正确的是(　　) A.这一实验过程不违反热力学第二定律 B.在实验过程中,热水一定降温,冷水一定升温 C.在实验过程中,热水的内能全部转化成电能,电能则部分转化成冷水的内能 D.在实验过程中,热水的内能只有部分转化成电能,电能则全部转化成冷水的内能 C组 核心素养拔高练 13.世界上第一盏用海浪发电的航标灯,其气室(器壁是导热的)结构示意图如图所示。利用海浪上下起伏的力量,空气从A吸进来,在B中压缩后再推入工作室C,推动涡轮机带动发电机发电。当海水下降时,阀门K1关闭,K2打开。当海水上升时,K2关闭,海水推动活塞等温压缩空气(可视为理想气体),空气压强达到6×105 Pa时,阀门K1才打开,K1打开后,活塞继续推动B中的空气,直到气体全部被推入工作室C为止,同时工作室C的空气推动涡轮机工作。根据上述信息,下列说法正确的是(　　) A.该装置由于从单一热源吸收热量,所以违反了热力学第二定律 B.在活塞向上推动,K1未打开之前,B中的空气向周围放出热量 C.在活塞向上推动,K1未打开之前,B中每个空气分子对器壁的撞击力都增大 D.空气被压缩,体积减小,分子间的平均距离减小,空气压强增大,分子力表现为斥力 参考答案 1.BD　解析 题述四个选项所述过程都是与热现象有关的宏观过程,根据热力学第二定律可知,在没有第三者介入的情况下,它们都是不可逆的,故A、C错误,B、D正确。 2.C　解析 虽然能量是守恒的,但能被人们利用、方便使用的能源在减少,故我们仍需要节约能源,A错误;化石能源是不可再生能源,水能和风能都是可再生的能源,B错误;核电站工作时,它能把核能转化为电能,C正确;有些能量的转化、转移具有方向性,如机械能和内能的相互转化,D错误。 3.D　解析 能量耗散是指其他形式的能转化为内能,最终流散在周围环境中无法重新收集并加以利用的现象,能够重新收集并加以利用的不能称为能量耗散。电能、光能都可以重新收集并加以利用,如用光作为能源的手表等,只有当用电灯照明时的光能被墙壁吸收之后变为周围环境的内能,才无法重新收集并加以利用,但本题没有告诉光能用来做什么,故不能算能量耗散,只有火炉把房子烤暖后使燃料的化学能转化成内能并流散在周围的环境中,无法重新收集并加以利用,才是能量耗散。故选D。 4.D　解析 第二类永动机的设想并不违背能量守恒定律,但违背了涉及热量的能量转化过程是有方向性的规律,故A错误;在引起其他变化的情况下,热量可以由低温物体非自发地传递到高温物体,故B错误;机械能可以全部转化为内能,C错误;由热力学第二定律可知D正确。 5.BC　解析 制造一种运动装置,将它与地面摩擦产生的内能全部转化为动能,这个设想违反了热力学第二定律,是不可行的,故A错误;制造一种自行车,把它行进时的一部分动能转化成电能,提供照明,这符合能量守恒定律与热力学第二定律,是可行的,故B正确;在城市的楼顶安装光伏发电装置,利用太阳能发电,能够做到节能减排,故C正确;利用永久磁体间的作用力,制造一台永远转动的机械,这违背了能量守恒定律,不可行,故D错误。 6.AB　解析 内能可以转化成机械能,如热机,故A错误,符合题意;内能转化成机械能的过程满足热力学第一定律,也可以说符合能量守恒定律,故B错误,符合题意;根据热力学第二定律可知,不可能从单一热库吸收热量并完全转化成机械能,而不引起其他变化,故C、D正确,不符合题意。 7.D　解析 自由膨胀过程中,所有气体分子的运动方向不一定相同,A错误;自由膨胀的最后结果是左、右两部分气体均匀,不可能全部转移到B部分,B错误;自由膨胀是有方向性的热运动,逆过程不能自发进行,需要外界的帮助,C错误,D正确。 8.B　解析 水、大气及地面为一个孤立系统,水结冰时放热,使周围大气以及地面内能增加,无序程度增加,系统的总熵增加,并不违反熵增加原理,故A、C、D错误,B正确。 9.BD　解析 根据ΔU=W+Q可知,外界做正功即W>0,有可能同时放热即Q<0,故内能的变化不确定,故A错误;第二类永动机没有违反能量守恒定律,但是违背了热力学第二定律,所以不可能制成,故B正确;热传递过程也具有方向性,热量能自发地从高温物体传给低温物体,但是热量要从低温物体传到高温物体,必然要引起其他变化(外界对系统做功),故C错误;根据热力学第二定律,无论科技如何进步与发展,热机的效率都不可能达到100%,故D正确。 10.BC　解析 热力学第二定律适用于所有的热力学过程,C正确,D错误;热量不能自发地从低温物体传到高温物体,要想使热量从低温物体传到高温物体,必须借助于其他系统做功,电冰箱的制冷系统不断地把箱体内的热量传到箱体外,是因为其消耗了电能,A错误,B正确。 11.C　解析 根据热力学第二定律可知,不可能实现内能全部转化为机械能,故A错误;发动机的输入功率等于总功率减去排气管热损、汽油蒸发损失、散热器损失,即17 kW, 故B错误;该汽车的机械效率η=×100%≈11%,故C正确;汽车以题中80 km/h的速度行驶时,每小时消耗汽油8 L,如果汽车以该速度连续行驶5小时,则耗油量约为40 L,故D错误。 12.AB　解析 温差发电现象中产生了电能是因为热水中的内能减少,一部分转化为电能,一部分散失在环境中,转化效率低于100%,不违反热力学第二定律,热水温度降低,冷水温度升高,电流表导线也会消耗电能,故A、B正确,C、D错误。 13.B　解析 该装置利用海水推动活塞做功,海水的机械能转化为电能,不违反热力学第二定律,A错误;海水推动活塞等温压缩空气,内能不变,而外界对空气做功,根据热力学第一定律可知B中的空气向周围放出热量,B正确;在活塞向上推动,K1未打开之前,由于温度不变,则B中空气分子的平均动能不变,对单个分子来讲其动能变化不一定,每个空气分子对器壁的撞击力不一定都增大,C错误;因空气可视为理想气体,则不考虑分子间的作用力,D错误。 8 学科网（北京）股份有限公司 $