3.4 热力学第二定律 同步练习-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** 三级分层设计，覆盖热力学第二定律从基础概念理解到综合应用，适配新授课知识巩固与物理观念、科学思维的渐进培养。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |A级|热力学第二定律理解、能源、定律比较|7道选择题，聚焦基础概念辨析，巩固能量观念| |B级|电冰箱原理、涡流效应、温差电现象|3道情境题，结合实际应用，提升科学推理能力| |C级|等温膨胀、实验现象解释、传热方向性问答|含主观题，深化综合分析，培养科学探究与论证能力|

4　热力学第二定律 A级 必备知识基础 一、对热力学第二定律的理解 1.下列说法正确的是(　　) A.一切形式的能量间的相互转化都具有方向性 B.热量不可能从低温物体传给高温物体 C.气体的扩散过程具有方向性 D.一切形式的能量间的相互转化都不具有可逆性 2.关于热力学定律,下列说法正确的是(　　) A.可以从单一热源吸收热量,使之完全变为功 B.对某物体做功,必定会使该物体的内能增加 C.为了增加物体的内能,只能向它传热 D.不可能使热量从低温物体传向高温物体 3.下列说法正确的是(　　) A.体积和温度都相同的气体,内能一定相同 B.一定质量的某种理想气体在等压膨胀的过程中,内能一定增加 C.一切过程都是向着分子热运动无序性增大的方向进行的 D.从单一热源吸收热量,使之完全变为功而不产生其他影响是可能的 二、能源是有限的 4.关于能量和能源,下列说法正确的是(　　) A.能量在转化和转移过程中,其总量有可能增加 B.能量在转化和转移过程中,其总量会不断减少 C.能量在转化和转移的过程中,其总量保持不变,故没有必要节约能源 D.能量的转化和转移具有方向性,且现有可利用的能源有限,故必须节约能源 5.(2026连云港学业考试模拟)“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 三、热力学第一定律和热力学第二定律的比较 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-300 ℃ 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.对于热力学第一定律和热力学第二定律的理解,下列说法正确的是(　　) A.一定质量的气体膨胀对外做功100 J,同时从外界吸收120 J的热量,则它的内能增加了220 J B.物体从外界吸收热量,其内能一定增加,物体对外界做功,其内能一定减少 C.第二类永动机违反了热力学第二定律,没有违反热力学第一定律 D.凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性,在传热过程中,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 B级 关键能力提升 8.如图所示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。下列说法正确的是(　　) A.热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外 B.在封闭的房间里打开冰箱一段时间后,房间温度会降低 C.电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律 D.电冰箱的工作原理违反热力学第二定律 9.利用“涡流效应”可实现冷热气体的分离。如图,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。高压氮气由喷嘴切向流入涡流室中,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反向,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.A端流出的气体分子热运动平均速率一定大于B端 B.A端流出的气体内能一定小于B端流出的 C.该装置气体进出的过程满足能量守恒定律,但违背了热力学第二定律 D.该装置气体进出的过程既满足能量守恒定律,也满足热力学第二定律 10.两种不同的金属组成一个回路如图所示,接触头1置于热水杯中,接触头2置于冷水杯中,此时回路中电流计发生偏转,这是温差电现象。假设此过程电流做的功为W,接触头1从热水中吸收的热量为Q1,冷水从接触头2吸收的热量为Q2,根据热力学第二定律可得(　　) A.Q1=W B.Q1>W C.Q1<Q2 D.Q1+Q2=W C级 学科素养培优 11.如图所示,汽缸内装有一定质量的理想气体,汽缸壁是导热的,汽缸外的环境保持恒温,活塞与汽缸壁的接触面是光滑的,但不漏气。现将活塞与杆连接,使其缓慢地向右移动,这样气体将等温膨胀并对外做功。若已知理想气体的内能只与温度有关,则下列说法正确的是(　　) A.气体从单一热库吸热,全部用来对外做功,所以此过程违反了热力学第二定律 B.气体从单一热库吸热,但并未全部用来对外做功,所以此过程不违反热力学第二定律 C.气体从单一热库吸热,全部用来对外做功,但此过程不违反热力学第二定律 D.以上三种说法都不对 12.如图所示,在试管内装适量水,用橡胶塞塞住管口,将水加热沸腾,又加热一段时间后,橡胶塞被推出。下列说法正确的是(　　) A.水沸腾前加热过程中试管内每个气体分子的速率都变大 B.水蒸气推出橡胶塞导致水蒸气内能增加 C.水被加热的过程中,其内能是通过传热的方式改变的 D.水蒸气推出橡胶塞的过程中,可以实现将吸收的热量全部转化为橡胶塞的机械能而不引起其他变化 13.(1)传热的方向性能否简单理解为“热量不会从低温物体传给高温物体”? (2)如图所示是制冷机和热机的工作过程示意图,通过此图思考以下问题: ①制冷机工作时热量是自发地从低温热库传到高温热库吗? ②热机工作时能否将从高温热库吸收的热量全部用来做功? 参考答案 1.C　 解析 热力学第二定律反映了所有与热现象有关的宏观过程都具有方向性,A、D项错误;热量不是不能从低温物体传给高温物体,而是会产生其他影响,B项错误;气体的扩散过程具有方向性,C项正确。 2.A　 解析 不可能从单一热源吸收热量使之完全变为功而不引起其他变化,如果引起其他变化,就可以从单一热源吸收热量,使之完全变为功,故A项正确;做功和传热是改变物体内能的两种方法,由热力学第一定律知为了增加物体的内能,可以对物体做功或向它传热,单独地对物体做功或向其传热,内能不一定增加,故B、C项错误;根据热力学第二定律,热量不可能自发地从低温物体传向高温物体,但在外界的作用下,能使热量从低温物体传向高温物体,比如电冰箱,故D项错误。 3.B　 解析 体积和温度都相同的气体,内能不一定相同,内能还和气体的种类有关,故A项错误;根据理想气体的状态方程=C可知,一定质量的某种理想气体在等压膨胀的过程中,温度升高,而一定质量的理想气体的内能仅仅与温度有关,所以气体的内能一定增加,故B项正确;根据熵增原理可知,一切自发的热学过程都是向着分子热运动无序性增大的方向进行的,故C项错误;根据热力学第二定律,不可能从单一热源吸收热量,使之完全变成功而不产生其他影响,故D项错误。 4.D　 解析 能量在转化和转移的过程中,总量是守恒的,但品质降低了,且现有可利用的能源是有限的,故必须节约能源,选项D正确。 5.C　 解析 太阳能可从自然界持续获取,属于可再生能源,A错误;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;太阳能电池板通过光电效应将太阳能转化为电能,C正确;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。 6.C　 解析 热力学第二定律和热力学第一定律是两个不同的定律,分别解释不同方面的热力学的规律,A项错误;绝对零度0 K=-273.15 ℃是低温的极限,只能接近,无法达到,B项错误;第一类永动机既不消耗能量又能源源不断对外做功,违背了能量守恒定律,所以不可能制成,C项正确;热力学第二定律的内容可以表述为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,即只要产生其他影响,热量就能从低温物体传到高温物体,D项错误。 7.C　 解析 根据热力学第一定律知ΔU=W+Q=-100 J+120 J=20 J,说明内能增加了20 J,故A项错误;根据热力学第一定律ΔU=W+Q,可知ΔU>0,内能增加,ΔU<0,内能减小,ΔU的大小由W、Q共同决定,说明物体从外界吸收热量,其内能不一定增加,物体对外界做功,其内能不一定减少,故B项错误;第二类永动机没有违反热力学第一定律,不能制成是因为它违反了热力学第二定律,故C项正确;通过做功的方式可以使热量从低温物体传递给高温物体,例如电冰箱制冷时热量从低温物体传递给高温物体,故D项错误。 8.C　 解析 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A项错误;电冰箱工作时消耗电能,房间的总热量会增加,房间温度会升高,故B项错误;电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律和第二定律,故C项正确,D项错误。 9.D　 解析 依题意,中心部位为热运动速率较低的气体,与挡板相互作用后反弹,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,故A项错误;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,故B项错误;该装置将冷热不均的气体进行分离,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,温度较低的气体从A端出、较高的气体从B端出,也符合能量守恒定律,故C项错误,D项正确。 10.B　 解析 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,即Q1>W,根据能量守恒定律和热力学第二定律,从热水中吸收的热量转化成了两部分,一部分是电流做的功W,另一部分是冷水吸收的热量Q2,故Q1=W+Q2,B正确。 11.C　 解析 此过程虽然是气体从单一热库吸热,全部用来对外做功,但引起了其他变化,所以此过程不违反热力学第二定律,故选C。 12.C　 解析 水沸腾前加热过程中,温度升高,不是每个分子的速率都变大,而是速率变大的分子占的百分比变大,故A项错误;水蒸气推出橡胶塞,水蒸气的内能转化为橡胶塞的机械能,水蒸气内能减小,故B项错误;水被火焰加热的过程中,其内能是通过传热的方式改变的,故C项正确;不可能从单一热库吸热全部用来对外做功而不引起其他变化,故D项错误。 13.(1)见解析　(2)见解析 解析 (1)不能。两个温度不同的物体相互接触时,热量会自发地从高温物体传给低温物体,使高温物体的温度降低,低温物体的温度升高,这个过程是自发进行的,不需要任何外界的影响或者帮助,有时我们也能实现热量从低温物体传给高温物体,如电冰箱,但这不是自发地进行的,需要消耗电能。 (2)由题图甲可知,制冷机工作时要想热量从低温热库传到高温热库,需要外界做功,不能自发进行。同样由题图乙可知,热机工作时从高温热库吸收的热量不能全部用来做功,有部分热量需要散发到低温热库。 学科网（北京）股份有限公司 $