3.4 热力学第二定律 常见六种题型 提高卷-2026-2027学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

3.4 热力学第二定律常见六种题型（提高卷） 目　录 题型一　热力学第二定律的理解与辨析 题型二　能量耗散与能源利用 题型三　气体自由膨胀与绝热过程 题型四　电冰箱与热机循环 题型五　能源转化与效率估算 题型六　汽缸活塞类综合 题型一　热力学第二定律的理解与辨析 【解题技巧】（热力学第二定律的常见表述有三种：热量不能自发地从低温物体传递到高温物体（克劳修斯表述）；不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功而不产生其他影响（开尔文表述）；宏观自然过程都具有方向性且不可逆。判断说法类小题时紧扣关键词自发与不产生其他影响：有外界干预时热量可以从低温传到高温，如电冰箱；第二定律并不否定能量守恒，只揭示转化与转移的方向性。） 1．根据热力学定律，下列说法正确的是（　　） A．电冰箱正常工作时，热量从低温物体传到高温物体，不违背热力学第二定律 B．绝热气体的内能一定保持不变 C．机械能可能全部转化成内能，并且这个过程是可逆的 D．没有漏气、摩擦、不必要的散热等损失，热机的效率可以达到 2．下列热现象中说法正确的是（　　） A．0℃的冰融化为0℃的水过程中，分子势能不变 B．相同温度下相同质量的不同物质其内能相同 C．温度越高布朗运动越剧烈，因此布朗运动是分子热运动 D．热传递过程具有方向性，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体 3．关于热学知识，下列说法正确的是（　　） A．布朗运动就是液体分子的无规则运动 B．当分子间距离增大时，分子间作用力一定减小 C．热量可以从低温物体传到高温物体而不引起其他变化 D．一定质量的理想气体，温度升高，其内能一定增加 4．下列说法正确的是（     ） A．扩散现象是化学反应的结果 B．单晶体有确定的熔点，多晶体没有确定的熔点 C．第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第一定律 D．当两分子间的距离小于平衡位置的间距时，分子间距略微变大，分子势能变小 5．下列关于热学部分的说法中正确的是（     ） A．玻璃管的裂口放在火焰上烧熔，其尖端变钝，这是由于表面张力的作用 B．液体分子的无规则运动称为布朗运动 C．100℃相对于0℃，低速率分子占比更小，气体分子的总动能相等 D．第二类永动机不违反热力学第二定律 6．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 7．下列有关热学知识的说法中正确的是（     ） A．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 B．热量不能从低温物体传递给高温物体 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．不可能从单一热库吸收热量，使之完全变为功 8．对于下列有关热现象的描述中，说法正确的是（     ） A．单晶体有各向异性是由于组成晶体的微粒呈现有序排列的结果 B．质量相同的氢气和氧气，温度高的气体分子平均动能一定较大，其内能也一定较大 C．第二类永动机不能制成，因为它违背了能量守恒定律 D．表面张力是由于液体表面层分子间距离小于液体内部分子间距离，且小于分子平衡距离，表面层液体分子间作用力表现为引力而产生 9．关于热力学第二定律，下列说法正确的是（　　） A．物体可以从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其它变化 B．热传导是有方向性的 C．不可能使热量由低温物体传到高温物体 D．以上说法都不对 10．下列现象中能表明物理过程具有单向性的是（　　） ①摩擦生热 ②弹簧振子振动 ③热传递 ④气体自由膨胀 A．①、②和③ B．②、③和④ C．①、②和④ D．①、③和④ 11．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 题型二　能量耗散与能源利用 【解题技巧】（能量耗散指散失到环境中无法重新收集利用的能量，它从能量品质的角度反映宏观过程的方向性：能量总量守恒但可利用品质降低，因此节约能源的核心是提高转化效率、减少品质退化。可再生能源与不可再生能源按是否能在短期内补充划分，风能、水能、太阳能属前者。判断实例先辨明能量转化的方向与去向，再对照耗散的定义核对选项。） 12．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 13．从2026年起，我国停止生产水银体温计。关于水银体温计，下列说法正确的是（　　） A．水银液柱最上端呈凸面，这是因为水银不浸润玻璃 B．水银吸热温度升高后，所有水银分子热运动速率都会加快 C．玻璃泡中的液体内部的水银分子间距离较近，彼此间只存在斥力 D．体温计测温时只能自发从高温物体吸热不能自发对高温物体放热，这体现了热力学第一定律 14．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 15．（多选）下列做法能改善空气质量的是（     ） A．以煤等燃料为主要生活燃料 B．利用太阳能、风能等能源替代化石能源 C．鼓励私人购买和使用普通汽车 D．用纯电动汽车代替燃油公交车 16．（多选）下列关于能源的说法正确的是（　　） A．因为自然界中的能量是守恒的，所以我们在使用能源时没必要节约 B．人类在利用能源的过程中，能量在数量上没有减少，但能量的品质降低了 C．大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发与利用新能源 D．核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭更大 17．（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 18．（多选）热现象过程中不可避免地出现能量的耗散现象。关于能量的耗散，下列说法中正确的是（　　） A．在一定条件下，能量在转化过程中总量减少了 B．能量守恒定律具有一定的局限性，存在是有前提条件的 C．大量能量的利用，导致能量的品质降低，从便于利用的能源变成不便于利用的能源 D．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 题型三　气体自由膨胀与绝热过程 【解题技巧】（气体向真空的自由膨胀不克服阻力，气体不做功，绝热条件下也无热传递，内能不变、温度不变，且过程不可逆、不能自发逆转。带阀门的连通容器问题先明确打开阀门前的状态参量，再对整体用守恒观点确定末态。绝热容器中活塞移动时只由做功改变内能：压缩升温、膨胀降温。判断时抓住三个不变与可逆性的区别，避免与等温变化混淆。） 19．“太空行走”是航天员的常规工作项目。航天员出舱前先要“减压”，从太空返回后要“升压”，因此飞船要设置“气闸舱”，其原理图如图所示，相通的舱A、B间装有阀门K，指令舱A中充满一定量的稀薄气体（可视为理想气体），气闸舱B内为真空，整个系统与外界没有热交换。打开阀门K后，A中的气体进入B中，最终达到平衡，则（　　） A．气体体积膨胀，对外做功 B．气体分子平均动能增加 C．气体压强变小，温度不变 D．B中气体可能自发地全部退回到A中 20．（多选）两端开口竖直放置的U形管中，用a、b两段水银柱封闭有一定质量的理想气体，平衡后如图所示。现向右侧直管中沿管壁缓慢注入适量的水银，忽略环境温度的变化，U形管导热性能良好。下列说法正确的是（　　） A．封闭气体的体积变小 B．水银柱a左右两侧的高度差保持不变 C．外界对封闭气体做正功，气体向外界放出热量 D．该过程中热量可以自发地从低温物体传到高温物体 21．（多选）如图所示，是一个固定在水平面上的绝热容器，缸壁足够长，面积为的绝热活塞被锁定。隔板左右两部分体积均为，隔板左侧为真空，右侧中有一定质量的理想气体处于温度、压强的状态1。抽取隔板，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，同时施加水平恒力，仍使其保持静止，当电阻丝加热时，活塞能缓慢滑动（无摩擦），使气体达到温度的状态3，气体内能增加54.5 J。已知大气压强，隔板厚度不计。以下说法正确的是（　　） A．气体从状态1到状态2是可逆过程 B．气体从状态1到状态2分子平均动能不变 C．水平恒力大小为 D．电阻丝放出的热量大小为 题型四　电冰箱与热机循环 【解题技巧】（电冰箱利用压缩机做功，使制冷剂在蒸发器吸热、冷凝器放热，把热量从低温物体转移到高温物体，这一过程消耗电能、不违背热力学第二定律。热机把内能转化为机械能，必须向低温热库放热，效率总小于百分之百：吸收热量等于做功与排放热量之和。布雷顿循环、卡诺循环等问题先分段确定等压、绝热过程的吸放热与做功正负，再用能流图核对能量收支平衡。） 22．气闸舱是载人航天器中航天员进入太空或由太空返回航天器的气密性装置，其简化的原理图如图所示。座舱A与气闸舱B之间装有阀门K，座舱A中充满空气，气闸舱B内为真空。航天员从太空返回气闸舱时，打开阀门K，A中的空气进入B中，最终达到平衡，假设此过程中系统与外界没有热交换，舱内气体可视为理想气体。下列说法正确的是（　　） A．打开阀门后气体体积变大，气体分子单位时间内对舱壁单位面积碰撞的次数增多 B．采取一定的手段，B中气体可以自发地全部退回A中 C．打开阀门后气体温度不变，体积增大，压强减小 D．打开阀门后气体体积膨胀，对外做功，内能减小 23．冰箱工作原理如图所示，制冷剂在压缩机（通电）的压缩下，成为高温高压气体，并为全过程提供动力；高温高压气体进入冷凝器中，向空气散出热量并液化为低温高压液体；高压液体途经毛细管泄压，转变为低温低压液体；最后进入蒸发器，通过蒸发器吸收箱体中热量，变为气体后进入压缩机进行下一循环。下列说法正确的是（     ） A．冰箱制冷系统违反热力学第一定律 B．冰箱工作效率可以达到 C．上述过程热量从低温冰箱内传递到高温冰箱外，违反热力学第二定律 D．冰箱箱体内吸收的热量小于冷凝器向外释放的热量 24．重庆市云阳县为保障师生冬季教学学习生活，全县83所农村学校的供暖设备全面启用，为高海拔山区的广大师生送去温暖。若供暖后，教室内的温度从3℃上升到，教室内气体的压强视为不变，关于此过程，下列说法正确的是（　　） A．热量可以自发地从低温物体传向高温物体 B．教室内空气的质量增加 C．教室内每个气体分子的速率均增加 D．有空气分子从教室内向外逸出 25．布雷顿循环是一种热力循环，常用于核反应堆燃气轮机和航空发动机等领域。该循环由两个等压过程、两个绝热过程构成，其压强p和体积的关系如图所示。如果将工作物质看作理想气体，下列说法中正确的是（     ） A．状态的温度低于状态的温度 B．经过一个布雷顿循环，气体吸收的热量大于放出的热量 C．该热机工作时，能将吸收的热量全部转化为对外做功而不引起其它变化 D．到过程，外界对气体做的功大于气体向外界放出的热量 题型五　能源转化与效率估算 【解题技巧】（太阳能、风能类估算抓住能流主线：单位面积单位时间接收的能量乘以受光或受风面积再乘以转化效率即得输出功率；水流与热机问题按输入能量乘以效率等于有用输出列式。冰面结冰放热类问题用熔化热乘以质量求放热量。计算时注意单位统一与数量级检验，效率按百分比代入后输出必须小于输入，结果与实际量级不符时回头检查面积或时间的遗漏。） 26．如图，三结砷化镓柔性太阳能电池板发电技术，是一项非常先进的太阳能光电转换技术，它的光电转换效率超30%，比传统的硅基ROSA薄膜太阳能发电效率提高一倍以上，广泛应用于航天、军事、可穿戴设备等领域。关于三结砷化镓柔性太阳能电池板发电技术，下列说法正确的是（　　） A．太阳能属于不可再生能源 B．太阳能电池板工作时，将电能转化为太阳能 C．太阳能电池板工作的效率超30%，表明太阳能有将近70%转化为电能 D．光电转换过程中，能量的总量保持不变 27．（多选）氢作为一种清洁能源，正日益受到各国的重视，许多汽车厂商正努力研究用氢作为燃料来取代汽油，生产21世纪的“环保”汽车。假设有一辆质量为（含驾驶员的质量）的汽车，以氢气为燃料（氢气重力与汽车重力相比可忽略），其发动机的效率为，且在的反应条件下，从某斜坡底端匀速驶上动摩擦因数为、长为、倾角为的斜坡顶端，重力加速度为g，则关于汽车做的功和所需燃烧标准状态下（标准状态下1mol氢气体积为）的氢气的体积，下列说法正确的是（     ） A．汽车做的功为 B．汽车做的功为 C．需燃烧氢气的体积为 D．需燃烧氢气的体积为 28．（多选）寒冷冬季湖面开始结冰，已知冰的厚度为h，冰的熔化热（或凝固热）为L。假设冰面以上空气温度恒为-20℃，冰水交界处水温近似恒为0℃。设热流密度为：式中k为导热系数，为上下表面温差。假设湖水凝固放出的热量全部通过冰层向上传导。关于冰层厚度随时间的变化，下列说法正确的是（　　） A．随着厚度h的增大，冰层增厚速率逐渐减小 B．冰层增厚速率与凝固热L成反比 C．冰层从10cm增加到20cm所需的时间是从0cm增加到10cm所需时间的3倍 D．冰层厚度h随时间t呈指数增长 题型六　汽缸活塞类综合 【解题技巧】（汽缸活塞问题先对活塞受力分析求封闭气体压强，再结合绝热或导热条件判断温度变化：绝热压缩内能增大温度升高，导热汽缸缓慢变化视为温度不变。自由膨胀与阀门连通问题对整体分析确定末态体积与压强。综合计算按定对象、画受力、求参量、列方程四步推进，注意活塞是否被锁定、隔板是否打开等临界条件，最后用热力学定律检验能量收支自洽。） 29．如图1所示，一质量为m、横截面积为S的活塞将一部分气体封闭在导热圆柱形容器内，活塞能无摩擦地滑动。开始时封闭气体的温度为（低于环境温度），活塞与容器底部的距离为h。当气体从外界吸收热量后，活塞缓慢上升高度d后再次平衡。大气压恒为，环境温度保持不变，重力加速度为g。 (1)求环境温度T； (2)如图2所示，在推力F的作用下，活塞缓慢下移至初始位置，此过程气体向外界放出热量Q，求此过程推力F对活塞所做的功W。 (3)如图所示，下列热机工作过程的能流分配正确，且能自发进行的是________。 A． B． C． D． 30．如图（a）所示，两个活塞将A、B两部分种类、质量都相同的理想气体密封在导热气缸内，初始时气缸水平放置且两部分气体体积均为。现将气缸缓慢转动到与水平方向成30°角的位置，达到末状态，如图（b）所示。已知大气压强为，重力加速度为g，两活塞横截面积均为S，质量均为，不计活塞与气缸间的摩擦，环境温度保持不变。 (1)活塞旋转过程中，A部分气体分子单位时间内与单位面积气缸壁的碰撞次数________（选填“增加”、“减少”或“不变”）；在末状态时，若抽去A、B气体之间的活塞，将导致两部分气体的混合，该过程是________（选填“可逆”或“不可逆”）的。 (2)求末状态时，A、B两部分气体的密度之比； (3)查阅资料知：如图（c），反比例函数图像上a、b间的曲线与x轴所围成的面积为，其中ln为自然对数。求气缸旋转的过程中，A部分气体向外界放出的热量。 《3.4 热力学第二定律常见六种题型》参考答案 答题卡 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 A D D D A D A A B D 题号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 答案 B C A A BD BC BC CD C AC 题号 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 答案 BD C D D B D AC AC 题型一　热力学第二定律的理解与辨析 1．A 【详解】A．电冰箱正常工作时，热量从低温物体传到高温物体，该过程不是自发进行的，不违背热力学第二定律，A正确； B．当外界对绝热气体做功时其内能改变，B错误； C．机械能可以通过做功（如摩擦生热）完全转化为内能，但该过程是不可逆的，内能无法自发地全部转化为机械能而不引起其他变化，C错误； D．根据热力学第二定律，即使没有漏气、摩擦、不必要的散热等损失，热机也不可能把燃料产生的内能全部转化为机械能，即效率达不到，D错误。 故选A。 2．D 【详解】A．0℃的冰融化为0℃的水过程中，温度不变，分子平均动能不变，吸收的热量全部转化为分子势能，故分子势能增加，A错误； B．温度相同，分子平均动能相同，质量相同的不同物质，分子个数不同，分子势能不相同，则内能不同，B错误； C．布朗运动的剧烈程度和温度有关，是分子热运动的反映，是固体颗粒的运动而不是分子热运动，C错误； D．在热传递过程中，热量总是自发地从高温物体传到低温物体，不可能自发地从低温物体传到高温物体，D正确。 故选D。 3．D 【详解】A．布朗运动是悬浮在液体中固体小颗粒的无规则运动，是液体分子无规则运动的反映，并非液体分子本身的无规则运动，故A错误； B．设分子平衡距离为，当分子间距离大于时，分子力表现为引力，随分子间距离增大，分子力先增大后减小，因此分子间距离增大时分子间作用力不一定减小，故B错误； C．根据热力学第二定律，热量不可能从低温物体传到高温物体而不引起其他变化，故C错误； D．一定质量的理想气体的内能仅与温度有关，一定质量的理想气体温度升高时，其内能一定增加，故D正确。 故选D。 4．D 【详解】A．扩散现象是分子永不停息做无规则热运动的结果，属于物理变化，不需要发生化学反应，故A错误； B．单晶体和多晶体都属于晶体，均有确定的熔点，只有非晶体没有确定熔点，故B错误； C．第二类永动机不违反能量守恒定律（即热力学第一定律），但违反了热力学第二定律，故C错误； D．当两分子间距小于平衡位置间距时，分子力表现为斥力，分子间距略微变大时，斥力做正功，分子势能减小，故D正确。 故选D。 5．A 【详解】A．熔融状态的玻璃属于液体，表面张力会使液体表面有收缩到最小面积的趋势，因此玻璃裂口的尖端会收缩变钝，故A正确； B．布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动，是液体分子无规则运动的宏观反映，并非液体分子本身的运动，故B错误； C．温度是分子平均动能的标志，满足，分子总动能（为分子总数）：100℃的分子平均动能大于0℃的分子平均动能，且题干未说明两种温度下气体分子总数相等，无法得出总动能相等的结论，故C错误； D．第二类永动机违背了热力学第二定律中热功转换的方向性，不可能制成，故D错误。 故选A。 6．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。 7．A 【详解】A．根据能量守恒定律，机械能可以全部转化为内能（如摩擦生热），根据热力学第二定律，在产生其他影响的情况下，内能也可以全部转化为机械能，故A正确； B．热量不能自发从低温物体传递给高温物体，但在外界做功的条件下热量可以从低温物体传递给高温物体（如冰箱制冷过程），选项缺少“自发”前提，故B错误； C．第二类永动机并不违反能量守恒定律，它不可能制成的原因是违反了热力学第二定律，故C错误； D．热力学第二定律的开尔文表述为：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功且不引起其他变化，若允许引起其他变化，该过程可以实现，故D错误。 故选A。 8．A 【详解】A．单晶体内部的物质微粒按规则有序排列，不同方向上微粒的排布密度、间距等存在差异，因此宏观表现出物理性质各向异性，故A正确； B．分子平均动能仅由温度决定，温度高的气体分子平均动能确实更大，但理想气体内能等于分子数与分子平均动能的乘积；质量相同的氢气和氧气，氢气的摩尔质量远小于氧气，分子数多于氧气，因此即使氧气温度稍高，总内能仍可能小于氢气，内能不一定更大，故B错误； C．第二类永动机不违背能量守恒定律，它违背的是热力学第二定律，因此无法制成，故C错误； D．液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，也大于分子平衡距离，分子间作用力表现为引力，从而产生表面张力，故D错误。 故选A。 9．B 【详解】A．热力学第二定律的一种表述：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响，故A错误； BD．自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，故B正确，D错误； C．热量不能自发的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，故C错误。 故选B。 10．D 【详解】①摩擦生热是其他能量转化为内能，可以达到百分百，而内能转化为其他能量是有损失的，该过程具有单向性； ②弹簧振子的振动是简谐运动，简谐运动是理想化的模型，动能势能可相互转化，机械能是守恒的，没有损失，该过程不具有单向性； ③热量不可能自发地从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，故热传递具有单向性； ④气体自由膨胀后，要恢复为原来的状态，必须要对气体做功，所以气体自由膨胀具有单向性。 故选D。 11．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。 题型二　能量耗散与能源利用 12．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。 13．A 【详解】A．水银液柱最上端呈凸面，这是因为水银不浸润玻璃，A正确； B．水银吸热温度升高后，水银分子热运动平均速率会加快，并非所有水银分子热运动速率都会加快，B错误； C．分子间同时存在斥力和引力，C错误； D．只能自发从高温物体吸热不能自发对高温物体放热，这体现了热力学第二定律，D错误。 故选A。 14．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。 15．BD 【详解】A．以煤等燃料为主要生活燃料，会大量排放二氧化硫、粉尘等空气污染物，恶化空气质量，A错误； B．太阳能、风能属于清洁能源，替代化石能源后可大幅减少污染物排放，改善空气质量，B正确； C．普通燃油汽车排放的尾气中含有氮氧化物、颗粒物等污染物，鼓励私人购买和使用普通汽车会增加空气污染源，无法改善空气质量，C错误； D．纯电动汽车无尾气直接排放，代替燃油公交车可以减少大量机动车尾气污染物，有效改善空气质量，D正确。 故选BD。 16．BC 【详解】AB．人类在利用能源的过程中，因为能量转化、转移是有方向性的，由此导致能量的品质降低，所以能量不会减少，但能源越来越少，故要节约能源，故A错误，B正确； C．大量燃烧煤、石油等常规化石能源，会释放大量二氧化碳、二氧化硫等气体，导致温室效应、酸雨等环境问题。因此，开发和利用太阳能、风能、水能等清洁新能源，是解决能源危机和环境问题的重要途径，故C正确； D．核能利用（如核电站）不产生温室气体和有害气体，对大气环境的直接影响远小于燃烧化石燃料，故D错误。 故选BC。 17．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 。 18．CD 【详解】A．能量虽然有耗散，但总的能量是守恒的，在转化的过程中总量不会减少，故A错误； B．能量守恒定律是自然界的普遍规律，适用于所有热过程，没有前提限制，故B错误； C．能量耗散表明在能源的利用过程中，能量在数量上并未减少，但是在可利用的品质上降低了，故C正确； D．根据热力学定律可知，宏观自然过程自发进行是有其方向性，能量耗散就是从能量转化的角度反映了这种方向性，故D正确。 故选CD。 题型三　气体自由膨胀与绝热过程 19．C 【详解】A．打开阀门K后，A中的气体进入B中，由于B中为真空，所以A中的气体不会做功，故A错误； B．气体分子间作用力忽略不计，所以气体分子间没有分子势能，又因为系统与外界无热交换，所以气体的温度不变，气体平均动能也不变，故B错误； C．膨胀后气体体积增大，温度不变，由玻意耳定律 可知，气体压强减小，故C正确； D．由热力学第二定律知，真空中气体膨胀具有方向性，在无外界作用时，B中气体不可能自发地全部退回到A中，故D错误。 故选C。 20．AC 【详解】A．向右侧直管注入水银，右侧水银柱高度增加，封闭气体的压强增大，气体被压缩，体积变小，故A正确； B．设左侧水银柱两侧液面的高度差为 由受力平衡可得气体压强 由于注入水银导致气体压强增大，而大气压不变 因此水银柱左右两侧的液面高度差必须增大，才能重新建立受力平衡，故B错误； C．气体体积减小，外界对气体做正功， U形管导热良好且环境温度不变，气体内能不变， 根据热力学第一定律 可知，气体向外界放出热量，故C正确； D．热量不能自发地从低温物体传到高温物体。该过程中热量由气体传递给外界，是在外界做功（注入水银）的条件下发生的，属于非自发过程，故D错误。 故选AC。 21．BD 【详解】A．理想气体向真空自由膨胀后，无法自发恢复到初始状态，属于不可逆热力学过程，故A错误； B．状态1到状态2绝热自由膨胀，、，由热力学第一定律 可知内能不变。理想气体内能仅由温度决定，故温度不变，分子平均动能只与温度有关，因此分子平均动能不变，故B正确； C．由玻意耳定律 代入数据得 活塞受力平衡满足 代入，解得，故C错误； D．状态2到状态3为等压变化，由盖-吕萨克定律 得体积变化 气体对外做功 外界对气体做功 再由 代入，解得 容器绝热，电阻丝放热量等于气体吸热量，故D正确。 故选BD。 题型四　电冰箱与热机循环 22．C 【详解】A．气体分子单位时间内对单位面积碰撞的次数（即碰撞频率）与分子数密度和分子的平均速率有关。体积变大，分子数密度减小。 此过程为绝热自由膨胀，理想气体内能不变，温度不变，故分子平均动能不变，平均速率不变。 碰撞频率正比于，其中减小而不变，因此碰撞次数减少，不会增多，故A错误； B．热力学第二定律指出，与热现象有关的宏观自然过程具有方向性。 气体自发地由A扩散到B，是分子运动从有序到无序的熵增加过程。其逆过程，即气体自发地全部由B退回A，是熵减小的过程，不可能自发发生。，故B错误； CD．理想气体向真空膨胀，外界为真空，气体不受外部阻力，因此气体不对外做功， 系统绝热，由热力学第一定律 理想气体内能只与温度有关，内能不变则温度不变。由理想气体状态方程，温度不变，体积增大，则压强必然减小，故C正确，D错误。 故选C。 23．D 【详解】A．冰箱制冷系统通过消耗电能，将热量从低温区搬运到高温区，整个过程能量守恒，遵循热力学第一定律，故A错误； B．根据热力学第二定律，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，必须借助外界做功，且任何热力学过程都伴随着能量耗散，工作效率不可能达到，故B错误； C．热力学第二定律指出热量不能自发地从低温物体传到高温物体。冰箱通过压缩机做功，消耗了电能，引起了外界的变化，从而实现了热量从低温冰箱内传递到高温冰箱外，这并不违反热力学第二定律，故C错误； D．制冷剂在循环过程中，从冰箱箱体内吸收热量，同时压缩机对制冷剂做功，最终向冷凝器释放热量。根据热力学第一定律得 由于压缩机做功，所以，即冰箱箱体内吸收的热量小于冷凝器向外释放的热量，故D正确。 故选D。 24．D 【详解】A．根据热力学第二定律，热量不能自发地从低温物体传向高温物体，故A错误； B D．教室内气体压强不变，温度升高，由盖-吕萨克定律（为常数）可知，气体体积会增大，而教室容积固定，因此会有气体逸出，室内空气质量减小，故B错误、D正确； C．温度是分子平均动能的标志，温度升高仅说明气体分子的平均速率增大，不代表每个气体分子的速率都增加，故C错误。 故选D。 25．B 【详解】A．B到C过程，气体经历绝热过程，气体的体积增大，对外界做功，根据热力学第一定律可知气体内能减小，热力学温度降低，所以状态B的温度高于状态C的温度，故A错误； B．由图可知，经过一个布雷顿循环，气体对外做功而内能不变，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸收热量，即吸收的热量大于放出的热量，故B正确； C．根据热力学第二定律可知，该热机工作时，不能将吸收的热量全部转化为对外做功而不引起其它变化，故C错误； D．C到D过程，气体经历等压变化，体积减小，外界对气体做功，则热力学温度降低，即内能在减小。由热力学第一定律，可知外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量，故D错误。 故选B。 题型五　能源转化与效率估算 26．D 【详解】A．太阳能属于可再生能源，取之不尽用之不竭，故A错误； B．太阳能电池板工作时，将太阳能转化为电能，故B错误； C．太阳能电池板工作的效率超30%，表明太阳能有将近30%转化为电能，故C错误； D．根据能量守恒定律，能量不会凭空产生，也不会无缘无故消失，只会发生转移和转化，能量的总量不变，光电转换过程中，能量的总量保持不变，故D正确。 故选D。 27．AC 【详解】AB．汽车从某斜坡底端匀速驶上斜坡顶端的过程中，根据动能定理可得 解得汽车做的功为，故A正确，B错误； CD．发动机的效率为，则氢气燃烧产生的能量为汽车做功的，由于2mol氢气反应放出的能量为，所以标准状态体积为的氢气反应放出的能量为，需燃烧氢气的体积为，故C正确，D错误。 故选AC。 28．AC 【详解】AB．单位面积结冰放出的热量 热流密度 整理得 即随着厚度h的增大，冰层增厚速率逐渐减小，在同样厚度下，冰层增厚速率与凝固热L成反比，A正确，B错误； CD．将两边定积分可得，即厚度的平方与时间成正比。当厚度从的时间 从的时间。可见，C正确，D错误。 故选AC。 题型六　汽缸活塞类综合 29．(1) (2) (3)B 【详解】（1）根据盖-吕萨克定律有 解得 （2）此过程为等温变化，气体内能变化，由热力学第一定律，可得 解得 （3）根据热力学第二定律，热机工作时从高温热库吸热，对外做功，向低温热库放热，且该过程能自发进行。 A．放热，违反能量守恒，故A错误； B．从高温热库吸热，对外做功，向低温热库放热，符合热力学第二定律，故B正确； C．从低温热库吸热，无法自发进行，故C错误； D．向高温热库放热，违背自发过程的方向性，故D错误。 故选B。 30．(1) 增加 不可逆 (2)10∶9 (3) 【详解】（1）[1]活塞旋转过程中，A部分气体温度不变，压强增大，根据压强微观意义可知，A部分气体分子单位时间内与单位面积气缸壁的碰撞次数增加； [2]在末状态时，若抽去A、B气体之间的活塞，将导致两部分气体的混合，该过程是不可逆的。 （2）A、B两部分气体的初态压强满足 A、B两部分气体的末态压强分别为， 由玻意耳定律得， 联立解得， 因为两部分气体的质量相等，所以末状态时A、B两部分气体的密度之比为 （3）A、B两部分气体的状态变化在同一条等温线上，由图线与横轴所围成的面积表示气体做的功可知，外界对A气体做的功为 A气体的温度保持不变，有 由热力学第一定律 解得A气体向外界放出的热量 第 页 第 页 学科网（北京）股份有限公司 $