人教版高中物理精講精練-選擇性必修33.4 熱力學第二定律 解析版

3.4熱力學第二定律

【考點歸納】

題型一：熱力學第二定律的兩種表述

題型二：第二類永動機問題

題型三：熱力學第二定律的微觀意義

題型四：熵和熵的增加原理

題型五：熱力學三大定律的綜合問題

【知識歸納】

知識點一、熱力學第二定律

1．定義：在物理學中，反映宏觀自然過程的方向性的定律．

2．熱力學第二定律的克勞修斯表述：

熱量不能自發地從低溫物體傳到高溫物體．闡述的是傳熱的方向性．

3．熱力學第二定律的開爾文表述：

(1)熱機

①熱機工作的兩個階段：第一個階段是燃燒燃料，把燃料中的化學能變成工作物質的內能；第二個階段是工作物質

對外做功，把自己的內能變成機械能．

②熱機用于做功的熱量一定小于它從高溫熱庫吸收的熱量，即W<Q.

(2)熱力學第二定律的開爾文表述：不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產生其他影響．(該表述闡

述了機械能與內能轉化的方向性)．

4．熱力學第二定律的克勞修斯表述和開爾文表述是等價的．(選填“等價”或“不等價”)

知識點二、能源是有限的

1．能源：具有高品質的容易利用的儲能物質．

2．能量耗散：使用的能源轉化成內能分散在環境中不能自動聚集起來驅動機器做功，這樣的轉化過程叫作“能量

耗散”．

3．能源的使用過程中雖然能的總量保持不變，但能量的品質下降了，能源減少了．

技巧歸納：自然過程的方向性

(1)熱傳導具有方向性

兩個溫度不同的物體相互接觸時，熱量會自發地從高溫物體傳給低溫物體，而低溫物體不可能自發地將熱量傳給高

溫物體，要實現低溫物體向高溫物體傳遞熱量，必須借助外界的幫助，因而產生其他影響或引起其他變化．

(2)氣體的擴散現象具有方向性

兩種不同的氣體可以自發地進入對方，最后成為均勻的混合氣體，但這種均勻的混合氣體，決不會自發地分開，成

為兩種不同的氣體．

(3)機械能和內能的轉化過程具有方向性

物體在地面上運動，因摩擦而逐漸停止下來，但絕不可能出現物體吸收原來傳遞出去的熱量后，在地面上重新運動

起來．

(4)氣體向真空膨脹具有方向性

氣體可自發地向真空容器內膨脹，但絕不可能出現氣體自發地從容器中流出，使容器內變為真空．

2．在熱力學第二定律的表述中，“自發地”“不產生其他影響”“單一熱庫”“不可能”的含義

(1)“自發地”是指熱量從高溫物體“自發地”傳給低溫物體的方向性．在傳遞過程中不會對其他物體產生影響或

借助其他物體提供能量等．

(2)“不產生其他影響”的含義是發生的熱力學宏觀過程只在本系統內完成，對周圍環境不產生熱力學方面的影響．如

吸熱、放熱、做功等．

(3)“單一熱庫”：指溫度均勻并且恒定不變的系統．若一系統各部分溫度不相同或者溫度不穩定，則構成機器的工

作物質可以在不同溫度的兩部分之間工作，從而可以對外做功．據報道，有些國家已在研究利用海水上下溫度不同

來發電．

(4)“不可能”：實際上熱機或制冷機系統循環時，除了從單一熱庫吸收熱量對外做功，以及熱量從低溫熱庫傳到高

溫熱庫以外，過程所產生的其他一切影響，不論用任何的辦法都不可能加以消除．

技巧歸納二、熱力學第一定律和熱力學第二定律的比較

1．兩定律的比較

熱力學第一定律熱力學第二定律

是能量守恒定律在熱力學中的表現，否定是關于在有限空間和時間內，一切和熱現

區別了創造能量和消滅能量的可能性，從而否象有關的物理過程、化學過程具有不可逆

定了第一類永動機性的經驗總結，從而否定了第二類永動機

兩定律分別從不同角度揭示了與熱現象有關的物理過程所遵循的規律，二者既相互

聯系

獨立，又相互補充，都是熱力學的理論基礎

2.兩類永動機的比較

第一類永動機第二類永動機

不消耗任何能量，可以不斷做功(或只將內能全部轉化為機械能，而不引起其

設計要求給予很少的能量啟動后，可以永遠運動他變化(或只有一個熱庫，實現內能向

下去)機械能的轉化)

不可能制

違背了能量守恒定律違背了熱力學第二定律

成的原因

【題型歸納】

題型一：熱力學第二定律的兩種表述

1．（22-23高二下·全國）下列宏觀過程不能用熱力學第二定律解釋的是（）

A．大米和小米混合后小米能自發地填充到大米空隙中而經過一段時間大米、小米不會自動分開

B．將一滴紅墨水滴入一杯清水中，會均勻擴散到整杯水中，經過一段時間，墨水和清水不會自動分開

C．冬季的夜晚，放在室外的物體隨氣溫的降低，不會由內能自發地轉化為機械能而動起來

D．隨著節能減排措施的不斷完善，最終也不會使汽車熱機的效率達到100%

【答案】A

【詳解】A．大米和小米混合后小米能自發地填充到大米空隙中，這種現象與溫度無關，不是熱現象，不能用熱力

學第二定律解釋，A符合題意；

B．將一滴紅墨水滴入一杯清水中，會均勻擴散到整杯水中，經過一段時間，墨水和清水不會自動分開，這種現象

與溫度有關，溫度越高，分子運動越激烈，擴散越快，根據熱力學第二定律，墨水和清水不會自動分開，B不符合

題意；

C．冬季的夜晚，放在室外的物體隨氣溫的降低，物體的內能減少，根據熱力學第二定律，內能不會自發地轉化為

機械能而動起來，C不符合題意；

D．隨著節能減排措施的不斷完善，根據熱力學第二定律，最終也不會使汽車熱機的效率達到100%，D不符合題意。

故選A。

2．（22-23高二下·湖北十堰·期末）關于熱力學第二定律，下列說法不正確的是（）

A．第二類永動機不可能制成是因為違背了熱力學第一定律

B．自然界中進行的涉及熱現象的宏觀過程都具有方向性

C．熱量不可能自發地從低溫物體傳遞到高溫物體

D．熱機效率不可能達到100%

【答案】A

【詳解】A．第二類永動機不可能制成是因為違背了熱力學第二定律，故A錯誤；

B．自然界中進行的涉及熱現象的宏觀過程都具有方向性，都不可逆，故B正確；

C．根據熱力學第二定律知，熱量能夠自發地從高溫物體傳遞到低溫物體，但不能自發地從低溫物體傳遞到高溫物

體，故C正確；

D．熱力學第二定律可表述為：不可能從單一熱源吸取熱量，使之完全變為有用功而不產生其他影響，所以熱機效

率不可能達到100%，故D正確。

故選A。

3．（20-21高二下·云南麗江·階段練習）關于熱力學第二定律，下列表述正確的是（）

A．不可能使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體

B．不可能從單一熱庫吸收熱量并把它全部用來做功

C．一切自然過程總是沿著分子熱運動無序性增大的方向進行

D．在任何的自然過程中，一個孤立系統的總熵一定增加

【答案】C

【詳解】A．熱力學第二定律可描述為不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體而不產生其它影響，A錯誤；

B．根據熱力學第二定律知，不可能從單一熱庫源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化，B錯誤；

C．根據熱力學第二定律可知，一切自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行，C正確；

D．由熱力學第二定律可知，任何自然過程中，一個孤立系統的總熵不會減少可能保持不變，D錯誤。

故選C。

題型二：第二類永動機問題

4．（22-23高二下·湖南長沙·期末）如圖所示，一演示用的“永動機”轉輪由5根輕桿和轉軸構成，輕桿的末端裝有形

狀記憶合金制成的葉片，輕推轉輪后，進入熱水的葉片因伸展而“劃水”，推動轉輪轉動。離開熱水后，葉片形狀迅

速恢復，轉輪因此能較長時間轉動。下列說法正確的是（）

A．熱水將熱量傳遞給葉片，所以熱水的溫度會降低

B．由形狀記憶合金自身提供了轉輪轉動的能量

C．轉輪依靠自身慣性一直轉動，不需要消耗外界能量

D．葉片在熱水中吸收的熱量等于在空氣中釋放的熱量

【答案】A

【詳解】A．熱水將熱量傳遞給葉片，同時熱水會向四周放出熱量，根據熱力學第一定律可知水的內能減少，故熱

水的溫度會降低，故A正確；

B．要維持轉輪轉動需要外力做功，轉輪轉動所需能量不能由轉輪自身提供，故B錯誤；

C．轉輪轉動的過程中克服摩擦力做功，轉輪的速度越來越小，所以要維持轉輪轉動需要外力做功，故C錯誤；

D．根據熱力學第二定律，物體不可能從單一熱源吸收能量全部用來對外做功而不引起其他變化，故葉片在熱水中

吸收的熱量一定大于在空氣中釋放的熱量，故D錯誤；

故選A。

5．（22-23高二下·河北·期中）某校中學生參加某電視臺“異想天開”節目的活動，他們提出了下列四個設想方案，從

理論上講可行的是（）

A．制作一個裝置從海水中吸收內能并全部用來做功

B．制作一種制冷設備，使溫度降至絕對零度以下

C．在房屋頂蓋上安裝太陽能板，可以用太陽能來解決照明和熱水問題

D．汽車尾氣中的各類有害氣體排入大氣后嚴重污染了空氣，想辦法使它們自發地分離，既清潔了空氣，又變廢

為寶

【答案】C

【詳解】

A．根據熱力學第二定律知，在不產生其他影響時，內能不能全部轉化為機械能，因此從海水中吸收內能并全部用

來做功而不產生其他影響是不可能實現的，A錯誤；

B．絕對零度是溫度的極值，使溫度降至絕對零度以下是不能的，B錯誤；

C．在房屋頂蓋上安裝太陽能板，利用太陽能來解決照明和熱水問題是可以的，C正確；

D．有害氣體和空氣不可能自發地分離，違反熱力學第二定律的方向性，D錯誤。

故選C。

6．（21-22高二下·陜西渭南·階段練習）下列說法中正確的是（）

A．一定質量的理想氣體在膨脹的同時吸收熱量，氣體分子的平均動能一定減小

B．第一類永動機和第二類永動機研制失敗的原因是違背了能量守恒定律

C．一定質量的理想氣體在等溫膨脹過程中吸收的熱量等于對外做的功，并不違反熱力學第二定律

D．根據熱力學第二定律可知，熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體

【答案】C

【詳解】A．當理想氣體經歷等溫膨脹的過程中，氣體內能不變，對外做功，根據熱力學第一定律可知氣體吸收熱

量，但此時氣體分子的平均動能不變，故A錯誤；

B．第一類永動機違背了能量守恒定律，第二類永動機不違背能量守恒定律，但違背了熱力學第二定律，故B錯誤；

C．一定質量的理想氣體在等溫膨脹過程中吸收的熱量等于對外做的功，該過程可以引產生其他影響，所以并不違

背熱力學第二定律，故C正確；

D．根據熱力學第二定律可知，熱量不可能自發地從低溫物體傳到高溫物體，需要消耗其他形式的能，故D錯誤。

故選C。

題型三：熱力學第二定律的微觀意義

7．（19-20高二下·山東煙臺·期末）下列說法中，能夠發生且不違背熱力學第二定律的是（）

A．一杯熱茶自然放置，茶會自動變得更熱

B．電冰箱正常工作時把箱內低溫物體的熱量傳遞到箱外高溫物體

C．只要對蒸汽機不斷革新，它就可以把蒸汽的內能全部轉化成機械能

D．利用降低海水溫度放出大量的熱量來發電，從而解決能源短缺的問題

【答案】B

【詳解】A．熱傳遞具有方向性，熱量能自發的從高溫物體傳到低溫物體，故一杯熱茶自然放置，茶會自動變得涼，

不會自動變得更熱，違背熱力學第二定律，故A錯誤；

B．電冰箱通電后把箱內低溫物體的熱量傳到箱外高溫物體，此過程中消耗了電能，所以不違背熱力學第二定律，

能發生，故B正確；

C．蒸汽機的能量損失不可避免，不可能把蒸汽的內能全部轉化為機械能，違背了熱力學第二定律，不能發生，故

C錯誤；

D．利用降低海水溫度放出大量的熱量來發電，需要消耗更多的其它能量，違背了熱力學第二定律，故不能解決能

源短缺問題，故D錯誤。

故選B。

8．（19-20高二下·陜西西安·期末）氣閘艙的原理如圖。座艙A與氣閘艙B間裝有閥門K，A中充滿空氣，B內為真

空。航天員由太空返回到B時，將B封閉，打開閥門K，A中的氣體進入B中，最終達到平衡。假設此過程中系統

保持溫度不變，艙內氣體可視為理想氣體，不考慮航天員的影響，則此過程中（）

A．氣體膨脹做功，內能減小

B．氣體向外界放出熱量

C．氣體分子對A艙壁的壓強減小

D．一段時間后，B內氣體的密度可以自發地恢復到原來真空狀態

【答案】C

【詳解】AB．氣體向真空方向擴散不對外做功，同時此過程中系統與外界沒有熱交換，由熱力學第一定律可知氣

體內能不變，理想氣體不計分子勢能，所以氣體分子動能不變，溫度不變，平均動能不變，故AB錯誤；

C．氣體溫度不變，平均動能不變，但是單位體積內分子個數減少，所以氣體壓強減小，故C正確；

D．氣體A中的密體減小，由熱力學第二定律可知，A內氣體的密度不可能自發地恢復到原來的密度，故D錯誤。

故選C。

9．（21-22高二下·云南保山·期中）下列說法不正確的是（）

A．自發的熱傳遞過程是向著分子熱運動無序性增大的方向進行的

B．民間常用“拔火罐”來治療某些疾病，方法是將點燃的紙片放入火罐內，當紙片燃燒完時，迅速將火罐開口端

緊壓在皮膚上，火罐就會緊緊地“吸”在皮膚上。其原因是火罐內的氣體體積不變時，溫度降低，壓強減小

C．空調既能制熱又能制冷，說明在不自發的條件下，熱傳遞可以逆向

D．從單一熱源吸收熱量，使之完全變為功是提高機械效率的常用手段

【答案】D

【詳解】A．根據熱力學第二定律可知，自然發生的熱傳遞過程是向著分子熱運動無序性增大的方向進行的，故A

正確，不符合題意；

B．火罐內氣體壓強小于大氣壓強，所以火罐能“吸”在皮膚上，故B正確，不符合題意；

C．根據熱力學第二定律可知，熱量能夠自發地從高溫物體傳遞到低溫物體，但不能自發地從低溫物體傳遞到高溫

物體，在有外界做功的條件熱傳遞可以逆向，故C正確，不符合題意；

D．從單一熱源吸收熱量，使之完全變為功而不產生其他影響是不可能實現的，故D錯誤，符合題意。

故選D。

題型四：熵和熵的增加原理

10．（21-22高二下·遼寧丹東·期末）2022年4月16號上午，神舟13號飛船在內蒙古東風著陸場順利降落，氣閘艙

是實驗艙中供航天員進入太空或由太空返回用的氣密性裝置。氣閘艙的工作原理簡化圖如圖所示，座艙A充滿一定

質量的理想氣體，座艙B內為真空。打開閥門K，氣體會自發擴散至B中，氣體最終達到平衡，整個系統不漏氣且

與外界沒有熱交換，下列說法正確的是（）

A．平衡后，氣體系統的熵值在減小

B．座艙A中氣體自發擴散過程中，氣體對外做功，內能減小

C．平衡后，座艙B中氣體可能自發的全部回到座艙A中

D．平衡后，氣體分子單位時間內，與器壁單位面積的碰撞次數減少

【答案】D

【詳解】A．由于氣體分子無規則運動的空間變大，所以無序性增加，即熵增加，故A錯誤；

B．氣體自由擴散，沒有對外做功，又因為整個系統不漏氣且與外界沒有熱交換，氣體內能不變，故B錯誤；

C．根據熵增加原理可知，一切宏觀熱現象均具有方向性，B中氣體不可能自發地全部回到座艙A中，故C錯誤；

D．氣體溫度不變，體積增大，單位體積內的分子數減少，單位時間內對單位面積的碰撞次數減少，故D正確。

故選D。

11．（21-22高二下·四川遂寧·期末）孤立絕熱密閉容器內的理想氣體靜置足夠長時間后，該氣體（）

A．分子排列將變得有序，其無規則運動停止

B．分子平均動能保持不孌

C．每個分子的速率都相同

D．孤立系統的熵減小了

【答案】B

【詳解】A.分子排列將變得無序，且分子的無規則熱運動永不停息，故A錯誤；

B.孤立絕熱密閉容器的理想氣體，溫度不變，分子的平均動能不變，故B正確；

C.分子做無規則的熱運動，在相同溫度下各個分子的動能并不相同，所以每個分子的速率不相同，故C錯誤；

D.孤立絕熱密閉容器的理想氣體靜置足夠長時間后，孤立系統的熵要增大，故D錯誤。

故選B。

12．（20-21高二下·河南周口·期中）下列說法中正確的是（）

A．因為液體表面有收縮的趨勢，所以液體表面分子間只有引力沒有斥力

B．液晶既具有液體的流動性，又具有光學各向同性

C．晶體熔化過程中吸收熱量，分子平均動能一定增大

D．在任何自然過程中，一個孤立系統的總熵不會減小

【答案】D

【詳解】A．根據分子動理論可知，分子間同時存在著引力和斥力，雖然液體表面有收縮的趨勢，但液體表面分子

間仍存在引力和斥力，只不過引力大于斥力，分子力表現為引力，A錯誤；

B．液晶既具有液體的流動性，又具有光學各向異性，B錯誤；

C．晶體熔化過程中雖然吸熱，但是溫度不變，溫度是分子平均動能的標志，所以分子平均動能不變，C錯誤；

D．根據熱力學第二定律的微觀解釋，在任何自然過程中，一個孤立系統的總熵不會減小，D正確。

故選D。

題型五：熱力學三大定律的綜合問題

13．（2024·遼寧·一模）根據熱學中的有關知識，下列說法中正確的是（）

A．一切符合能量守恒定律的宏觀過程都能發生

B．空調的工作過程表明，熱量可以自發地由低溫物體向高溫物體傳遞

C．第二類永動機不違背能量守恒定律，當人類科技水平足夠先進時，第二類永動機可以被制造出來

D．能量耗散是從能量轉化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有方向性

【答案】D

【詳解】AD．熱運動的宏觀過程會有一定的方向性，符合能量守恒定律的宏觀過程并不能都真的發生，根據熱力

學第二定律，不可能從單一熱源取熱使之完全轉換為有用的功而不產生其他影響，能量耗散是從能量轉化的角度反

映出自然界中的宏觀過程具有方向性，故A錯誤，D正確；

B．空調的工作過程表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞，但要引起其它變化，故B錯誤；

C．第一類永動機違背能量守恒定律，第二類永動機不違背能量守恒定律，而是違背了熱力學第二定律，第二類永

動機不可能制造出來，故C錯誤。

故選D。

14．（22-23高二下·遼寧沈陽·期中）下列關于熱力學定律的說法中，正確的是（）

A．熱力學第一定律與熱力學第二定律的實質是一樣的

B．不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功

C．我們要節約能源的根本原因是能量在數量上減少了

D．即使沒有摩擦、不必要的散熱損失，熱機也不可能把燃料產生的內能全部轉化為機械能

【答案】D

【詳解】

A．熱力學第一定律反映了物體的內能變化與做功和熱傳遞的關系，而熱力學第二定律則反映了熱現象的宏觀方向

性，A錯誤；

B．在外界的影響下，可以從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，B錯誤；

C．我們要節約能源的根本原因是可利用能源的數量在不斷減少，但能量的總量是不變的，C錯誤；

D．根據熱力學第二定律，即使沒有摩擦、不必要的散熱損失，熱機也不可能把燃料產生的內能全部轉化為機械能，

也就是說，熱機的效率不可能達到百分之百，D正確。

故選D。

15．（22-23高三下·浙江金華·階段練習）關于熱力學定律的表述與理解，下列說法正確的是（）

A．熱力學第一定律指出，不可能達到絕對零度

B．熱力學第一定律闡述了熱傳遞具有方向性

C．熱力學第二定律可描述為“氣體向真空的自由膨脹是不可逆的”

D．熱力學第二定律可描述為“不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體”

【答案】C

【詳解】A．熱力學第三定律指出，不可能達到絕對零度，選項A錯誤；

B．熱力學第二定律闡述了熱傳遞具有方向性，選項B錯誤；

C．熱力學第二定律可描述為“氣體向真空的自由膨脹是不可逆的”，選項C正確；

D．熱力學第二定律可描述為“不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體而不引起其它的變化”，選項D錯誤。

故選C。

【課堂過關精練】

一、單選題

16．（22-23高二下·福建莆田）下列說法錯誤的是（）

A．熱量能自發地從高溫物體傳給低溫物體

B．熱量不能從低溫物體傳到高溫物體

C．熱傳導是有方向性的

D．氣體向真空中膨脹的過程是有方向性的

【答案】B

【詳解】A．熱量能自發地從高溫物體傳給低溫物體，故A正確；

B．熱量不能自發的從低溫物體傳到高溫物體，但在外界干預下，熱量也能從低溫物體傳到高溫物體，故B錯誤；

C．根據熱力學第二定律的開爾文表述可知，熱傳導是有方向性的，熱量能自發地從高溫物體傳給低溫物體，不能

自發的從低溫物體傳到高溫物體，故C正確；

D．根據熱力學第二定律可知，氣體向真空中膨脹的過程是有方向性的，是不可逆的，故D正確。

本題選錯誤的，故選B。

17．（22-23高二下·山東聊城·期末）下列說法正確的是（）

A．冰箱能使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體，因此不遵循熱力學第二定律

B．自發的熱傳導是可逆的

C．可以通過給物體加熱而使它運動起來，但不產生其他影響

D．氣體向真空膨脹具有方向性

【答案】D

【詳解】A．冰箱能使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體，消耗了電能，引起了外界變化，因此遵循熱力學第二定律，

A錯誤；

B．自發的熱傳導是不可逆的，熱量一定從高溫物體傳遞給低溫物體，熱量不可能自發的從低溫物體傳遞給高溫物

體，B錯誤；

C．給物體加熱只能增加物體的內能，不能增加物體的機械能，所以不能使它運動起來，C錯誤；

D．氣體向真空膨脹具有方向性，氣體的體積一定增大，不能減小，D正確。

故選D。

18．（22-23高二下·吉林松原·期末）根據熱力學定律，下列說法正確的是（）

A．空調機在制冷過程中，從室內吸收的熱量等于向室外放出的熱量

B．科技的進步可以使內燃機成為單一熱源的熱機

C．對能源的過度消耗使自然界的能量不斷減少，形成“能源危機”

D．電冰箱的工作原理不違背熱力學第一定律，電冰箱的制冷系統能夠不斷地把冰箱內的熱量傳到外界，是因

為其消耗了電能

【答案】D

【詳解】A．空調機在制冷過程中，把室內的熱量向室外釋放，消耗電能，產生熱量，故空調機從室內吸收的熱量

小于向室外放出的熱量，故A錯誤；

B．根據熱力學第二定律，可知內燃機不可能成為單一熱源的熱機，故B錯誤；

C．自然界的能量不會減少，形成“能源危機”的原因是能源的品質下降，可利用的能源不斷減少，故C錯誤；

D．電冰箱的工作原理不違背熱力學第一定律，電冰箱的制冷系統能夠不斷地把冰箱內的熱量傳到外界，是因為其

消耗了電能，故D正確。

故選D。

19．（22-23高二下·黑龍江大慶·期末）根據熱力學定律，下列說法正確的是（）

A．熱量既能自發地從高溫物體傳遞到低溫物體，也能夠自發地從低溫物體傳遞到高溫物體

B．一定質量的理想氣體吸收了熱量，則氣體溫度一定升高

C．對于一定質量的理想氣體，如果體積增大，就會對外做功，所以內能一定減少

D．物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功

【答案】D

【詳解】A．根據熱力學第二定律，熱量能夠自發地從高溫物體傳遞到低溫物體，但不能自發地從低溫物體傳遞到

高溫物體，故A錯誤；

B．根據熱力學第一定律UWQ，可知物體內能的改變是外界對物體做功與物體吸收的熱量的和。所以物體吸

收熱量，又對外做功時。物體的內能可能減小。故B錯誤；

C．對于一定質量的理想氣體，如果壓強不變，體積增大對外做功，根據熱力學第一定律結合理想氣體狀態方程可

知，溫度一定升高，內能增大，故C錯誤；

D．根據熱力學第二定律可知，物體不可以從單一熱源吸收的熱量全部用于做功而不產生其他影響，也就是說在引

起其它變化的情況下，物體可以從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功，故D正確。

故選D。

20．（22-23高二下·上海楊浦·期末）根據熱學中的有關知識，判斷下列說法中錯誤的是（）

A．機械能可以全部轉化為內能，內能也可以用來做功轉化成機械能

B．自發的熱傳遞過程是向著分子熱運動無序性增大的方向進行的

C．第一類永動機違背能量守恒定律，第二類永動機不違背能量守恒定律，所以隨著科技的進步和發展，第二

類永動機可以被制造出來

D．空調既能制熱又能制冷，說明在不自發的條件下，熱量可以逆向傳遞

【答案】C

【詳解】A．機械能可以全部轉化為內能，內能也可以用來做功轉化成機械能，故A正確；

B．根據熱力學第二定律可知，自發的熱傳遞過程是向著分子熱運動無序性增大的方向進行的，故B正確；

C．第一類永動機違背能量守恒定律，第二類永動機不違背能量守恒定律，但違背了熱力學第二定律，第二類永動

機不可能被制造出來，故C錯誤；

D．根據熱力學第二定律可知，熱量不能自發地從低溫物體傳遞給高溫物體，但在一定外界條件下可以實現，故D

正確。

本題選錯誤項，故選C。

21．（22-23高二下·貴州畢節·階段練習）電冰箱由壓縮機、冷凝器、毛細管、蒸發器四個部分組成一個密閉的連通

系統，制冷劑在連通系統內循環流經這四個部分。各部分的溫度和壓強如圖所示，則下列說法正確的是（）

A．制冷劑在蒸發器中的狀態可以看成理想氣體

B．該過程實現了熱量從低溫物體向高溫物體傳遞，符合熱力學第二定律

C．冷凝器向環境散失的熱量可能小于蒸發器從冰箱內吸收的熱量

D．制冷劑在通過冷凝器的過程中分子勢能和分子動能都增大

【答案】B

【詳解】A．制冷劑在蒸發器中雖然是氣體狀態，但是不滿足遠離液化的狀態，不能看成理想氣體，故A錯誤；

B．該過程實現了熱量從低溫物體向高溫物體傳遞，因為消耗了能量，符合熱力學第二定律，故B正確；

C．冷凝器向環境散失的熱量大于蒸發器從冰箱內吸收的熱量，因為還有壓縮機對其做功，故C錯誤；

D．在冷凝器中制冷劑溫度降低，分子平均動能降低，分子間距從氣體過渡到液體，分子勢能降低，故D錯誤。

故選B。

22．（22-23高二下·黑龍江綏化·階段練習）下列敘述均和熱力學定律相關，其中正確的是（）

A．不違背能量守恒定律的機器都能制成

B．電冰箱的制冷系統能夠把冰箱內的熱量傳到外界，它違背了熱力學第二定律

C．能量耗散過程中能量是不守恒的

D．從能量轉化的角度看能量耗散反映了自然界中宏觀過程具有方向性

【答案】D

【詳解】A．第二類永動機不違背能量守恒定律，但不能制成，故A錯誤；

B．電冰箱不違背熱力學第二定律，故B錯誤；

C．能量耗散過程中能量也是守恒的，故C錯誤；

D．能量耗散反映了能量轉化的方向性，故D正確。

故選D。

23．（22-23高二下·廣東廣州·期末）如圖所示為家用電冰箱的工作原理簡化圖。壓縮機工作時，強迫制冷劑在冰箱

內外的管道中不斷循環，在蒸發器中的制冷劑汽化吸收箱體內的熱量，經過冷凝器時制冷劑液化，放出熱量到箱體

外，下列說法正確的是（）

A．熱量可以自發地從冰箱內傳到冰箱外

B．電冰箱的工作原理違反熱力學第二定律

C．冷凝器中的制冷劑在液化過程中體積增大，內能增加

D．電冰箱的制冷系統能夠不斷地把冰箱內的熱量傳到外界，是因為其消耗了電能

【答案】D

【詳解】A．由熱力學第二定律可知，熱量不能自發地從低溫物體傳到高溫物體，除非有外界的影響或幫助，可知

熱量不能夠自發地從冰箱內傳到冰箱外，故A錯誤；

B．電冰箱把熱量從低溫物體傳到高溫物體，需要壓縮機的幫助并消耗了電能，即該過程不是自發進行，而是有外

界的影響，可知電冰箱的工作原理不違反熱力學第二定律，故B錯誤；

C．制冷劑遇冷放熱然后液化，制冷劑向外放熱，Q小于零，制冷劑在液態變成氣態的過程中，體積膨脹，對外做

功，W也小于零，根據熱力學第一定律有

UWQ

可知，內能一定減小，故C錯誤；

D．根據上述，電冰箱的制冷系統能夠不斷地把冰箱內的熱量傳到外界，，即該過程不是自發進行，而是有外界的影

響，即是因為其消耗了電能，故D正確。

故選D。

【高分突破精練】

一、單選題

24．（22-23高二下·江西萍鄉·期末）某科學興趣小組的同學制作了如圖所示的水火箭，其工作原理是被壓縮的高壓

空氣膨脹使水從水火箭尾部的噴嘴向下高速噴出，飲料瓶受到反作用力而快速上升，短時間內不考慮熱傳遞。在此

過程中（）

A．封閉氣體的體積增大、壓強減小

B．封閉氣體的內能全部轉化為水的機械能

C．單位時間內容器內壁單位面積受到氣體分子的撞擊次數將增多

D．氣體的溫度降低，每一個氣體分子的速率都將減小

【答案】A

【詳解】A．封閉氣體膨脹，體積增大，對外做功，與外界無熱交換，則氣體內能減小，溫度降低，則氣體壓強減

小，選項A正確；

B．根據熱力學第二定律可知，封閉氣體的內能不可能全部轉化為水的機械能，選項B錯誤；

C．氣體壓強減小，體積變大，氣體數密度減小，氣體溫度降低，分子平均速率減小，則單位時間內容器內壁單位

面積受到氣體分子的撞擊次數將減小，選項C錯誤；

D．氣體的溫度降低，分子平均速率減小，但不是每一個氣體分子的速率都將減小，選項D錯誤。

故選A。

25．（22-23高二下·江蘇徐州·階段練習）一定質量的理想氣體從狀態A開始依次經過狀態B再到狀態C再回到狀態

1

A，其V圖像如圖所示，其中CA曲線為雙曲線的一部分。下列說法正確的是（）

T

A．在B到C過程中，分子的速率分布曲線不發生變化

B．從C到A的過程中，器壁單位面積上受到氣體分子平均碰撞力不變

C．從A到B過程中，氣體從外界吸熱并全部用來對外做功，所以違反了熱力學第二定律

D．從C到A的過程與從A到B過程中外界對氣體做功總和為零

【答案】B

1

【詳解】A．根據圖像可知，在B到C過程中，減小，則氣體溫度升高，速率大的分子數占總分子數的百分比增

T

大，可知，分子的速率分布曲線發生變化，故A錯誤；

B．由于CA曲線為雙曲線的一部分，則從C到A的過程中，體積與溫度的倒數成反比，則體積與溫度成正比，根

據克拉伯龍方程

pVnRT

變形有

nR

VT

p

可知從C到A的過程中，氣體壓強不變，則從C到A的過程中，器壁單位面積上受到氣體分子平均碰撞力不變，

故B正確；

C．從A到B過程中，氣體溫度不變，氣體的內能不變，體積增大，氣體對外做功，根據熱力學第一定律可知，氣

體從外界吸熱并全部用來對外做功，這是一種理想化的模型，因此，并不違反熱力學第二定律，故C錯誤；

D．根據上述可知，A到B過程中為等溫變化，B到C過程為等容變化，C到A的過程為等壓變化作出pV圖像如

圖所示

pV圖像中圖像與橫軸所圍幾何圖形的面積表示功，根據圖像可知C到A過程，體積減小，外界對氣體做功，A

到B過程，體積增大，氣體對外界做功，C到A過程圖像與V軸所圍幾何圖形的面積大于A到B過程圖像與V軸

所圍幾何圖形的面積，可知從C到A的過程外界對氣體做的功大于A到B過程中氣體對外界做的功，即從C到A

的過程與從A到B過程中外界對氣體做功總和為正，故D錯誤。

故選B。

26．（22-23高二下·浙江金華·期末）下列說法正確的是（）

A．空調在制冷過程中，從室內吸收的熱量等于向室外放出的熱量

B．海水降低溫度可以放出大量的熱量，科技的不斷進步使得人類有可能通過降低海水的溫度來發電，從而解

決能源短缺的問題

C．即使沒有漏氣、摩擦、不必要的散熱等損失，熱機也不可能把燃料產生的內能全部轉化為機械能

D．對能源的過度消耗使自然界的能量不斷減少，形成“能源危機”

【答案】C

【詳解】A．空調機在制冷過程中，把室內的熱量向室外釋放，消耗電能，產生熱量，故從室內吸收的熱量小于向

室外放出的熱量，故A錯誤；

B．根據熱力學第二定律降低海水溫度要放出熱量，但是要引起其他的變化，根據能量守恒定律，此方法不可能實

行，選項B錯誤；

C．根據熱力學第二定律，即使沒有漏氣、摩擦、不必要的散熱等損失，熱機也不可以把燃料產生的內能全部轉化

為機械能，故C正確；

D．對能源的過度消耗使自然界的可利用的能源不斷減少，形成“能源危機”，自然界中能量總是守恒的，故D錯誤。

故選C。

27．（22-23高二下·山東濰坊·期末）如圖所示，一定質量的理想氣體從狀態A依次經過狀態B、C和D后再回到狀

態A，其中A→B和C→D為等溫過程，B→C和D→A為絕熱過程。這就是熱機的“卡諾循環”。則（）

A．A→B過程說明，熱機可以從單一熱源吸熱對外做功而不引起其它變化

B．B→C過程中，氣體分子在單位時間內碰撞單位面積器壁的平均力增大

C．C→D和D→A過程中，氣體壓強都增大的微觀機制完全相同

D．B→C過程中氣體對外做的功與D→A過程中外界對氣體做的功相等

【答案】D

【詳解】A．根據熱力學第二定律可知，不可能從單一熱源吸熱全部用來對外做功而不引起其他變化，故A錯誤；

B．B→C過程中，絕熱膨脹，氣體對外做功，內能減小，溫度降低，分子的平均動能減小，壓強變小，氣體分子在

單位時間內碰撞單位面積器壁的平均力減小，B錯誤；

C．C→D，等溫壓縮，溫度不變，單位體積內的分子數增多，壓強增大。D→A過程中，絕熱壓縮，體積減小，分

子內能增加，單位體積內的分子數增多，且分子平均撞擊力增大，導致壓強增大，故兩種氣體壓強都增大的微觀機

制不相同，C錯誤；

D．B→C過程中

TBTC(TDTA)

由于內能UT，故

ΔUBCΔUDA

由熱力學第一定律可知，兩個過程均絕熱

UBCWBC，-UDAWDA

可知B→C過程中氣體對外做的功與D→A過程中外界對氣體做的功相等，故D正確。

故選D。

28．（22-23高二下·山東威海·階段練習）下列說法正確的是（）

A．熱量可以自發地從低溫物體傳到高溫物體

B．第二類永動機不能制成，因為它違反了能量守恒定律

C．一定質量的理想氣體在等溫膨脹過程中，從外界吸收的熱量全部用來做功，這一過程違反了熱力學第二定

律

D．當把打足氣的車胎內的氣體迅速放出時，會發現氣嘴處的溫度明顯降低，這是因為氣體對外做功，胎內氣

體溫度降低

【答案】D

【詳解】A．根據熱力學第二定律可知，熱量不能夠自發地從低溫物體傳到高溫物體，故A錯誤；

B．第二類永動機只熱機效率等于百分之百的熱機，其沒有違背能量守恒定律，但其違背了熱力學第二定律，因此

不能制成，故B錯誤；

C．根據熱力學第一定律有

UWQ

溫度不變，理想氣體內能不變，膨脹過程，體積增大，氣體對外界做功，則氣體一定從外界吸熱，可知一定質量的

理想氣體在等溫膨脹過程中，從外界吸收的熱量全部用來做功，這一過程并沒有違反熱力學第二定律，因為這一過

程引起了其它變化，那就是氣體膨脹了，要恢復原狀就必須對氣體做功，故C錯誤；

D．當把打足氣的車胎內的氣體迅速放出時，會發現氣嘴處的溫度明顯降低，這是因為氣體迅速放出時，氣體體積

膨脹對外做功，導致胎內氣體溫度降低同時從外界吸熱，故D正確。

故選D。

29．（22-23高二下·廣東江門·期末）根據熱力學定律，下列說法正確的是（）

A．電冰箱的工作過程表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞

B．功轉變為熱的實際宏觀過程是可逆過程

C．科技的進步可以使內燃機成為單一熱源的熱機

D．對能源的過度消耗將使自然界的能量不斷減少，形成能源危機

【答案】A

【詳解】A．電冰箱的工作過程表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞，但要引起其它變化，故A正確；

B．根據熱力學第二定律，功轉變為熱的實際宏觀過程是不可逆過程，故B錯誤；

C．根據熱力學第二定律，從單一熱源吸收熱量，全部用來對外做功而不引起其他變化是不可能的，故C錯誤；

D．自然界的能量不會減少，形成“能源危機”的原因是能源的品質下降，可利用的能源不斷減少，故D錯誤；

故選A。

30．（22-23高二下·湖北武漢·期末）1827年，布朗作為英國植物學家，在花粉顆粒的水溶液中觀察到花粉不停頓的

無規則運動．1905年，愛因斯坦根據擴散方程建立布朗運動的統計理論，從而使分子動理論的物理圖景為人們廣泛

接受．關于分子動理論相關知識，下列說法中正確的是（）

A．分子的擴散現象是可逆的B．布朗運動證明組成固體小顆粒的分子在做無規則運動

C．花粉顆粒越小，無規則運動越明顯D．分子永不停息的無規則運動說明永動機是可以實現的

【答案】C

【詳解】A．分子的擴散現象是不可逆的，故A錯誤；

B．布朗運動是固體小顆粒的無規則運動，反映了液體分子在做無規則運動，故B錯誤；

C．溫度越高，花粉顆粒越小，無規則運動越明顯，故C正確；

D．永動機是不可以實現的，故D錯誤。

故選C。

二、多選題

31．（23-24高二下·浙江寧波·階段練習）根據熱力學定律，下列說法正確的是（）

A．電冰箱的工作原理表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞

B．空調機在制冷過程中，將熱量從溫度較低的室內送到溫度較高的室外，這一過程不遵守熱力學第二定律

C．科技的不斷進步使得人類有可能生產出單一熱源的熱機

D．盡管科技不斷進步，熱機的效率仍不能達到100%

【答案】AD

【詳解】A.熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞，但要引起其他變化，故A正確；

B.空調機在制冷過程中，空氣壓縮機做功消耗電能，制冷過程不是自發進行的，這一過程遵守熱力學第二定律，故

B錯誤；

C.不可能從單一熱源吸收熱量全部用來對外做功而不引起其他變化，故C錯誤；

D.根據熱力學第二定律，即使沒有漏氣、摩擦、不必要的散熱等損失，熱機也不可能把燃料產生的內能全部轉化為

機械能，即效率達不到100%，故D正確。

故選AD。

32．（2024·全國·模擬預測）根據熱學中的有關知識，下列說法中正確的是（）

A．一切符合能量守恒定律的宏觀過程都能發生

B．空調的工作過程表明，熱量可以由低溫物體向高溫物體傳遞

C．因為內能無法全部用來做功轉化成機械能而不引起其他變化，所以熱機效率一定不能達到百分之百

D．第二類永動機不違背能量守恒定律，當人類科技水平足夠先進時，第二類永動機可以被制造出來

E．能量耗散是從能量轉化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有方向性

【答案】BCE

【詳解】ACE．熱運動的宏觀過程會有一定的方向性，符合能量守恒定律的宏觀過程并不能都真的發生，根據熱力

學第二定律，不可能從單一熱源取熱使之完全轉換為有用的功而不產生其他影響，能量耗散是從能量轉化的角度反

映出自然界中的宏觀過程具有方向性，所以機械能可以全部轉化為內能，而內能無法全部用來做功以轉換成機械能，

故A錯誤，故CE正確；

B．空調的工作過程表明，熱量可以由低溫物體向高溫物體傳遞，故B正確；

D．第一類永動機違背能量守恒定律，第二類永動機不違背能量守恒定律，而是違背了熱力學第二定律，第二類永

動機不可能制造出來，故D錯誤。

故選BCE。

33．（2024·陜西商洛·模擬預測）下列說法正確的是（）

A．0℃的冰在熔化時，每個分子的動能可能發生變化

B．對于一定質量的理想氣體，在壓強不變，體積增大時，內能一定增大

C．在絕熱條件下壓縮氣體，氣體內能可能不變

D．自然界中要涉及熱現象的宏觀過程有的有方向性，有的沒有方向性

E．空調的工作過程表明，熱量可以從低溫物體傳遞給高溫物體

【答案】ABE

【詳解】

A．冰熔化時，溫度不變，其分子的平均動能保持不變，但是每個分子的動能可能在改變，選項A正確；

pV

B．對于一定質量的理想氣體，在壓強不變，體積增大時，由C可知，溫度一定升高，所以內能一定增大，選

T

項B正確；

C．在絕熱條件下壓縮氣體，外界對氣體做功，則有W0，而氣體與外界無熱交換，則Q0，根據熱力學第一定

律公式UWQ，可知U0，則有氣體內能增加，選項C錯誤；

D．根據熱力學第二定律可知，自然界中只要涉及熱現象的宏觀過程都具有方向性，選項D錯誤；

E．空調的工作過程表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞，但是要造成其他的影響，選項E正確。

故選ABE。

34．（23-24高三下·青海海南·開學考試）關于熱力學定律，下列說法正確的是（）

A．自然界中一切與熱有關的現象均具有方向性

B．隨著科技的不斷發展與進步，絕對零度是可以達到的

C．隨著科技的不斷發展與進步，熱機的效率可以達到100%

D．不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化

E．熱量既能從高溫物體傳遞到低溫物體，也能從低溫物體傳遞到高溫物體

【答案】ADE

【詳解】A．自然界中一切與熱有關的物理現象均具有方向性，故A正確；

B．絕對零度是不可以達到的，故B錯誤；

C．熱機效率可以提高，但小于100%，故C錯誤；

D．根據熱力學第二定律，可知不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化，故D正確。

E．熱量不能自發地從低溫物體傳到高溫物體，但是只要外界提供能量，熱量就可以從低溫物體傳遞到高溫物體，

比如冰箱的工作原理，故E正確。

故選ADE。

35．（23-24高三下·四川綿陽·開學考試）下列關于熱現象的描述正確的是（）

A．人體感覺到空氣潮濕，說明空氣的相對濕度較大

B．氣體從外界吸收熱量，其內能不一定增加

C．熱量不可能從溫度較低的物體傳到溫度較高的物體

D．一定質量的理想氣體，在等壓膨脹的過程中，一定吸收熱量

E．分子平均速率大的物體的溫度一定比分子平均速率