第三章第四节 热力学第二定律——高二物理人教版（2019）选择性必修第三册课后习题
【教材课后习题】
1.汽车行驶时，要消耗汽油。尽量详尽地说明：汽油燃烧时释放的化学能通过哪些途径最终转化成了周围环境的内能。
2.以下哪些现象能够发生、哪些不能发生？能够发生的现象是否违背热力学第二定律？
（1）一杯热茶自然放置，茶会自动变得更热。
（2）蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能。
（3）桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离。
（4）电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体。
3.一间密闭的房间里放置了一台电冰箱，为了使房间降温，有人出了一个主意，建议把冰箱接通电源，打开冰箱门，让冰箱的“冷气”进入房间中，房间就变冷了。这种方法可行吗？请说明道理。
【定点变式训练】
4.根据热力学定律，下列说法正确的是( )
A.空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量多于向室外放出的热量
B.电冰箱的工作原理不违背热力学第一定律，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
C.对能源的过度消耗使自然界的能量不断减少，形成“能源危机”
D.科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机
5.2024年6月12日—18日是全国第26个节能宣传周，日前，国家发展改革委公布新建节能降碳项目和污染治理项目最高可获中央预算内投资1亿元补助的规定。关于节能、能量守恒定律、热力学定律，下列说法正确的是( )
A.加强发展科技，提高能源的利用率，会更多地节约能源
B.形成能源危机的原因是对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少
C.随着科技发展，制冷机的制冷温度可能降到，热机的效率可能达到100%
D.热力学第二定律是热力学第一定律的特例，第二类永动机违反了热力学第一定律
6.人类不但掌握了精准测温控温的方法，还可以人工产生高热和深冷，在高热和深冷的“世界”里不断发现新的科学奇迹，下列关于热力学定律的说法正确的是( )
A.外界对物体做功，物体的内能必定增加
B.一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的
C.所有符合能量守恒定律的宏观过程都能自发地进行
D.可能从单一热源吸收热量，使之完全变为功而不引起其他影响
7.下列说法正确的是( )
A.一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的
B.做功和热传递都可以改变内能，二者本质相同
C.第二类永动机违背了能量守恒定律，是不可能实现的
D.一定质量的理想气体，等压膨胀的过程中，向外界放出热量
8.气闸舱是载人航天器中供航天员进入太空或由太空返回用的气密性装置，其原理如图所示。座舱M与气闸舱N之间装有阀门K，座舱M中充满空气，气闸舱N内为真空。航天员从太空返回气闸舱N后，打开阀门K，M中的气体进入N中，最终达到平衡。此过程中气体与外界没有热交换，舱内气体可视为理想气体，下列说法正确的是( )
A.气体体积膨胀，对外做功，内能减小
B.气体对外不做功，气体内能不变
C.气体温度降低，体积增大，压强减小
D.N中气体可以自发地全部退回到M中
9.根据热力学定律，下列说法正确的是( )
A.空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量小于向室外放出的热量
B.科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机，将内能全部转化为机械能
C.导体在光滑水平U形导轨上做切割磁感线运动，最后停下来，是自发的，但金属棒不会自发地将内能转化为棒的动能运动起来
D.冰箱的使用说明热量可以自发地从低温物体传递到高温物体
10.下列现象及关于热力学第一、第二定律的叙述正确的是( )
A.一定质量的理想气体在等温膨胀过程中，气体一定从外界吸收热量
B.热力学第一定律和热力学第二定律是从不同角度阐述了能量守恒定律
C.0℃的冰融化为0℃的水，此过程系统吸收热量，内能增加
D.第二类永动机违背了热力学第一定律
答案以及解析
1.答案：见解析
解析：汽油燃烧时释放的化学能推动活塞做功的过程中，主要通过三个途径将化学能转化为内能：一是活塞与缸体间有摩擦，克服摩擦力做功，产生热量，缸体温度升高，内能增加，向周围空间散热；二是活塞压缩缸内气体做功，缸内气体温度升高，带动缸体温度升高，由于与周围环境的热交换转化为环境的内能；三是排气冲程中喷出的热气，会带去一部分热量。
2.答案：见解析
解析：（1）不可能。因为是“自动”过程，所以茶变热时的内能增量只能来源于周围环境，即周围环境中的热量会自动地收集到茶中。所以，这是不可能发生的现象。
（2）不可能。蒸汽的内能转化为机械能必定需要做功，即热蒸汽推动活塞做功。这一过程中，一方面由于活塞摩擦汽缸而产生热能，另一方面由于热蒸汽与周围环境的温度差，蒸汽机会向周围环境散热。所以，蒸汽机把蒸汽的内能全部转化为机械能是不可能的。
（3）可能。泥水变清，泥沙下沉，重心下降，总的重力势能减少，最终转化为内能，不违背热力学第二定律。
（4）可能。电冰箱通电后，消耗电能，将箱内低温物体的热量传到箱外不违背热力学第二定律。
3.答案：见解析
解析：这种方法不可行，因为电冰箱的压缩机工作后，冰箱冷冻室的蒸发器温度降低，吸收空气的热量，与此同时，冰箱内部的冷凝器温度升高，将热量传给空气，室内空气的热量只是被冰箱吸收后又被放出，所以室温不会降低。压缩机工作时，反而会将一部分电能转化为内能，故室内温度会有少许升高。
4.答案：B
解析：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，因为电能也部分转化为热能，故A错误；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，电冰箱的工作原理不违背热力学第一定律，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，故B正确；C.对能源的过度消耗将形成能源危机，但自然界的总能量守恒，故C错误；D.根据热力学第二定律知，科技的进步不可能使内燃机成为单一的热源热机，故D错误。故选B。
5.答案：A
解析：A.加强发展科技，提高能源的利用率，会更多地节约能源，故A正确；B.根据能量守恒定律可知自然界的能量不会减少，形成“能源危机”的原因是能源的品质下降，可利用的能源不断减少，故B错误；C.等于，制冷机的制冷温度可能降到，根据热力学定律，热机的效率不能达到100%，故C错误；D.热力学第二定律不是热力学第一定律的特例，第二类永动机不可能制成是因为它违背了热力学第二定律，即不可能从单一热源吸收热量，而源源不断地对外做功，故D错误。故选A。
6.答案：B
解析：A.外界对物体做功，若同时物体放出热量，物体的内能可能减小，故A错误；
BC.根据热力学第二定律可知，一切与热现象有关的自然过程都是不可逆的，比如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换成机械能，即符合能量守恒定律的宏观过程不一定能自发地进行，故B正确，C错误；
D.根据热力学第二定律的开尔文表述，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错误。
故选B。
7.答案：A
解析：A.根据热力学第二定律，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，A正确；B.做功和热传递都可以改变内能，做功是其他形式的能和内能的转化，热传递则是内能之间的转移，故二者本质不相同，B错误；C.第二类永动机没有违背能量守恒定律，违背了热力学第二定律，C错误；D.一定理想气体等压膨胀的过程中，气体对外做功，根据理想气体，可知等压膨胀，就是P不变，体积增大，要维持K。T也必须增大，既然是膨胀，也就气体对外做功，也就是只有吸热能使T升高了，故气体从外界吸收热量，D错误。故选A。
8.答案：B
解析：ABC.气闸舱N内为真空，气体在自由膨胀过程中不对外做功，又系统与外界没有热交换，根据热力学第一定律可知，气体内能不变；对于一定质量的理想气体内能不变，则温度不变；根据玻意耳定律可知，气体体积增大，气体压强减小，故B正确，AC错误；D.根据热力学第二定律可知，一切与热现象有关的宏观变化都是不可逆的，故N中气体不可能自发地全部退回到M中，故D错误。故选：B。
9.答案：AC
解析：A.空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量小于向室外放出的热量，因为工作过程还有电热释放，故A正确；B.根据热力学第二定律，可知即使科技再进步，内燃机也不可能成为单一热源的热机，不可能将内能全部转化为机械能而不引起别的变化，故B错误；C.根据热力学第二定律，可知导体在光滑水平U形导轨上做切制磁感线运动，最后停下来，是自发的，但金属棒不会自发地将内能转化为棒的动能运动起来，故C正确；D.根据热力学第二定律，可知热量只能够自发从高温物体传到低温物体，但也可以通过热机做功实现从低温物体传递到高温物体，电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递，但不是自发地进行，故D错误。故选AC。
10.答案：AC
解析：A.一定质量的理想气体在等膨胀过程中，由于温度不变，则内能不变，气体膨胀，对外做功，根据热力学第一定律，气体一定从外界吸收热量。A正确；B.热力学第一定律阐述了能量守恒定律，而热力学第二定律阐述能量流动的方向性定律，两者不同，B错误；C.0℃的冰融化为0℃的水，此过程系统吸收热量，根据热力学第一定律，可知内能增加，C正确；D.第二类永动机违背了热力学第二定律，D错误。故选AC。
