能量守恒定律、热力学第二定律【五大考点+五大题型】（原卷版）-2025-2026学年高二物理下学期（人教版选择性必修第三册）

能量守恒定律、热力学第二定律【五大考点+五大题型】

＞考点梳理

＞考点一：能量守恒第一类永动机

＞考点二：热力学第二定律的两种表述

＞考点三：第二类永动机问题

＞考点四：烯和燧的增加原理

＞考点五：热力学三大定律区别与联系

知识点01、热力学第一定律

i.改变内能的两种方式：做功与传热.两者对改变系统的内能是等价的.

2.热力学第一定律：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和.

技巧归纳：

1.对公式什他符号的规定

符号WQ

体积减小，外界对热力学系

+热力学系统吸收热量内能增加

统做功

体积增大，热力学系统对外

—热力学系统放出热量内能减少

界做功

2.气体状态变化的几种特殊情况

（D绝热过程：”0,则△〃=/；系统内能的增加（或减少）量等于外界对系统（或物体对外界）做的功.

（2）等容过程：#'=0,则A-Q,物体内能的增加量（或减少量）等于系统从外界吸收（或系统向外界放出）的热量.

（3）等温过程：始末状态一定质量理想气体的内能不变，即bU=0,则忙=一。（或后一阶，外界对系统做的功等于

系统放出的热量（或系统吸收的热量等于系统对外界做的功）.

3.判断气体是否做功的方法

一般情况下看气体的体积是否变化.

①若气体体枳增大，表明气体对外界做功，陂0.②若气体体积减小，表明外界对气体做功，#X）.

知识点02：能量守恒定律

1.能量的存在形式及相互转化

（1）各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有电磁能、化学能、核能等.

（2）各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化.例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学

能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能.

2.能量守恒的两种表达

(1)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等.

(2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等.

知识点03.第一类永动机不可能制成的原因分析

如果没有外界供给热量而对外做功，由△。三知，系统内能将减小.若想源源不断地做功，在无外界能量供给

的情况下是不可能的.

知识点1、热力学第二定律

1.定义：在物理学中，反映宏观自然过程的力囱性的定律.

2.热力学第二定律的克劳修斯表述：

热量不能破地从低温物体传到面温物体.阐述的是传热的左包性.

3.热力学第二定律的开尔文表述：

(1)热机

①热机工作的两个阶段：第一个阶段是燃烧燃料，把燃料中的化潍变成工作物质的内能；第二个阶段是工作物质

对外做功,把自己的内能变成机感能一

②热机用于做功的热量一定狂它从高温热库吸收的热量，即华Q

(2)热力学第二定律的开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功,而不产生其他影响.(该表述阐

述了机械能与内能转化的方向性).

4.热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是剑t的.(选填“等价”或“不等价”)

知识点2、能源是有限的

1.能源：具有而品质的容易利用的储能物质.

2.能量耗散：使用的能源转化成内能分散在环境中不能自动聚集起来驱动机器做功，这样的转化过程叫作“能量

耗散”.

3.能源的使用过程中虽然能的总量保持不变，但能量的品质下降了，能遍减少了.

技巧归纳一：自然过程的方向性

(1)热传导具有方向性

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，而低温物体不可能自发地将热量传给高

温物体，要实现低温物体向高温物体传递热量，必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起其他变化.

(2)气体的扩散现象具有方向性

两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为均匀的混合气体，但这种均匀的混合气体，决不会自发地分开，成

为两种不同的气体.

(3)机械能和内能的转化过程具有方向性

物体在地面上运动，因摩擦而逐渐停止下来，但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后，在地面上重新运动

起来.

(4)气体向真空膨胀具有方向性

气体可自发地向真空容器内膨胀，但绝不可能出现气体自发地从容器中流出，使容器内变为真空.

2

2.在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产生其他影响”“单一热库”“不可能”的含义

(1)“自发地”是指热量从高温物体“白发地”传给低温物体的方向性.在传递过程中不会对其他物体产生影响或

借助其他物体提供能量等.

(2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影

响.如吸热、放热、做功等.

(3)“单一热库”：指温度均匀并且恒定不变的系统.若一系统各部分温度不相同或者温度不稳定，则构成机器的工

作物质可以在不同温度的两部分之间工作，从而可以对外做功.据报道，有些国家已在研究利用海水上下温度不同

来发电.

(4)“不可能”：实际上热机或制冷机系统循环时，除了从单一热库吸收热量对外做功，以及热量从低温热库传到高

温热库以外，过程所产生的其他一切影响，不论用任何的办法都不可能加以消除.

技巧归纳二、热力学第一定律和热力学第二定律的比较

1.两定律的比较

热力学第一定律热力学第二定律

是能量守恒定律在热力学中的表现，否定是关于在有限空间和时间内，一切和热现

区别了创造能量和消灭能量的可能性,从而否象有关的物理过程、化学过程具有不可逆

定了第一类永动机性的经验总结，从而否定了第二类永动机

两定律分别从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律，二者既相互

联系

独立，又相互补充，都是热力学的理论基础

2.两类永动机的比较

第一类永动机第二类永动机

不消耗任何能量，可以不断做功(或只将内能全部转化为机械能,而不引起其

设计要求给予很少的能量启动后，可以永远运动他变化(或只有•个热库，实现内能向

下去)机械能的转化)

不可能制

违背了能量守恒定律违背了热力学第二定律

成的原因

►举一反三

3

题型一：能量守恒第一类永动机

【典例1].（23-24高三上,天津北辰•开学考试）下列关于能量守恒定律的认识，不正确的是（)

A.石子从空中落下，最后停止在地面上，说明石子的能量消失了

B.对物体做功，物体的内能可能减小

C.某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加

D.某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加

【变式1].（25-26高二下•全国,课后作业）冲击摆实验装置如图所示，一水平飞行的子弹射入沙箱后与沙箱合为一

体，共同摆起一定高度，在此过程中下列有关能量转化的说法正确的是（）

A.子弹的动能转变成沙箱和子弹的内能

B.子弹的动能转变成沙箱和子弹的重力势能

C.子弹的动能转变成沙箱和子弹的动能

D.子弹的动能一部分转变成沙箱和了•弹的内能，另一-部分转变为沙箱和子弹的机械能

【变式2】..（25.26高二下•全国•课堂例题）永动机是不可能制成的，这是因为（）

A.不符合机械能守恒定律B.做功产生的热量不符合热功当量

C.违背了热力学第一定律D.找不到合适的材料和合理的设计方案

【变式3】..（23-24高二下•全国•课后作业）如图所示，这是中国传统玩具饮水鸟。在鸟的面前放上一杯水，用手

把鸟嘴浸到水里，小鸟“喝”了一口后，又直立起来。之后，无需人的干预，小鸟直立一会儿就会自己俯下身去使鸟

嘴浸入水中“喝”7k然后又会直立起来。就这样周而复始，小鸟不停地点头“喝”水，则下列说法正确的是（）

A.饮水鸟上下运动的能量来源于周围空气的内能

B.水杯中的水干了之后，小鸟还能点头“喝”水

C.这种玩具饮水鸟是一架永动机

D.此现象违背了热力学第•定律

4

题型二：热力学第二定律的两种表述

【典例2].（24-25高二下•辽宁•阶段练习）某科技馆展示了一款新型节能空调。该空调制冷时，通过压缩机做功消

耗电能，将热量从室内传递到温度更高的室外环境。在此过程中，部分电能转化为压缩机的机械能。下列判断正确

的是（）

A.热量从低温环境传递到高温环境的过程可以自发进行，无需外界干预

B.空调工作时，室内与外界组成的系统总端可能保持不变

C.通过压缩机做功使热量从低温环境传至高温环境的过程，不违反热力学第二定律

D.部分电能转化为机械能，说明能量转化不具有方向性

【变式1].（24-25高二下•江苏连云港•期末）下列哪种现象违背热力学第二定律（）

A.一杯热茶自然放置，慢慢变凉

B.桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥、水自动分离

C.一滴红色颜料滴进一杯清水中，整杯水将均匀地变红

D.蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能，效率达100%

【变式2].（24-25高二下•甘肃庆阳•期末）对于热力学第二定律的理解，下列说法正确的是（）

A.凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递过程中，热量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.机械能可以全部转化为内能，但内能无法全部用来转化成机械能而不引起其他变化

C.在任何自然过程中，一个孤立系统的总端会越来越小

D.第一类永动机违反了热力学第二定律

【变式3].（24-25高二下呐蒙古赤峰•期中）下列说法正确的是（）

A.第一类永动机不可能制成是因为其违反了能量守恒定律

B.热量不可以从低温物体向高温物体传递

C.科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机

D.对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少，形成能源危机

题型三：第二类永动机问题

【典例3】..（25-26高二下•全国•课后作业）下列关于第二类永动机的说法，正确的是（）

5

A.第二类永动机不可能制成，因为违反了能量守恒定律

B.第二类永动机不可能制成，因为机械能和内能的转化过程具有方向性

C.第二类永动机不可能制成，因为同时违反了能量守恒定律和热力学第二定律

D.第二类永动机不可能制成，因为没有足够精细的制作工艺

【变式11.（24-25高二下•云南昆明•阶段练习）能源是当今社会快速发展面临的一大难题。由此，人们想到了永

动机，关于第二类永动机，4名同学各有以下观点。

甲：第二类永动机违反了能量守恒定律，因此不可能制造成功。

乙：第二类永动机不违反能量守恒定律，之所以还没制造成功，是因为科技还不够先进。

W：只要没有摩擦、漏气因素导致的能量损失，第二类永动机就有可能制造成功。

T：内能与机械能之间的转化具有方向性才是第二类永动机不可能制成的原因。

你认为以上观点正确的是（）

A.甲B.乙C.丙D.丁

【变式2】..（24-25高二下•全国•课后作业）关于对永动机的认识，下列说法正确的是（）

A.随着科技的不断发展，永动机是可以制成的

B.永动机指的是在摩擦力趋于零的条件下一直运动的机器，它不需要对外做功

C.两类永动机的实质和工作原理是相同的，都是人们的美好设想，是永远不会实现的

D.虽然第二类永动机不违反能量守恒定律，但仍不可制成

【变式3].（23-24高二下•河北•期中）有人设想用降低海水温度的方法就可以得到大量的能量，相当于一个很好的

永动机，关于这样的永动机，下列说法中正确的是（）

A.这样做可以成功，因为它符合能量守恒定律

B.这样做不能成功，因为它违反热力学第一定律

C.这样做可以成功，因为它符合热力学第二定律

D.这样做不能成功，因为它违反热力学第二定律

题型四：烯和烯的增加原理

[典例4].（23-24高一下•全国•课后作业）下列关于热力学第一定律微观意义的说法正确的是（）

A.从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律

B.一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行

C.有的自然过程向着分子热运动无序性增大的方向进行，有的自然过程沿着分子热运动无序性减小的方向进

行

D.在自然过程中，一个孤立系统的总端可能减小

【变式1】.（2024•江苏南通•三模）如图所示，两个相通的容器P、Q间装有阀门K,P中充满气体，Q为真空，整

6

个系统与外界没有热交换。打开阀门K后，P中的气体进入Q中，最终达到平衡，则（）

B.容器中气体分子的平均动能增加

C.容器中气体分子的数密度减小

D.Q中的气体能自发地全部退回到P中去

【变式2].（23-24高二上•福建莆田•课后作业）对于孤立体系中发生的实际过程，下列说法中正确的是（）

A.系统的总烯只能减小，不可能增加

B.系统的总端可能增大，可能不变，还可能减小

C.系统逐渐从比较有序的状态向更无序的状态发展

D.系统逐渐从比较无序的状态向更加有序的状态发展

【变式3】..（22.23高二下•吉林长春,期中）对热力学第二定律理解，正确的是（）

A.热力学第二定律是从另一个侧面阐述能量守恒定律

B.若消除热机的漏气、摩擦和热量损耗，热机效率可以达到ICO%

C.第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不能全部转化为机械能

D.牖是系统内分子运动无序性的量度，一个孤立系统总是从端小的状态向端大的状态发展

题型五：热力学三大定律区别与联系

【典例5].（25-26高二下•全国•课后作业）关于热力学定律，下列说法正确的是（）

A.气体吸热后温度一定升高

B.对气体做功是改变其内能的唯一方式

C.理想气体等压膨胀过程一定放热

D.热量不可能自发地从低温物体传到高温物体

【变式11（25-26高二下•全国•课后作业）关于热力学定律，下列说法正确的是（）

A.对某物体做功,必定会使该物体的内能增加

B.质量■•定的某种理想气体吸收热量后温度一定升高

C.不可能使热量从低温物体传向高温物体

D.功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程

【变式2].（24-25高二下•江苏徐州•阶段练习）根据热力学定律，下列说法错误的是（）

A.电冰箱的工作表明，热量可以从低温物体向高温物体传递

7

B.第一类永动机不可能制成，是因为其违背了热力学第一定律；第二类永动机不可能制成，是因为其违背了

热力学第二定律

C.科技的不断进步使得人类有可能生产出从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化的热机

D.即使没有漏气、摩擦、不必要的散热等损失，热机也不可以把燃料产生的内能全部转化为机械能

【变式3].（24-25高二下•江苏南京・期末）在热学中，下列说法正确的是（）

A.热力学第二定律告诉我们：机械能可以转化为内能，而内能不能转化为机械能

B.热量只能从高温物体传向低温物体，而不能从低温物体传向高温物体

C.第一类永动机不可制成是由于它违背了能量守恒定律

D.第二类永动机不可制成是由于它违背了能量守恒定律

♦双基达标

一、单选题

I.（24-25高二下•四川绵阳•阶段练习）关于热力学定律，下列说法正确的是（）

A.当墨水均匀扩散到整杯清水后，经过足够长的时间，墨水和清水会自动分开

B.因为能量守恒，随着科技的发展，能量可以循环利用，从而可以解决能源危机问题

C.系统A和系统B之间达到热平衡后，它们的温度不一定相同

D.热量可能从低温物体传到高温物体

2.（25-26高二下•全国•课后作业）一物体先后经过几个不同的物理过程，其温度均从十升而到石，则在这些过程

中（）

A.物体一定从外界吸收热量

B.物体与外界交换的热量都相等

C.外界对物体所做的功均相等

D.物体内分子动能的平均值增加量都相等

3.（25-26高二下•全国•课后作业）下列说法正确的是（）

A.条形磁体卜.落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生了感应电流，说明电能是可.以被创造的

B.太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能最，但照射到宇宙空间的能审都消失了

C.”既要马儿跑，又让马儿不吃草''违背了能量守恒定律，因而是不可能的

D.有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量是可以凭空产生的

4.（2026•内蒙古包头•一模）热泵空调被广泛视为缓解电动汽车冬季续航焦虑的关键技术之一，其核心原理是通过“逆

8

卡诺循环”实现热量的搬运，它能在冬季从低温环境中提取热量送入车厢，能效比（制热量与耗电量之比）在2.0〜4.5

之间，可提升续航2（）〜3（）km。关于热泵空调，下列说法正确的是（）

A.其工作过程违背了热力学第二定律

B.制热循环中，其向车厢放出的热量全部来自消耗的电能

C.在绝热压缩过程中，压缩机对制冷剂（视为理想气体）做功，可使其升压升温

D.当制冷剂温度升高时，组成它的所有分子的热运动速率都增大

5.（2526高二下•全国•课后作业）下列关于热现象的描述正确的是（）

A.做功和传热都是通过能量转化的方式改变系统内能的

B.温度是描述热运动的物理量，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同

C.物体由大量分子组成，其单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动也是无规则的

D.空调机作为制冷机使用时，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，所以制冷机的工作不遵守热力

学第二定律

6.（25・26高三上•广东清远•期中）下列说法正确的是（）

A.一定质量的零摄氏度的水结成同温度的冰，分子热运动的平均动能变小

B.一定质量的气体体积变大一定对外做功

C.无论科技如何发达，降温技术有多么高明，绝对零度都不可能真正达到

D.随着温度的升高，物质的每个分子热运动剧烈程度都在加剧

7.（25-26高三上•天津宁河•阶段练习）根据你所学的热学知识，下列说法中正确的是（）

A.在热机中，燃气的内能不可能全部转化为机械能

B.根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体

C.理想气体吸收热量后，温度一定升高

D.物体放出热量，同时对外做功，其内能可能不变

8.（2024・江苏•模拟预测）关于热现象的认识，下列说法正确的是（）

A.热量不可能从低温物体传递到高温物体

B.晶体在熔化时温度不变,说明晶体在熔化过程中内能不变

C.液晶像液体•样具有流动性，而其光学性质和单晶体相似，具有各向异性

D.密闭容器内一定质量的理想气体，若压强不变，温度升高，器壁单位面枳受到气体分子碰撞的平均作用力

变大

9.（24-25高二下•黑龙江绥化•期末）关于热现象、热力学定律，下列说法不正确的是（）

9

A.一定质量的理想气体的温度升高其内能一定增加

B.扩散现象和布朗运动都表明分子在不停地做无规则运动

C.气体压强是气体分子间斥力的宏观表现

D.热量不可能自发地从低温物体传到高温物体

10.（2025•安徽安庆・模拟预测）一物理实验爱好者用形状记忆合金研究“永动机”。形状记忆合金具有形状记忆效应，

以记忆合金制成的弹簧为例，把这种弹簧放在热水中，弹簧的长度立即伸长，再放到冷水中，它会立即恢复原状。

如图所示，“永动机”转轮由九根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片。轻推转轮后，进入

热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动，离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动。下列说

A.转轮转动的过程中克服阻力做功，要维持转轮转动需要外力做功

B.转轮转动的能量来自热水

C.转动的叶片不断搅动热水过程，水温升高

D.转轮的叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量

一、多选题

11.（25-26高二下•浙江•开学考试）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.热量可以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最守恒定律

D.不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功

12.（25-26高二下•全国•课后作业）美于热力学第二定律，下列说法正确的是（）

A.热量能够自发地从高温物体传到低温物体

B.不可能使热量从低温物体传向高温物体

C.从单•热库吸收热量，可以使之完全变成功

D.气体向真空自由膨胀的过程是不可逆过程

10

13.（25-26高二上•全国•课后作业）下列关于能量转化的说法中，正确的是（）

A.能量在转化过程中，有一部分能量转化为周围环境中的内能，我们很难把这些内能收集起来重新利用

B.各种形式的能量在转化时，总能量是不变的

C.在能源的利用过程中，能量的总量并未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成了不便于利

用的

D.各种能量在不转化时是守恒的，但在转化时是不守恒的

14.（25-26高二下•全国•课后作业）下列说法正确的是（）

A.热量不可以从低温物体传给高温物体

B.第一类永动机违背了能量守恒定律

C.机械能可以自发地全部转化为内能，内能也可以全部转化为机械能而不引起其他变化

D.第二类永动机是不能制造出来的，尽管它不违反能量守恒定律，但它违反了热力学第二定律

15.（25-26高二下•全国•课后作业）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.电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界