第12.3节 能量转化的方向性-【帮课堂】2024-2025学年高二物理同步学与练（沪科版2020上海选择性必修第三册）

第十二章 热力学定律 12.3 能量转化的方向性 课程标准 1. 了解自然界自发热过程的方向性。 2. 了解热力学第二定律的内容及其两种表述方式。 3. 了解能量的耗散和退降。 物理素养 物理观念：建立热力学第二定律，即物理过程具有方向性的物理观念。 科学思维：物理过程的方向性问题是热力学统计规律的反映。 科学探究：查阅资料，第二类永动机能否制成？ 科学态度与责任：理解科学发现来源于社会生产实践、并运动到社会生产中的密切联系，建立正确的科学观。 一、热力学第二定律 1．自发过程的方向性 (1)问题：在自然界发生的一切过程中能量都是守恒的，一个导致能量创生或消失的过程是不可能出现的。但符合能量守恒定律的宏观过程都能自发地进行吗？ (2)自发热现象： 热传递：从高温到低温； 气体膨胀：体积由小到大 扩散：密度由密到疏； 摩擦生热：做功转化为热 (3)凡是涉及热现象的自发过程，都有特定的方向性。而相反的过程，即使不违背能量守恒定律，也不会自发地进行。这就是说，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 (4)本质上，自发的热现象是从有序到无序的过程。 用熵来表示无序程度，即热现象过程都是熵增加的过程。 2． 热力学第二定律内容 反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律。 (1) 克劳修斯表述：不可能把热量从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化。 制冷机工作原理 Q1=Q2+W Q1：向高温热库放出的热量 W：外界所做的功 Q2：从低温热库吸收的热量 克劳修斯表述阐述的是传热的方向性：两个温度不同的物体相互接触时，热量可以自发地从高温物体传向低温物体。强调了“在不引起其它的变化的条件下，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体” 要实现相反方向的过程，必须借助外界的做功，因而产生其它影响或引起其它变化。 (2) 开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化。 热机工作原理 Q1=Q2+W Q1：从高温热库吸收的热量 W：对外界所做的功 Q2：向低温热库散发的热量 机械能与内能转化的方向性：机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部转换为机械能。 “不可能从单一热库吸收热量”的意义：不仅要从一个热库吸热，而且一定会向另一个热库放热。 (3) 第二类永动机 如果一台热机，效率为： ，热机从热源吸取的热量Q1全部变成功W，即Q2＝0，该机器唯一的结果就是从单一热源吸取热量全部变成功而不产生其它影响。此时热机的效率η＝1(100%)。 η＝1的热机称为第二类永动机。 开尔文表述也可以表述为：第二类永动机是不可能制造成功的。 (4)热力学第二定律是一个统计规律。 这个规律是由大量分子无规则运动所具有的统计规律所决定的。 热力学第二定律只适用于大量分子构成的系统，不适用于单个分子或少量分子构成的系统。 例1. 判断正误。 (1). 随着科技的进步，所有符合能量守恒定律的宏观过程都能发生。（ ） (2). 一切与热现象有关的宏观自然过程都是可逆的。（ ） (3). 气体向真空的自由膨胀是可逆的。（ ） (4). 机械能可以全部转化为内能，但内能无法全部用来做功而转化成机械能且不产生其他影响。（ ） (5). 机械能全部转化为内能是不可能的。（ ） (6). 从单一热源吸收的热量全部变成功是不可能的。（ ） (7). 一定质量的理想气体在等温膨胀过程中吸收的热量等于对外做的功，并不违反热力学第二定律。（ ） (8). 空调既能制热也能制冷，说明热量能够从低温物体传到高温物体。（ ） 【答案】(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)× (7)√ (8)√ 二、能量的耗散和退降 1．能量耗散： 能量耗散是指其他形式的能转化为内能，最终流散在周围环境中无法重新收集并加以利用的现象，能够重新收集并加以利用的不能称为能量耗散。 例如，汽车行驶时，汽油在汽缸中燃烧，高温气体的部分内能转化为驱动汽车行驶的机械能，但同时，另一部分内能被汽车排气管排出的废气带走，这部分内能就很难再被利用，即能量耗散。 机械运动总伴随摩擦力，克服摩擦力产生内能，而这部分内部也不能再被利用做功。 因此，物理过程中，一部分其它形式能转化为内能，而且不能再利用，都可称为能量耗散。 2．能量退降： 指自然界发生的各种变化中，能量的总值虽然保持不变，但是能量可被利用的价值却越来越小。 例如，机械能可以完全转化为内能而不引起其他变化，但内能却不能完全转化为机械能而不引起其他变化。所以，从机械能转化为内能时能量退降，也称能量品质的退降。 能量退降是自然界中的宏观过程方向性的体现，是热力学第二定律的必然结果。 煤炭、石油、天然气等能源被利用时，由于能量退降，可被利用的价值减少，所以我们要节约能源。 3．自然界的任何物理过程，比如，光能转化为电能，电能转化为机械能，都同时发生能量的耗散和退降。 例2. 下列哪个现象属于能量耗散（ ） A.利用水流发电变成电能 B.电能通过灯泡中的电阻丝转化为光能 C.电池的化学能转化为电能 D.火炉把房子烤暖 【答案】D 【解析】电能、光能都可以重新收集并加以利用，如用光作为能源的手表等，只有当用电灯照明时的光能被墙壁吸收之后变为周围环境的内能，才无法重新吸收并加以利用，但本题没有告诉光能用来做什么，故不能算能量耗散，只有火炉把房子烤暖后使燃料的化学能转化成内能并流散在周围的环境中，无法重新收集并加以利用，才是能量耗散。故D正确。 题型01 热力学第二定律的理解 例3.（24-25高二上·上海·阶段练习）（多选）根据能量转化和转移的方向性，下列判断正确的是（　　） A．电流的电能不可能全部转化为内能 B．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部转化为电能 C．热机中，燃气的内能不可能完全转化为机械能 D．能量不能被创造或被消灭 【答案】BCD 【详解】ABC．根据能量转化和转移的方向性可知，凡是与热现象有关的宏观过程都具有方向性，电流的电能可全部转化为内能（由电流热效应中的焦耳定律可知），而内能不可能全部转化为电能而不引起其他变化；机械能可全部转化成内能，而内能不可能全部转化成机械能而不引起其他变化；A错误，BC正确； D．根据能量守恒定律可知，能量不能被创造或被消灭，D正确。 故选BCD。 1．（24-25高二上·上海·开学考试）（多选）下列哪些现象的逆过程并不违反能量守恒定律，却从未能自发地发生（　 ） A．热传递 B．气体膨胀 C．分子扩散 D．摩擦生热 【答案】ACD 【详解】热传递、分子扩散和摩擦生热的逆过程并不违反能量守恒定律，但逆过程不能自发地发生；气体自由膨胀的过程是不可逆过程，但如果气体是在外界作用下的膨胀，则是可逆过程。 故选ACD。 2．（24-25高二上·上海·开学考试）（多选）关于能量守恒定律与能源，下面说法正确的是（    ） A．人骑自行车是将生物质能转化为机械能 B．太阳能的利用一般为光电转换 C．只要有能量转移和转化，就一定遵从能量守恒定律 D．生物质能属于可再生能源，风能属于不可再生能源 【答案】AC 【详解】A．人骑自行车是将生物质能转化为机械能，故A正确； B．太阳能的利用有：光热转换，这种方法通过各种集热器捕获太阳能，并将收集到的热能用于供暖、热水或其他热能需求的服务；光电转换，利用太阳能电池板或光电效应，将太阳能直接转换成电能，供家庭、商业或工业使用；光化转换，首先，太阳能被转换成化学能，存储在燃料（如氢气或生物燃料）中，随后，这些燃料再被转换成电能或其他形式的能量，以供利用，故B错误； C．能量守恒定律是自然界中普遍存在的规律，只要有能量转移和转化，就一定遵从能量守恒定律，C正确； D．生物质能和风能都属于可再生能源，故D错误。 故选AC。 3．关于能源与可持续发展，下列说法正确的是（ ） A．篮球从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了 B．大量使用天然气作燃料符合“低碳生活”理念 C．随着科技的发展，永动机是可以制成的 D．在火力发电中，燃气的内能不可能全部转变为电能 【答案】D 【解析】A．因为有摩擦和空气阻力，篮球机械能转化为了周围其它物体的内能，能量没有消失，A错误； B．因天然气主要成分是甲烷。完全燃烧，其燃烧时生成二氧化碳和水；不完全燃烧生成一氧化碳和水，因此大量使用天然气作燃料不符合“低碳生活”理念，B错误； C．永动机，是违背了能量的转化和守恒定律，永动机是不可以制成的，C错误； D．由热力学第二定律可知，任何机械都有效率的问题，因此燃气的内能不可能全部转变为电能，D正确。 4．（多选）下列宏观过程能用热力学第二定律解释的是（　　） A．大米和小米混合后小米能自发地填充到大米空隙中而经过一段时间大米、小米不会自动分开 B．将一滴红墨水滴入一杯清水中，会均匀扩散到整杯水中，经过一段时间，墨水和清水不会自动分开 C．冬季的夜晚，放在室外的物体随气温的降低，内能不会自发地转化为机械能而动起来 D．随着节能减排措施的不断完善，最终也不会使汽车热机的效率达到100% 【答案】BCD 【解析】A．大米和小米混合的现象与温度无关，不是热现象，不能用热力学第二定律解释，A错误； B．将一滴红墨水滴入一杯清水中，会均匀扩散到整杯水中，经过一段时间，墨水和清水不会自动分开，温度越高，分子运动越激烈，扩散越快，根据热力学第二定律，墨水和清水不会自动分开，B正确； C．冬季的夜晚，放在室外的物体随气温的降低，物体的内能减少，根据热力学第二定律，内能不会自发地转化为机械能而动起来，C正确； D．即使节能减排措施的不断完善，由热力学第二定律，最终也不会使汽车热机的效率达到100%，D正确。 5． 电冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气，这说明了（　　） A．热量能自发地从低温物体传到高温物体 B．热量不可以从低温物体传到高温物体 C．热量的传递过程不具有方向性 D．在自发的条件下热量的传递过程具有方向性 【答案】D 【解析】一切与热现象有关的自发过程都有方向性，如热传导，热量总是由高温物体自发地传向低温物体；但在一定条件下，热量可以从低温物体传向高温物体，电冰箱就是借助外界做功把热量从低温物体传向高温物体。故ABC错误，D正确。 6．2022年4月16日，“太空出差三人组”终于回家了，天宫一号是中国第一个空间实验室，航天员在完全失重的情况下做实验，下列说法正确的有（　　） A．王亚平挤出的小水滴在天宫一号内漂浮，小水滴的运动是布朗运动 B．完全失重的情况下，密封瓶里的理想气体对容器壁没有作用力 C．密封瓶里的理想气体在等温变化的过程中，内能一定不变 D．完全失重的情况下，热量不可能从低温物体传递到高温物体 【答案】C 【解析】A．布朗运动是微粒在液体或气体分子撞击作用下的无规则运动，反映了液体或气体分子的无规则运动，小水滴在天宫一号内漂浮是由于完全失重状态下的运动情景，不是布朗运动，A错误； B．完全失重的情况下，密封瓶里的理想气体仍然在做无规则的热运动，即对容器壁仍然有撞击的作用力，其它压强不是由于气体重力导致，B错误； C．理想气体的内能由温度决定，在等温变化的过程中，内能一定不变，C正确； D．热量不可能从低温物体传递到高温物体而不引起其它变化，但当有外界影响时，热量能够从低温物体传递到高温物体，与失重无关，D错误。 7．下列现象中，符合能量转化守恒定律但违反热力学第二定律的是（　　） A．电冰箱通电后能把箱内低温物体的热量传到箱外的高温物体 B．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能 C．人类开发了潮汐发电技术，所获得的电能是由海水的机械能转化来的 D．一杯热茶自然放置，茶水会慢慢冷却 【答案】B 【解析】A．电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体，此过程中消耗了电能，所以不违背热力学第二定律，A正确； B．蒸汽机，不可能把蒸汽的内能全部转化为机械能，违背了热力学第二定律，不能发生，B错误； C．潮汐发电技术所获得的电能是由海水的机械能转化来的，不违背热力学第二定律，C正确； D．热传递自发的从高温物体传到低温物体，不违背热力学第二定律，D正确。 8．（多选）我国航天员漫步太空已成为现实。飞船在航天员出舱前先要“减压”，在航天员从太空返回进入航天器后要“升压”，因此将此设施专门做成了飞船的一个舱，叫“气闸舱”，其原理如图所示。两个相通的舱A、B间装有阀门K。指令舱A中充满气体，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。若将此气体近似看成理想气体，则（ ） A．气体体积膨胀，对外做功 B．气体分子势能减小，内能增加 C．气体体积变大，温度不变 D．B中气体不可能自发地全部退回到A中 【答案】CD 【解析】A．当阀门K被打开时，A中的气体进入B中，由于B中为真空，所以气体体积膨胀，对外不做功，故A错误； BC．又因为系统与外界无热交换，所以气体内能不变，则气体的温度也不变，B错误，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中气体不能自发地全部退回到A中，故D正确。 9． 下列关于能量转换过程的叙述，违背热力学第一定律的有_______，不违背热力学第一定律、但违背热力学第二定律的有_______。（填正确答案标号） 　A．汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热 　B．冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低 　C．某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，而不产生其他影响 　D．冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内 【答案】B C 【解析】A．燃烧汽油产生的内能一方面向机械能转化，同时热传递向空气转移。既不违背热力学第一定律，也不违背热力学第二定律； B．冷水倒入保温杯后，没有对外做功，同时也没有热传递，内能不可能减少，故违背热力学第一定律； C．某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，必然产生其他影响故违背热力学第二定律； D．制冷机消耗电能工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内，发生了内能的转移，同时对外界产生了影响。既不违背热力学第一定律，也不违背热力学第二定律。 10．国家速滑馆（又名“冰丝带”）是北京2022年冬奥会冰上运动的主场馆，为确保运动项目的顺利完成，需要对场馆内降温。若将场馆内的空气看成理想气体，已知降温前场馆内、外的温度均为，降温后场馆内温度为，该过程中场馆内气体压强不变。以下说法正确的是（　　） 　A．场馆内空气分子平均动能不变 　B．场馆内所有空气分子的分子动能都减小 　C．场馆内热量是由场馆内自发传递到场馆外的 　D．场馆内部单位时间内空气分子与冰面碰撞次数增多 【答案】D 【解析】 AB．场馆内温度降低，场馆内空气分子平均动能减小，但并非所有空气分子的分子动能都减小，AB错误； C．根据热力学第二定律可知，场馆内热量是不可能由场馆内自发传递到场馆外的，C错误； D．场馆内温度降低，场馆内空气分子平均动能减小，单个分子对冰面的撞击作用力变小，由于场馆内气体压强不变，根据气体压强微观意义可知，场馆内部单位时间内空气分子与冰面碰撞次数增多，D正确。 11. 下列过程中可能发生的是（ ） A. 某种物质从高温热源吸收20 kJ的热量，全部转化为机械能，而没有产生其他任何影响 B. 打开一高压密闭容器，其内气体自发溢出后又自发跑进去，恢复原状 C. 利用一些手段，使低温物体温度更低，高温物体的温度更高 D. 将两瓶不同液体混合，待扩散后它们又自发地完全分开 【答案】C 【解析】内能完全转化为机械能不可能自发地进行，必定要引起其他变化，A错误； 气体膨胀具有方向性，B错误； 热量不可能从低温物体自发地传递给高温物体，但通过一些手段是可以实现C项所述过程的，C正确； 扩散现象具有方向性，D错误。 12.（多选）用两种不同的金属丝组成一个回路，接触点1插在热水中，接触点2插在冷水中，如图所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象。关于这一现象，正确的说法是（ ） A.这一实验过程不违反热力学第二定律 B.在实验过程中，热水一定降温，冷水一定升温 C.在实验过程中，热水内能全部转化成电能，电能则部分转化成冷水的内能 D.在实验过程中，热水的内能只有部分转化成电能，电能则全部转化成冷水的内能 【答案】AB 【解析】温差发电现象中产生了电能是因为热水中的内能减少，一部分转化为电能，一部分散失在环境中，转化效率低于100%，不违反热力学第二定律，热水温度降低，冷水温度升高，电流计导线也会消耗电能，故A、B正确，C、D错误。 13．下列说法正确的是（ ） A.对物体做功不可能使物体的温度升高 B.一个由不导热的材料做成的容器，被不导热的隔板分成甲、乙两室，甲室中装有一定质量的温度为T的气体，乙室为真空，如图所示，提起隔板，让甲室中的气体进入乙室，若气体的内能只与温度有关，则提起隔板后当气体重新达到平衡时，其温度仍为T C.空调作为制冷机使用时，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，所以空调的工作是不遵循热力学第二定律的 D.从单一热源吸收热量，使之全部变成有用的机械能是不可能的 【答案】B 【解析】对物体做功可能使物体的内能增加，温度升高，A错误； 提起隔板后，气体向真空自由膨胀，不对外做功，W=0，且Q=0，则内能不变，温度不变，仍为T，B正确；在一定条件下，热量可以由低温物体传到高温物体，但引起了其他变化，所以制冷机的工作遵循热力学第二定律，C错误； 从单一热源吸热，并使之全部变成有用的机械能是可能的，必定引起其他变化，D错误。 14．“二氧化碳跨临界直冷制冰”是北京冬奥会的“中国方案”，图中国家速滑馆5000m2的冰而全由它制成，冰面温差可控制在±0.5°C以内。其制冰过程可简化为图中的循环过程，其中横轴为温度T，纵轴为压强p；过程A→B：一定量的二氧化碳在压缩机的作用下变为高温高压的超临界态（一种介于液态和气态之间，分子间有强烈相互作用的特殊状态）；过程B→C：二氧化碳在冷凝器中经历一恒压过程向外故热而变成高压液体；过程C→D：二氧化碳进入蒸发器中蒸发，进而使与蒸发器接触的水降温面凝固；过程D→A；二氧化碳经历一恒压过程回到初始状态。下列说法正确的是（　　） A．过程A→B中，每个二氧化碳分子的动能都将增大 B．过程B→C中，二氧化碳始终遵循理想气体的实验定律 C．过程D→A中，若二氧化碳可看作理想气体，则该过程中二氧化碳将吸热 D．整个循环过程中，热量从低温水向高温二氧化碳传递，违反热力学第二定律 【答案】C 【解析】A．过程A→B中，温度升高，二氧化碳分子的平均动能将增大，但不是每个二氧化碳分子的动能都将增大，A错误； B．过程B→C中，二氧化碳在C是液态，不是气体，不符合理想气体实验定律的条件，B错误； C．过程D→A中，若二氧化碳可看作理想气体，压强不变，温度升高，体积增大，因温度升高，故二氧化碳的内能增大，又由于体积增大，二氧化碳对外做功，所以该过程中二氧化碳将吸热，C正确； D．整个循环过程中，热量从低温水向高温二氧化碳传递，该过程引起了其它的变化，所以不违反热力学第二定律，D错误。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第十二章 热力学定律 12.3 能量转化的方向性 课程标准 1. 了解自然界自发热过程的方向性。 2. 了解热力学第二定律的内容及其两种表述方式。 3. 了解能量的耗散和退降。 物理素养 物理观念：建立热力学第二定律，即物理过程具有方向性的物理观念。 科学思维：物理过程的方向性问题是热力学统计规律的反映。 科学探究：查阅资料，第二类永动机能否制成？ 科学态度与责任：理解科学发现来源于社会生产实践、并运动到社会生产中的密切联系，建立正确的科学观。 一、热力学第二定律 1．自发过程的方向性 (1)问题：在自然界发生的一切过程中能量都是守恒的，一个导致能量创生或消失的过程是不可能出现的。但符合能量守恒定律的宏观过程都能自发地进行吗？ (2)自发热现象： 热传递：从高温到低温； 气体膨胀：体积由小到大 扩散：密度由密到疏； 摩擦生热：做功转化为热 (3)凡是涉及热现象的自发过程，都有特定的方向性。而相反的过程，即使不违背能量守恒定律，也不会自发地进行。这就是说，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 (4)本质上，自发的热现象是从有序到无序的过程。 用熵来表示无序程度，即热现象过程都是熵增加的过程。 2． 热力学第二定律内容 反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律。 (1) 克劳修斯表述：不可能把热量从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化。 制冷机工作原理 Q1=Q2+W Q1：向高温热库放出的热量 W：外界所做的功 Q2：从低温热库吸收的热量 克劳修斯表述阐述的是传热的方向性：两个温度不同的物体相互接触时，热量可以自发地从高温物体传向低温物体。强调了“在不引起其它的变化的条件下，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体” 要实现相反方向的过程，必须借助外界的做功，因而产生其它影响或引起其它变化。 (2) 开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化。 热机工作原理 Q1=Q2+W Q1：从高温热库吸收的热量 W：对外界所做的功 Q2：向低温热库散发的热量 机械能与内能转化的方向性：机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部转换为机械能。 “不可能从单一热库吸收热量”的意义：不仅要从一个热库吸热，而且一定会向另一个热库放热。 (3) 第二类永动机 如果一台热机，效率为： ，热机从热源吸取的热量Q1全部变成功W，即Q2＝0，该机器唯一的结果就是从单一热源吸取热量全部变成功而不产生其它影响。此时热机的效率η＝1(100%)。 η＝1的热机称为第二类永动机。 开尔文表述也可以表述为：第二类永动机是不可能制造成功的。 (4)热力学第二定律是一个统计规律。 这个规律是由大量分子无规则运动所具有的统计规律所决定的。 热力学第二定律只适用于大量分子构成的系统，不适用于单个分子或少量分子构成的系统。 例1. 判断正误。 (1). 随着科技的进步，所有符合能量守恒定律的宏观过程都能发生。（ ） (2). 一切与热现象有关的宏观自然过程都是可逆的。（ ） (3). 气体向真空的自由膨胀是可逆的。（ ） (4). 机械能可以全部转化为内能，但内能无法全部用来做功而转化成机械能且不产生其他影响。（ ） (5). 机械能全部转化为内能是不可能的。（ ） (6). 从单一热源吸收的热量全部变成功是不可能的。（ ） (7). 一定质量的理想气体在等温膨胀过程中吸收的热量等于对外做的功，并不违反热力学第二定律。（ ） (8). 空调既能制热也能制冷，说明热量能够从低温物体传到高温物体。（ ） 二、能量的耗散和退降 1．能量耗散： 能量耗散是指其他形式的能转化为内能，最终流散在周围环境中无法重新收集并加以利用的现象，能够重新收集并加以利用的不能称为能量耗散。 例如，汽车行驶时，汽油在汽缸中燃烧，高温气体的部分内能转化为驱动汽车行驶的机械能，但同时，另一部分内能被汽车排气管排出的废气带走，这部分内能就很难再被利用，即能量耗散。 机械运动总伴随摩擦力，克服摩擦力产生内能，而这部分内部也不能再被利用做功。 因此，物理过程中，一部分其它形式能转化为内能，而且不能再利用，都可称为能量耗散。 2．能量退降： 指自然界发生的各种变化中，能量的总值虽然保持不变，但是能量可被利用的价值却越来越小。 例如，机械能可以完全转化为内能而不引起其他变化，但内能却不能完全转化为机械能而不引起其他变化。所以，从机械能转化为内能时能量退降，也称能量品质的退降。 能量退降是自然界中的宏观过程方向性的体现，是热力学第二定律的必然结果。 煤炭、石油、天然气等能源被利用时，由于能量退降，可被利用的价值减少，所以我们要节约能源。 3．自然界的任何物理过程，比如，光能转化为电能，电能转化为机械能，都同时发生能量的耗散和退降。 例2. 下列哪个现象属于能量耗散（ ） A.利用水流发电变成电能 B.电能通过灯泡中的电阻丝转化为光能 C.电池的化学能转化为电能 D.火炉把房子烤暖 题型01 热力学第二定律的理解 例3.（24-25高二上·上海·阶段练习）（多选）根据能量转化和转移的方向性，下列判断正确的是（　　） A．电流的电能不可能全部转化为内能 B．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部转化为电能 C．热机中，燃气的内能不可能完全转化为机械能 D．能量不能被创造或被消灭 1．（24-25高二上·上海·开学考试）（多选）下列哪些现象的逆过程并不违反能量守恒定律，却从未能自发地发生（　 ） A．热传递 B．气体膨胀 C．分子扩散 D．摩擦生热 2．（24-25高二上·上海·开学考试）（多选）关于能量守恒定律与能源，下面说法正确的是（    ） A．人骑自行车是将生物质能转化为机械能 B．太阳能的利用一般为光电转换 C．只要有能量转移和转化，就一定遵从能量守恒定律 D．生物质能属于可再生能源，风能属于不可再生能源 3．关于能源与可持续发展，下列说法正确的是（ ） A．篮球从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了 B．大量使用天然气作燃料符合“低碳生活”理念 C．随着科技的发展，永动机是可以制成的 D．在火力发电中，燃气的内能不可能全部转变为电能 4．（多选）下列宏观过程能用热力学第二定律解释的是（　　） A．大米和小米混合后小米能自发地填充到大米空隙中而经过一段时间大米、小米不会自动分开 B．将一滴红墨水滴入一杯清水中，会均匀扩散到整杯水中，经过一段时间，墨水和清水不会自动分开 C．冬季的夜晚，放在室外的物体随气温的降低，内能不会自发地转化为机械能而动起来 D．随着节能减排措施的不断完善，最终也不会使汽车热机的效率达到100% 5． 电冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气，这说明了（　　） A．热量能自发地从低温物体传到高温物体 B．热量不可以从低温物体传到高温物体 C．热量的传递过程不具有方向性 D．在自发的条件下热量的传递过程具有方向性 6．2022年4月16日，“太空出差三人组”终于回家了，天宫一号是中国第一个空间实验室，航天员在完全失重的情况下做实验，下列说法正确的有（　　） A．王亚平挤出的小水滴在天宫一号内漂浮，小水滴的运动是布朗运动 B．完全失重的情况下，密封瓶里的理想气体对容器壁没有作用力 C．密封瓶里的理想气体在等温变化的过程中，内能一定不变 D．完全失重的情况下，热量不可能从低温物体传递到高温物体 7．下列现象中，符合能量转化守恒定律但违反热力学第二定律的是（　　） A．电冰箱通电后能把箱内低温物体的热量传到箱外的高温物体 B．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能 C．人类开发了潮汐发电技术，所获得的电能是由海水的机械能转化来的 D．一杯热茶自然放置，茶水会慢慢冷却 8．（多选）我国航天员漫步太空已成为现实。飞船在航天员出舱前先要“减压”，在航天员从太空返回进入航天器后要“升压”，因此将此设施专门做成了飞船的一个舱，叫“气闸舱”，其原理如图所示。两个相通的舱A、B间装有阀门K。指令舱A中充满气体，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。若将此气体近似看成理想气体，则（ ） A．气体体积膨胀，对外做功 B．气体分子势能减小，内能增加 C．气体体积变大，温度不变 D．B中气体不可能自发地全部退回到A中 9． 下列关于能量转换过程的叙述，违背热力学第一定律的有_______，不违背热力学第一定律、但违背热力学第二定律的有_______。（填正确答案标号） 　A．汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热 　B．冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低 　C．某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，而不产生其他影响 　D．冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内 10．国家速滑馆（又名“冰丝带”）是北京2022年冬奥会冰上运动的主场馆，为确保运动项目的顺利完成，需要对场馆内降温。若将场馆内的空气看成理想气体，已知降温前场馆内、外的温度均为，降温后场馆内温度为，该过程中场馆内气体压强不变。以下说法正确的是（　　） 　A．场馆内空气分子平均动能不变 　B．场馆内所有空气分子的分子动能都减小 　C．场馆内热量是由场馆内自发传递到场馆外的 　D．场馆内部单位时间内空气分子与冰面碰撞次数增多 11. 下列过程中可能发生的是（ ） A. 某种物质从高温热源吸收20 kJ的热量，全部转化为机械能，而没有产生其他任何影响 B. 打开一高压密闭容器，其内气体自发溢出后又自发跑进去，恢复原状 C. 利用一些手段，使低温物体温度更低，高温物体的温度更高 D. 将两瓶不同液体混合，待扩散后它们又自发地完全分开 12.（多选）用两种不同的金属丝组成一个回路，接触点1插在热水中，接触点2插在冷水中，如图所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象。关于这一现象，正确的说法是（ ） A.这一实验过程不违反热力学第二定律 B.在实验过程中，热水一定降温，冷水一定升温 C.在实验过程中，热水内能全部转化成电能，电能则部分转化成冷水的内能 D.在实验过程中，热水的内能只有部分转化成电能，电能则全部转化成冷水的内能 13．下列说法正确的是（ ） A.对物体做功不可能使物体的温度升高 B.一个由不导热的材料做成的容器，被不导热的隔板分成甲、乙两室，甲室中装有一定质量的温度为T的气体，乙室为真空，如图所示，提起隔板，让甲室中的气体进入乙室，若气体的内能只与温度有关，则提起隔板后当气体重新达到平衡时，其温度仍为T C.空调作为制冷机使用时，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，所以空调的工作是不遵循热力学第二定律的 D.从单一热源吸收热量，使之全部变成有用的机械能是不可能的 14．“二氧化碳跨临界直冷制冰”是北京冬奥会的“中国方案”，图中国家速滑馆5000m2的冰而全由它制成，冰面温差可控制在±0.5°C以内。其制冰过程可简化为图中的循环过程，其中横轴为温度T，纵轴为压强p；过程A→B：一定量的二氧化碳在压缩机的作用下变为高温高压的超临界态（一种介于液态和气态之间，分子间有强烈相互作用的特殊状态）；过程B→C：二氧化碳在冷凝器中经历一恒压过程向外故热而变成高压液体；过程C→D：二氧化碳进入蒸发器中蒸发，进而使与蒸发器接触的水降温面凝固；过程D→A；二氧化碳经历一恒压过程回到初始状态。下列说法正确的是（　　） A．过程A→B中，每个二氧化碳分子的动能都将增大 B．过程B→C中，二氧化碳始终遵循理想气体的实验定律 C．过程D→A中，若二氧化碳可看作理想气体，则该过程中二氧化碳将吸热 D．整个循环过程中，热量从低温水向高温二氧化碳传递，违反热力学第二定律 / 学科网（北京）股份有限公司 $$