3.4热力学第二定律-2024-2025学年高二物理同步讲练（人教版2019选择性必修第三册）

3.4 热力学第二定律 （1）通过对自然界中与热现象有关的宏观过程方向性的实例分析，了解归纳热力学第二定律的过程和方法。 （2）能用热力学第二定律解释常见的不可逆过程，即自然界中的能量转化、转移以及方向性问题。 （3）了解能量与能源的区别以及能源的有限性。 一滴红色颜料滴进一杯清水中扩散，整杯水将均匀地变红。从系统的角度来看，扩散之前是一种状态，扩散后是另一种状态。那么，水中扩散后的颜料能否自发地重新聚集在一起，而其余部分又变成清水？ 知识点一、热力学第二定律 1．定义：在物理学中，反映宏观自然过程的方向性的定律 2．热力学第二定律的克劳修斯表述： 热量不能自发地从低温物体传到高温物体．阐述的是传热的方向性． 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，把燃料中的化学能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械能． ②热机用于做功的热量一定小于它从高温热库吸收的热量，即W<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等价的．(选填 “等价”或“不等价”) 知识点二、能源是有限的 1．能源：具有高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，能源减少了． 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．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“自发地”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． 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 区别 是能量守恒定律在热力学中的表现，否定了创造能量和消灭能量的可能性，从而否定了第一类永动机 是关于在有限空间和时间内，一切和热现象有关的物理过程、化学过程具有不可逆性的经验总结，从而否定了第二类永动机 联系 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 设计要求 不消耗任何能量，可以不断做功(或只给予很少的能量启动后，可以永远运动下去) 将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化(或只有一个热库，实现内能向机械能的转化) 不可能制成的原因 违背了能量守恒定律 违背了热力学第二定律 [例题1] 下列说法正确的是（　　） A．能量耗散说明能量在不断减少 B．能量耗散从能量转化角度反映出自然界的宏观过程具有方向性 C．热量不可能从低温物体传给高温物体 D．根据热力学第二定律，在火力发电机中，燃气的内能可以全部转化为电能 [例题2] 下列说法中正确的是（　　） A．电动机是把电能全部转化为机械能的装置 B．热机是将内能全部转化为机械能的装置 C．只要对内燃机不断改进，就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能 D．虽然不同形式的能量可以相互转化，但不可能将已转化成内能的能量全部收集起来加以完全利用 [例题3] 下列说法中正确的是（　　） A．在一房间内，打开冰箱门再接通电源，过一段时间后，室内温度就会降低 B．从目前的理论看来，只要实验设备足够先进，可以使温度降低到﹣273℃ C．在对手机充电的过程中，提供的电能比电池得到的化学能要多 D．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而不引起其他变化 [例题4] （多选）根据热力学第二定律，下列说法中正确的是（　　） A．不可能从单一热源吸热并把它全部用来做功，而不引起其他变化 B．没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机是可以实现的 C．制冷系统将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气而不引起其他变化 D．在火力发电中，燃气的内能不可能全部变成电能 [例题5] 如图所示，一绝热容器被隔板K隔开成a、b两部分。已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空。抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态。则在此过程中（　　） A．气体分子势能减少，内能增加 B．气体对外界做功，内能减少 C．气体压强变小，温度降低 D．b中的气体不可能自发地全部退回到a中 [例题6] 随着世界经济的快速发展，能源短缺问题日益突出，能源成为困扰世界经济发展的重大难题之一。下列有关能量转化的说法正确的是（　　） A．不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化 B．只要对内燃机不断改进，就可以把内燃机得到的内能全部转化为机械能 C．满足能量守恒定律的物理过程都能自发地进行 D．外界对物体做功，物体的内能必然增加 [练习1] （多选）关于热力学定律和分子动理论，下列说法不正确的是（　　） A．我们可以利用高科技手段，将流散到周围环境中的内能重新收集起来加以利用而不引起其他变化 B．利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，这在原理上是可行的 C．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 D．在分子间的作用力作用范围内，分子间的作用力总是随分子间距离的增大而减小 [练习2] 如图，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸。待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气。下列说法错误的是（　　） A．气体自发扩散前后内能相同 B．气体在被压缩的过程中内能增大 C．在自发扩散过程中，气体对外界做功 D．气体在被压缩的过程中，外界对气体做功 [练习3] （多选）图为电冰箱的工作原理示意图．压缩机工作时，强迫致冷剂在冰箱内外的管道中不断循环．在蒸发器中致冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时致冷剂液化，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．电冰箱的致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．电冰箱的工作原理违反热力学第一定律 D．电冰箱的工作原理不违反热力学第二定律 [练习4] 关于热力学定律，下列说法正确的是（　　） A．内燃机可以把燃料产生的内能全部转化为机械能 B．电冰箱的工作过程说明可以将热量自发地从低温物体传递到高温物体 C．第二类永动机违反了能量守恒定律 D．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的 [练习5] （多选）下列关于能量转换过程的叙述，不违背热力学第一定律，但违背热力学第二定律的有（　　） A．压缩气体时气体内能的增加量可能大于外界对气体所做的功 B．气体向真空自由膨胀时不对外做功，不耗散能量，所以该过程是可逆的 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 [练习6] （多选）气闸舱是载人航天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，航天员由太空返回气闸舱时，打开阀门K，A中的气体进入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．气体并没有对外做功，气体内能不变 B．气体体积膨胀，对外做功，内能减小 C．气体体积增大，压强减小，温度减小 D．气体分子单位时间内对座舱A舱壁单位面积的碰撞次数将减少 [练习7] （多选）1986年8月在东京举行的国际物理教学研究会上一位代表对“微观过程可逆而宏观过程不可逆”的现象作了一个形象生动的比喻：一条黑狗生满了跳蚤，另一条黄狗是干净的，两条狗站在一起，跳蚤可以从黑狗身上跳到黄狗身上，也可以从黄狗身上跳到黑狗身上。跳蚤跳来跳去相当于微观过程是可逆的；但最后无论黄狗还是黑狗都不可能是干净的。即从宏观上看，跳蚤从黄狗身上完全跳回黑狗身上使黄狗重新干净这一宏观的逆过程是不可能发生的。通过上述比喻可知，下列选项正确的是（　　） A．这一比喻形象生动地说明了热力学第二定律的方向性 B．气体吸收的热量可以完全转化为功而不产生其他影响 C．热量不可能从低温物体传递到高温物体 D．气体向真空的自由膨胀是不可逆的 [练习8] 热力学第二定律常见的表述方式有两种，其一是：不可能使热量由低温物体传递到高温物体而不引起其它变化；其二是：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其它变化．第一种表述方式可以用如图的示意图来表示，根据你对第二种表述的理解，如果也用类似的示意图来表示，你认为下列示意图中正确的是（　　） A．B． C． D． [练习9] （1）一定质量的理想气体，从外界吸收热量500J，同时对外做功100J，则气体内能变化 　 　J。利用空调将热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外环境，这个过程 　 　（填“是”或“不是”）自发过程。 （2）分子间的作用力跟分子间距离的关系如图1，随着分子间距离由零开始逐渐增大，分子力大小的变化情况为 　 （填“A”“B”或“C”，其中A为“一直减小”，B为“一直增大”，C为“先减小后增大再减小”）；当分子间距离为 　 　（填“r1”或“r2”）时，分子间的吸引力与排斥力大小相等。 （3）一枚在空中飞行的火箭质量为m，（如图2）在某时刻的速度大小为v，方向水平，燃料即将耗尽。此时，火箭突然炸裂成两块，其中质量为的一块沿着与v相反的方向飞去，速度大小为。则炸裂后另一块的速度大小为 　 　。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 3.4 热力学第二定律 （1）通过对自然界中与热现象有关的宏观过程方向性的实例分析，了解归纳热力学第二定律的过程和方法。 （2）能用热力学第二定律解释常见的不可逆过程，即自然界中的能量转化、转移以及方向性问题。 （3）了解能量与能源的区别以及能源的有限性。 一滴红色颜料滴进一杯清水中扩散，整杯水将均匀地变红。从系统的角度来看，扩散之前是一种状态，扩散后是另一种状态。那么，水中扩散后的颜料能否自发地重新聚集在一起，而其余部分又变成清水？ 知识点一、热力学第二定律 1．定义：在物理学中，反映宏观自然过程的方向性的定律 2．热力学第二定律的克劳修斯表述： 热量不能自发地从低温物体传到高温物体．阐述的是传热的方向性． 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，把燃料中的化学能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械能． ②热机用于做功的热量一定小于它从高温热库吸收的热量，即W<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等价的．(选填 “等价”或“不等价”) 知识点二、能源是有限的 1．能源：具有高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，能源减少了． 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．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“自发地”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． 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 区别 是能量守恒定律在热力学中的表现，否定了创造能量和消灭能量的可能性，从而否定了第一类永动机 是关于在有限空间和时间内，一切和热现象有关的物理过程、化学过程具有不可逆性的经验总结，从而否定了第二类永动机 联系 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 设计要求 不消耗任何能量，可以不断做功(或只给予很少的能量启动后，可以永远运动下去) 将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化(或只有一个热库，实现内能向机械能的转化) 不可能制成的原因 违背了能量守恒定律 违背了热力学第二定律 [例题1] 下列说法正确的是（　　） A．能量耗散说明能量在不断减少 B．能量耗散从能量转化角度反映出自然界的宏观过程具有方向性 C．热量不可能从低温物体传给高温物体 D．根据热力学第二定律，在火力发电机中，燃气的内能可以全部转化为电能 【解答】解：A、能量耗散是指能量的可利用率越来越低，由于能量守恒，故能量不会减少，故A错误； B、根据热力学定律可知，与热现象有关的宏观自然过程有其方向性，能量耗散就是从能量的角度反映了这种方向性，故B正确； C、根据热力学第二定律可知，能量转化和转移具有方向性，热量不能自发地从低温物体传给高温物体，但可以借助其他办法实现，故C错误； D、火力发电机发电时，能量转化的过程为化学能﹣﹣内能﹣﹣机械能﹣﹣电能，因为内能﹣﹣机械能的转化过程中会对外放出热量。故燃气的内能必然不能全部变为电能，故D错误。 故选：B。 [例题2] 下列说法中正确的是（　　） A．电动机是把电能全部转化为机械能的装置 B．热机是将内能全部转化为机械能的装置 C．只要对内燃机不断改进，就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能 D．虽然不同形式的能量可以相互转化，但不可能将已转化成内能的能量全部收集起来加以完全利用 【解答】解：A、电动机是把电能转化为机械能的装置，但不能实现全部转化，故A错误。 B、热机是将内能转化为机械能的装置，但不能实现全部转化，故B错误。 C、根据热力学第二定律，内燃机得到的内不能全部转化为机械能，故C错误。 D、虽然不同形式的能量可以相互转化，但不可能将已转化成内能的能量全部收集起来加以完全利用，故D正确。 故选：D。 [例题3] 下列说法中正确的是（　　） A．在一房间内，打开冰箱门再接通电源，过一段时间后，室内温度就会降低 B．从目前的理论看来，只要实验设备足够先进，可以使温度降低到﹣273℃ C．在对手机充电的过程中，提供的电能比电池得到的化学能要多 D．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而不引起其他变化 【解答】解：A、把冰箱门打开，让冰箱工作，因要消耗电能，故室内温度要升高，故A错误； B、﹣273.15℃是低温的极限值，即使实验设备足够先进也只能接近﹣273℃而无法到达，故B错误； C、充电时，电能转换为化学能贮存在电池中，同时伴随着放热过程，提供的电能比电池得到的化学能要多，故C正确； D、机械能可以完全转化为内能，但内能不能全部转化为机械能，而不引起其他变化，一切与热现象有关的物理过程都是不可逆的，故D错误。 故选：C。 [例题4] （多选）根据热力学第二定律，下列说法中正确的是（　　） A．不可能从单一热源吸热并把它全部用来做功，而不引起其他变化 B．没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机是可以实现的 C．制冷系统将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气而不引起其他变化 D．在火力发电中，燃气的内能不可能全部变成电能 【解答】解：A、热力学第二定律揭示了与热现象有关的物理过程的方向性，故A正确； B、机械能和内能的转化过程具有方向性，机械能可以全部转化为内能，而内能要全部转化为机械能必须有外界的帮助，故B错误； C、冰箱向外传递热量时消耗了电能，故C错误； D、火力发电时，能量转化的过程为内能→机械能→电能，因为内能向机械能转化过程中会对外放出热量，故燃气的内能必然不会全部变为电能，故D正确。 故选：AD。 [例题5] 如图所示，一绝热容器被隔板K隔开成a、b两部分。已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空。抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态。则在此过程中（　　） A．气体分子势能减少，内能增加 B．气体对外界做功，内能减少 C．气体压强变小，温度降低 D．b中的气体不可能自发地全部退回到a中 【解答】解：ABC、绝热容器内的稀薄气体与外界没有热传递，Q＝0，稀薄气体向真空扩散没有做功，W＝0，因而根据热力学第一定律稀薄气体的内能不变，则温度不变，故ABC错误； D、根据热力学第二定律可知，b中的气体不可能自发地全部退回到a中，故D正确； 故选：D。 [例题6] 随着世界经济的快速发展，能源短缺问题日益突出，能源成为困扰世界经济发展的重大难题之一。下列有关能量转化的说法正确的是（　　） A．不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化 B．只要对内燃机不断改进，就可以把内燃机得到的内能全部转化为机械能 C．满足能量守恒定律的物理过程都能自发地进行 D．外界对物体做功，物体的内能必然增加 【解答】解：A、根据热力学第二定律知，不可能从单一热库源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化，故A正确。 B、根据热力学第二定律，知功可以全部转化为热，但热不能全部转化为功，所以内燃机的效率不可能达到100%．故B错误。 C、满足能量守恒定律的过程，若违反热力学第二定律，也一定不能实现，如第二类永动机。故C错误。 D、根据热力学第一定律ΔU＝Q+W，气体对外做功W＜0，但Q不确定，其内能增量ΔU符号也不确定，故D错误； 故选：A。 [练习1] （多选）关于热力学定律和分子动理论，下列说法不正确的是（　　） A．我们可以利用高科技手段，将流散到周围环境中的内能重新收集起来加以利用而不引起其他变化 B．利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，这在原理上是可行的 C．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 D．在分子间的作用力作用范围内，分子间的作用力总是随分子间距离的增大而减小 【解答】解：A、根据热力学第二定律可知，涉及热现象的宏观过程具有方向，不能将流散到周围环境中的内能重新收集起来加以利用而不引起其他变化，故A错误； B、利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，符合能量守恒定律，这在原理上是可行的，故B正确； C、根据能量守恒定律可知，空调机在制冷过程中，要消耗电能，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量，故C正确； D、当分子间的作用力表现为引力时，分子力总是随分子间距离的增大而减小，当分子间的作用力表现为斥力时，分子力随分子间距离的减小而增大，所以在分子间的作用力作用范围内，分子间的作用力并非总是随分子间距离的增大而减小，故D错误。 本题选不正确的， 故选：AD。 [练习2] 如图，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸。待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气。下列说法错误的是（　　） A．气体自发扩散前后内能相同 B．气体在被压缩的过程中内能增大 C．在自发扩散过程中，气体对外界做功 D．气体在被压缩的过程中，外界对气体做功 【解答】解：AC、抽开隔板时，由于右方是真空，气体做自由扩散，右方是真空，气体没有对外做功，又没有热传递，则根据ΔU＝Q+W可知，气体的内能不变，故A正确，C错误； BD、气体被压缩的过程中，外界对气体做功，根据ΔU＝Q+W可知，气体内能增大，故BD正确。 本题选择错误的， 故选：C。 [练习3] （多选）图为电冰箱的工作原理示意图．压缩机工作时，强迫致冷剂在冰箱内外的管道中不断循环．在蒸发器中致冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时致冷剂液化，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．电冰箱的致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．电冰箱的工作原理违反热力学第一定律 D．电冰箱的工作原理不违反热力学第二定律 【解答】解：A、由热力学第二定律知，热量不能自发的有低温物体传到高温物体，除非施加外部的影响和帮助。电冰箱把热量从低温的内部传到高温外部，需要压缩机的帮助并消耗电能。故A错误； B、由A分析知，B正确； C、在工作过程中，是消耗了电能，而使压缩机做功，故不违反热力学第一定律，故C错误； D、在冰箱制冷中是因为压缩机消耗了电能，从而能使冰箱源源不断地向外界散热，故D正确； 故选：BD。 [练习4] 关于热力学定律，下列说法正确的是（　　） A．内燃机可以把燃料产生的内能全部转化为机械能 B．电冰箱的工作过程说明可以将热量自发地从低温物体传递到高温物体 C．第二类永动机违反了能量守恒定律 D．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的 【解答】解：A、内燃机工作时，气缸活塞需要吸收一部分能量、克服工件之间的摩擦力做功需要消耗一部分能量，排出的废气带走一部分能量，所以内燃机不可能把燃料产生的内能全部转化为机械能，故A错误； B、电冰箱的工作过程说明可以将热量从低温物体传递到高温物体，但需要消耗电能，即引起其它变化，故B错误； C、第二类永动机没有违反能量守恒定律，但违背热力学第二定律，故C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自然过程都是不可逆的，都具有方向性，故D正确。 故选：D。 [练习5] （多选）下列关于能量转换过程的叙述，不违背热力学第一定律，但违背热力学第二定律的有（　　） A．压缩气体时气体内能的增加量可能大于外界对气体所做的功 B．气体向真空自由膨胀时不对外做功，不耗散能量，所以该过程是可逆的 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 【解答】解：A、压缩气体时，外界对气体做功同时气体对外放热，根据热力学第一定律可知压缩气体时气体内能的增加量小于外界对气体所做的功，所以违背了热力学第一定律，故A错误； BC、热力学第二定律不违背能量守恒定律，描述的是自然界中的宏观过程有方向性，即气体向真空自由膨胀过程是不可逆的，热机的效率不可能达到百分之百而不产生其他影响，热量只能自发地从高温物体传到低温物体，不一定是从内能多的物体传到内能少的物体。所以上述过程没有违背热力学第一定律，但违背热力学第二定律，故B、C正确； 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，故D错误。 故选：BC。 [练习6] （多选）气闸舱是载人航天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，航天员由太空返回气闸舱时，打开阀门K，A中的气体进入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．气体并没有对外做功，气体内能不变 B．气体体积膨胀，对外做功，内能减小 C．气体体积增大，压强减小，温度减小 D．气体分子单位时间内对座舱A舱壁单位面积的碰撞次数将减少 【解答】解：AB、气体自由扩散，没有对外做功，又因为整个系统与外界没有热交换，根据ΔU＝W+Q可知内能不变，气体的温度也不变，故A正确，B错误； C、因为内能不变，故温度不变，平均动能不变，因为气闸舱B内为真空，根据玻意耳定律可知：pV＝C（定值），可知扩散后压强p减小，故C错误； D、体积V增大，所以气体的密集程度减小，根据气体压强的微观意义可知气体分子单位时间对气缸壁单位面积碰撞的次数将变少，故D正确。 故选：AD。 [练习7] （多选）1986年8月在东京举行的国际物理教学研究会上一位代表对“微观过程可逆而宏观过程不可逆”的现象作了一个形象生动的比喻：一条黑狗生满了跳蚤，另一条黄狗是干净的，两条狗站在一起，跳蚤可以从黑狗身上跳到黄狗身上，也可以从黄狗身上跳到黑狗身上。跳蚤跳来跳去相当于微观过程是可逆的；但最后无论黄狗还是黑狗都不可能是干净的。即从宏观上看，跳蚤从黄狗身上完全跳回黑狗身上使黄狗重新干净这一宏观的逆过程是不可能发生的。通过上述比喻可知，下列选项正确的是（　　） A．这一比喻形象生动地说明了热力学第二定律的方向性 B．气体吸收的热量可以完全转化为功而不产生其他影响 C．热量不可能从低温物体传递到高温物体 D．气体向真空的自由膨胀是不可逆的 【解答】解：A、这一比喻说明了跳蚤跳到了黄狗身上后，不可能再全部再跳到黑狗身上，从而说明了宏观现象上的方向性，生动地说明了热力学第二定律的方向性，故A正确； B、不比喻无法说明能量转化的方向性，并且气体吸热量完全转化为功而不产生其他影响是不可能实现的，故B错误； C、在存在其他方面的影响时，热量是可以从低温物体传递到高温物体的，故C错误； D、气体分子会出现微观上的移动，但在宏观上不可能出现从有气体向真空的变化过程，故D可以说明，故D正确。 故选：AD。 [练习8] 热力学第二定律常见的表述方式有两种，其一是：不可能使热量由低温物体传递到高温物体而不引起其它变化；其二是：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其它变化．第一种表述方式可以用如图的示意图来表示，根据你对第二种表述的理解，如果也用类似的示意图来表示，你认为下列示意图中正确的是（　　） A． B． C． D． 【解答】解：第二种表述中说明的是从单一热源获得能量；并且在能量转移过程中会有部分能量耗散； 故示意图只能为B； 故选：B。 [练习9] （1）一定质量的理想气体，从外界吸收热量500J，同时对外做功100J，则气体内能变化 　 　J。利用空调将热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外环境，这个过程 　 　（填“是”或“不是”）自发过程。 （2）分子间的作用力跟分子间距离的关系如图1，随着分子间距离由零开始逐渐增大，分子力大小的变化情况为 　 （填“A”“B”或“C”，其中A为“一直减小”，B为“一直增大”，C为“先减小后增大再减小”）；当分子间距离为 　 　（填“r1”或“r2”）时，分子间的吸引力与排斥力大小相等。 （3）一枚在空中飞行的火箭质量为m，（如图2）在某时刻的速度大小为v，方向水平，燃料即将耗尽。此时，火箭突然炸裂成两块，其中质量为的一块沿着与v相反的方向飞去，速度大小为。则炸裂后另一块的速度大小为 　 　。 【解答】解；（1）根据题意可知Q＝500J，W＝﹣100J，由热力学第一定律ΔU＝Q+W＝500J﹣100J＝400J 利用空调将热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外环境，是以消耗电能为代价的，因此这个过程不是自发过程。 （2）由图1可知：分子间距离由零开始逐渐增大，分子力大小先减小到零，然后反向增大到某一最大值，最后又减小到零，故C正确，AB错误； 当分子间距为r1时，即分子间的吸引力与排斥力大小相等，分子力为零； （3）取水平向右为正方向，根据动量守恒定律得：，解得：v′ 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $$