第3章 第4节 热力学第二定律-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版2024）

2.AC解析热平衡的条件是温度相同，传热的方向是从温度 (2)对于封闭气体，在此过程中外界对气体做功为 高的物体传向温度低的物体，在单纯传热过程中，高温物体 W=-p1·△V=-8×10×2×10-8×0.1J=-16J, 放出的热量等于低温物体吸收的热量.选项A,C正确，B,D 由热力学第一定律△U=W十Q, 错误」 气体增加的内能为△U=-16J+30J=14J. 3.A解析热量和功是过程量，内能是状态量，选项A正确：引 答圈(1)1.6×10Pa(2)14J 起物体内能变化的有做功和传热两种途径，单就一个方面不 [变式3)解析(1)由题意得开始时杆中恰无弹力，则初状态 足以断定其内能的变化，选项B错误：在品体熔化和液体沸 p==1.0X10Pa,T=300K,当汽缸相对地面刚开始 腾过程中，物体要不断地吸收热量，但物体的温度不变，这时 滑动时，对汽缸受力分析得pS=p,S十ng, 内能的增加主要表现在内部分子势能的增加，选项C错误： 解得p=1.1×10Pa: 两物体之间热量的流向只与它们的温度有关，与它们内能的 大小无关，选项D错误 则由查理定律号=号，解得汽红湘对地西刚开始滑动时， 第2节热力学第一定律 缸内气体的温度T=330K (2)由题意汽缸缓慢移动，所以为等压变化过程，则初状态 第3节能量守恒定律 V1=Sh,T1=T=330K, 课前·教材预案 当活塞恰到汽缸口时，满足V2=SH, 【教材梳理】 知识点一 由益一昌萨克定体得片-名 1.做功传热等价的 解得T=375K: 2.热量做的功 又因为U=aT, 3.Q+W 所以△U=375×2J一330×2J=90J: 4.(1)正负(2)正负 又因为汽缸滑动后，直至活塞恰到汽缸口过程中，气体做功 知识点二 为W=p△V=-33J, 2.产生消失转化转移保持不变 由热力学第一定律U=Q十W, 3.(1)对外做功(2)能量守恒定律 解得Q=123J. 【自主检测】 答率(1)330K(2)123J 1.(1)× (2) (3)×(4)/ 课末·随堂演练 2.100 1.D解析由题意知，一定质量的理想气体由状态A经过程I 课堂·深度探穷 变至状态B时，体积增大，W,为负，Q为正，则△U=W1+ 【情境导学】 Q=420J-300J=120J,内能增加120J:由题图可知，当气 器系(1)根据兴-C可知，体积减小，外界对氨气做功。 体从状态B经过程Ⅱ回到状态A时体积减小，W:为正， △U'=W十Q,因状态A和状态B的内能一定，故△U= (2)在此高空，U<0,W>0,根据热力学第一定律△U 一U,解得Q=-320J,即放出热量320J,选项A,B、C错 W十Q可知，Q<0,即氢气向外放热. 误，D正确. [例题1门A解析由热力学第一定律△U=W十Q得U= 2.ABC解析不同形式的能量间的转化过程中能量是守恒的， 800J十（一200J)=600J,一定质量的理想气体的内能大小 选项A正确：能量在不同的物体间发生转移，转移过程中能 只与温度有关，△U=600J>0,故温度一定升高，选项A 量是守恒的，选项B正确：任何永动机都不可能制成，它违背 正确 了能量守恒定律，选项C正确：石子的机械能在变化，比如受 [变式门B解析由公式△U=W十Q中的符号规定可知，外界 空气阻力作用和与地面碰撞，机械能减少，转化成了其他形 对气体做功W取正，气体内能减少，△U取负，代入热力学 式的能量，选项D错误。 第一定律表达式得Q=一2×10J,选项B正确. 3.解析(1)设平衡时活塞距汽缸底部的距离为2，取封闭气体 【情境导学】 为研究对象，气体发生等压变化，由盖一吕萨克定律有 答系这不是永动机：手表戴在手腕上，通过手臂的运动，机 械手表获得能量，供手表指针做机械运动.若将此手表长时 空气-竿，解得=1.4m 间放置不动，它就会停下来 (2)在此过程中气体对外界做的功W=p△V=pS(h2一h) [例题2]D解析能量的转化和守恒定律是自然界普遍遵循 其中-+， 的一个规律，造用于一切能量和一切物理过程，选项D正 确，A、B、C错误. 由热力学第一定律有U=Q一W, [变式2]D解析形状记忆合金从热水中吸收热量后，一部分 联立解得U=4.8J. 能量在仲展刻水时转化为水和转轮的动能，另一部分释放 答案(1)1.4m(2)4.8J 到空气中，根据能量守恒定律可知，选项D正确 第4节热力学第二定律 [例题3]解(1)设气体初状态压强为，对活塞由平衡条件 得pS=pS+mg, 课前·教材预案 解得p=8X10Pa: 【教材梳理】 气体初状态的温度T=300K,体积V,=1S, 知识点一 气体末状态的温度T=900K,体积V=(h:十h:)S 1.方向 对虹内封用气休，由理怎气休找态方程兴=学，解母 2.自发低高方向 T 3.(1)①化学能内能做功机械能②小于<(2)完 _ViTa h=7p=1.6X10Pa 全变成功 4.等价 ·182· 知识点二 3.D解析能量在转化和转移过程中，总量是守恒的，选项A、 1.高品质 B错误：能量在转化和转移过程中总量保持不变，但能量的 3.能源 转化和转移具有方向性，耗散的能量难以收集再利用，且现 【自主检测】 有可利用的能源有限，所以我们要注意节约能源，选项C错 1.(1)×(2)/(3)×(4)/ 误，D正确. 2.方向性不违反 课堂·深度探究 章末复习方案 [例题1门BC解析根据热传导的规律可知，热量可以自发地 章末·真题演练 从高温物体传到低温物体，却不能自发地（不需要外界帮 命题视角一 助)从低温物体传到高温物体，但是如果借助外界的帮助， 1.AC解析上下乘客时气缸内气体与外界有充分的热交换， 热量可以从低温物体传到高温物体，选项A错误，B正确： 即发生等温变化，温度不变，故气体的内能不变，体积变化缓 机械能可以全部转化为内能（如一个运动物体克服摩擦力 慢，没有做功，故没有发生热交换，选项A正确，B错误：剧烈 做功且最终停止运动时，机械能全部转化为内能)，内能无 颠簸时气缸内气体的体积变化较快，且气体与外界来不及热 法全部转化为机械能而不引起其他变化，选项C正确，D 交换，气体经历绝热过程，外界对气体做功，温度升高，选项 错误 C正确，D错误 [变式1门A解析由热力学第二定律的开尔文表述可知，选项 命题视角二 A正确：热机效率总低于100%，选项B错误：满足能量守 L,BCD解析根据做功的两个必要因素有力和在力的方向上 恒定律的物理过程未必能自发进行，任何过程一定都满足 有位移，由于活塞S没有移动，可知整个过程，外力F做功 热力学第二定律，选项C错误：由热力学第一定律U= 等于0，选项A错误：根据气缸导热且环境温度没有变，可知 W十Q可知，W>0,△不一定大于0，即内能不一定增加， 气缸内的温度也保持不变，则整个过程，理想气体的分子平 选项D错误 均动能保持不变，内能不变，选项B正确：由内能不变可知理 [例题2]B解析热力学第一定律是能量守恒在热现象中的 想气体向外界释放的热量等于外界对理想气体做的功Q 体现，而热力学第二定律则指出内能和其他形式能发生转 W<poSh十gh,选项C正确：左端活塞到达B位置时，根 化的方向性，两者并不矛盾，选项B正确。 据压强平街可得A十罗=A十气脚F=,选项D [变式2]D解析第一类永动机违背了能量守恒定律，第二类 正确」 永动机违背热力学第二定律，选项A、B错误：由热力学第 一定律可知W≠0，Q≠0，但△U=W+Q可以等于0，选项 2.AC 服团根据理想气体状态方程可知T余·V,脚T-V C错误：由热力学第二定律可知选项D中的现象是可能的， 但会产生其他影响，选项D正确. 国像的斜率为最，故有九一A>A,选项B错误：理超气体 【情境导学】 由：变化到b的过程中，因体积增大，则气体对外做功，选项 答案内能 A正确：理想气体由a变化到b的过程中，温度升高，则内能 [例题3]C解析根据能量守恒定律，能量是不能被创造的， 增大，由热力学第一定律有△U=Q十W,而△U>0,W<0, 选项A错误；在能源的利用过程中，虽然能量在数量上并 则有△U=Q-W|,可得Q>0,Q>U,即气体从外界吸热， 未减少，但是能源的品质在降低，所以还需要节约能源，选 且从外界吸收的热量大于其增加的内能，选项C正确，D 项B错误：根据热力学第二定律可知，自然界中只要涉及热 错误。 现象的宏观过程都具有方向性，选项C正确：能量耗散现象 3.AD解析令理想气体的初始状态的压强，体积和温度分别 说明：在能量转化的过程中，虽然能量的总量并不减少，但 为力=po,V=V,T1=300K,等容过程为状态二p=?, 能量品质降低了，选项D错误. V=V1=Vo,T2=400K,等压过程为状态三p=p,V=?, [变式3]ACD解析能源是有限的，必须合理利用能源，选项 T万=0K,尚理想气体软态方程可得兴=学-学， T T A正确：尽管能量守恒，但是使用过程中会有能量耗散，常 规能源并不是取之不尽、用之不竭的，选项B错误：能源的 解得A=寻AV=号V,体积增加了原来的行选项C错 利用推动人类进步的同时会破坏人类生存的环境，必须加 误：等容过程中气体微功为零，由热力学第一定律△U=W十 强环境保护，选项C正确：开发新能源可以缓解常规能源的 Q=400J,两个过程的初末温度相同即内能变化相同，因此 不足，选项D正确 内能增加都为400J,选项D正确：等压过程内能增加了400J, 课末·随堂演练 吸收热量为600J,由热力学第一定律可知气体对外微功为 1.CD解扬热力学第二定律反映的是与热现象有关的宏观 过程的方向性，A不属于热现象，选项A错误：由热力学第 200小，即微功的大小为W=0(号V。-V)=200J,解得 二定律选项B、C,D正确 V。=6L,选项A正确，B错误 2.A解析根据热力学第二定律可知，一切与热现象有关的实 4.解析(1)由题可知，根据玻意耳定律可得pV=pVa, 际宏观过程都是不可递的，功转变为热的实际宏观过程是不 解得Dm=吉P 可逆过程，进项A正确：做功和热传递是改变物体内能的两 种方法，由热力学第一定律知，对物体做功，内能不一定增 (2)根据理想气体状态方程可知V=cV Ta Te 加，选项B错误：根据热力学第二定律可知，若产生其他影 解得Tc=1.9T. 响，可能从单一热库吸收热量，使之完全变为功，选项C错 (3)根据热力学第一定律可知△U=W十Q, 误：根据热力学第二定律，不可能使热量自发地从低温物体 其中Q=0,故气体内能增加△U=W. 传向高温物体，但在外界的作用下，能使热量从低温物体传 向高温物体，选项D错误. 答累1)5P(2)1.9T(3)W ·183·物理选择性必修第三册课堂学案 课末，随堂演练 1.(热力学第一定律的应用)如图所示的p-V图 3.(热力学第一定律和气体实验定律的综合)如 中，一定质量的理想气体由状态A经过程I变 图所示，一定质量的理想气体被活塞封闭在可 至状态B时，从外界吸收热量420J,同时做功 导热的汽缸内，活塞可沿汽缸无摩擦地滑动 300J,当气体从状态B经过程Ⅱ回到状态A 活塞面积S=1.0×103m,质量m=2kg,汽 时，做功200J,过程Ⅱ中气体吸收或放出的热 缸竖直放置时，活塞相对于底部的高度h 量是 1.2m,室温等于27℃：现将汽缸置于77℃的 热水中，已知大气压强p=1.0×10Pa,g取 10m/s2. (1)求平衡时活塞离汽缸底部的距离： (2)此过程中内部气体吸收热量28.8J,求气 A.吸热80J B.吸热220J 体内能的变化量. C.放热520J D.放热320J 2.(能量守恒定律)（多选）下列对能量守恒定律 的认识正确的是 A.某种形式的能量减少，一定存在其他形式的 能量增加 B.某个物体的能量减少，必然有其他物体的能 量增加 C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的 机器—一永动机是不可能制成的 D.石子从空中落下，最后停止在地面上，说明 机械能消失了 友情提示完成Ps课时作业（十四） 第4节 热力学第二定律 [学习目标]1.通过自然界中客观过程的方向性，了解热力学第二定律（物理观念）.2.了解热力学第二 定律的两种不同表述，以及两种表述的物理实质（物理观念）.3.能运用热力学第二定律解释自然界中 的能量转化、转移以及宏观自然过程的方向性问题（科学思维）.4.认识能量耗散，知道能源是有限的 (物理观念). 课前·教材预案 教材梳理 温物体.阐述的是传热的 性 知识点一 3.热力学第二定律的开尔文表述 热力学第二定律 (1)热机 1.定义：在物理学中，反映宏观自然过程的 ①热机工作的两个阶段：第一个阶段是燃烧燃 性的定律。 料，把燃料中的 变成工作物质的 2.热力学第二定律的克劳修斯表述 :第二个阶段是工作物质对外 热量不能 地从 温物体传到 把自己的内能变成 ·66· 第三章热力学定律 ②热机用于做功的热量一定 它从高 I自主检测 温热库吸收的热量，即W e 1.判断下列说法的正误. (2)热力学第二定律的开尔文表述：不可能从 (1)所有符合能量守恒定律的宏观过程都能自 单一热库吸收热量，使之 ,而不 发进行 () 产生其他影响.（该表述闸述了机械能与内能 转化的方向性) (2)一切与热现象有关的宏观自然过程都是不 4.热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表 可逆的 述是 (选填“等价”或“不等价”)的 (3)自然界中的能量是守恒的，所以能源是无 知识点二 能源是有限的 限的资源。 () 1.能源：具有 的容易利用的储能物质。 (4)能量在使用过程中，能量的品质下降了， 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 2.热量总是自发地从高温物体传递给低温物体， 化过程叫作“能量耗散” 这说明传热过程具有 ·冰箱工作时，能 3.能源的使用过程中虽然能的总量保持守恒，但 把冰箱内的热量传递到冰箱外，这 (选 能量的品质下降了， 减少了. 填“违反”或“不违反”)热力学第二定律， 课堂，深度探究 探究点一 对热力学第二定律的理解 2.热力学第二定律的实质 【知识拓展】 热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量 1,在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产 分子参与的宏观过程的方向性，进而使人们认 生其他影响”“单一热库”“不可能”的含义 识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程 (1)“自发地”是指热量从高温物体“自发地”传 都具有方向性。 给低温物体的方向性.在传递过程中不会对其 3.热力学过程的方向性实例 他物体产生影响或借助其他物体提供能量等. (1)高温物体 热量Q能自发传给 低温物体。 (2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学 热量Q不能自发传给 (2)机械能 能自发地完全转化为 宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产 内能， 不能自发地转化为 生热力学方面的影响.如吸热、放热、做功等。 能自发膨胀到 (3)“单一热库”：指温度均匀并且恒定不变的 (3)气体体积V不能自发收缩到 气体体积V 系统.若一系统各部分温度不相同或者温度不 (较大) 稳定，则构成机器的工作物质可以在不同温度 (4)不同气体A和B 能自发混合成混合气 的两部分之间工作，从而可以对外做功.据报 不能自发分离成 道，有些国家已在研究利用海水上下温度不同 体AB 来发电。 【例题1】（多选）根据热力学第二定律，可知下列 (4)“不可能”：实际上热机或制冷机系统循环 说法中正确的是 () 时，除了从单一热库吸收热量对外做功，以及 A.热量能够从高温物体传到低温物体，但不 热量从低温热库传到高温热库以外，过程所产 能从低温物体传到高温物体 生的其他一切影响，不论用任何的办法都不可 B.热量能够从高温物体传到低温物体，也可 能加以消除 以从低温物体传到高温物体 ·67. 物理选择性必修第三册课堂学案 C.机械能可以全部转化为内能 2.两类永动机的比较 D.内能可以全部转化为机械能而不引起其他 第一类永动机 第二类永动机 变化 不消耗任何能 思维导引：热量可以从低温物体传向高温物 将内能全部转化为机 量，可以不断做 械能，而不引起其他 体，气体也可以从单一热库吸收热量使之完 功（或只给予很 设计要求 变化（或只有一个热 全变成功，只不过不能自发进行，需要借助外 少的能量启动 库，实现内能向机械 界帮助而已， 后，可以永远运 能的转化) 动下去) 【变式1】随着世界经济的快速发展，能源短缺问 题日显突出，油价不断攀升，已对各国人民的 不可能制 违背了能量守 违背了热力学第二 成的原因 恒定律 定律 日常生活造成了各种影响，如排长队等待加 油的情景已经多次在世界各地发生，能源成 【例题2】关于热力学第一定律和热力学第二定 为困扰世界经济发展的重大难题之一，下列 律，下列论述正确的是 有关能量转化的说法正确的是 A.热力学第一定律指出内能可以与其他形式 的能相互转化，而热力学第二定律则指出 A.不可能从单一热库吸收热量并把它全部用 内能不可能完全转化为其他形式的能，故 来做功，而不产生其他的影响 这两条定律是相互矛盾的 B.只要对内燃机不断进行改进，就可以把内 B.内能可以全部转化为其他形式的能，只是 燃机得到的全部内能转化为机械能 会产生其他影响，故两条定律并不矛盾 C.满足能量守恒定律的物理过程都能自发 C.两条定律都是有关能量转化的规律，它们 进行 不但不矛盾，而且没有本质区别 D.外界对物体做功，物体的内能必然增加 D.能量守恒定律已经包含了热力学第一定律 探究点二 热力学第一定律与热力学第二 和热力学第二定律 定律的比较 思维导引：热力学第一定律和热力学第二定 【知识拓展】 律两者既相互独立，又相互补充，热力学第一 定律是与热现象有关的物理过程中能量守恒 L.两定律的比较 的表达形式，而热力学第二定律指出了能量 热力学第一定律 热力学第二定律 转化与守恒能否实现的条件和过程进行的 是能量守恒定律在 是关于在有限空间和 方向 热力学中的表现，否 时间内，一切和热现 【变式2】关于两类永动机和热力学两大定律，下 定了创造能量和消 象有关的物理过程、 列说法正确的是 () 区别 灭能量的可能性，从 化学过程具有不可逆 A.第二类永动机不可能制成是因为违背了热 而否定了第一类永 性的经验总结，从而 力学第一定律 动机 否定了第二类永动机 B.第一类永动机不可能制成是因为违背了热 力学第二定律 两定律分别从不同角度揭示了与热现象有关 C.由热力学第一定律可知做功不一定改变内 联系 的物理过程所遵循的规律，二者既相互独立， 能，传热也不一定改变内能，但同时做功和 又相互补充，都是热力学的理论基础 传热一定会改变内能 ·68 第三章热力学定律 D.由热力学第二定律可知热量从低温物体传 【例题3】关于能量和能源，下列说法正确的是 向高温物体是可能的，从单一热库吸收热 量，完全变成功也是可能的 A.人类在不断地开发和利用新能源，所以能 探究点三能源与能量损耗 量可以被创造 【情境导学】流动的水带动水磨做功，由于磨盘和 B.在能源的利用过程中，由于能量在数量上 粮食之间的摩擦和挤压，使磨盘和粮食的温 并未减少，所以不需要节约能源 度升高，水流的一部分机械能转变成了内能， C.自然界中只要涉及热现象的宏观过程都具 这些内能最终流散到周围的环境中，我们没 有方向性 有办法把这些流散的内能重新收集起来加以 D.能量耗散现象说明：在能量转化的过程中， 利用，可见，内能与机械能相比，哪种能量的 虽然能量的总量并不减少，但能量品质提 品质低？ 升了 思维导引：能量耗散使可利用的能量减少，能 量的品质降低：能量守恒定律依然成立，能量 没有减少，但能源却会越来越少，故应节约 能源。 【变式3】（多选）关于能源的开发和利用，下列观 点正确的是 () A.无节制地利用能源，是一种盲目的短期 行为 【知识拓展】 B.根据能量守恒定律，能源是取之不尽、用之 能量与能源的区别 不竭的 1.能量是守恒的，既不会增加也不会减少 C.能源的开发和利用，必须同时加强对环境 2.能源是具有高品质的容易利用的储能物质 的保护 3.能量耗散，能量总量不变，但能量品质会下降 D.不断开发新能源，是缓解能源危机的主要 即能源减少，故我们要节约能源 途径 课末·随堂演练 L.(对热力学第二史律的理解)（多选）下列宏观 D.即使随着节能减排措施的不断完善，最终也 过程能用热力学第二定律解释的是 不会使汽车热机的效率达到100% A.大米和小米混合后小米能自发地填充到大 2.(热力学第一定律与第二定律的比较)关于热 米空隙中，而经过一段时间大米、小米不会 自动分开 力学定律，下列说法正确的是 () B.将一滴红墨水滴人一杯清水中，红墨水会均 A.功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程 匀扩散到整杯水中，经过一段时间，墨水和 B.对某物体做功，必定会使该物体的内能增加 清水不会自动分开 C.不可能从单一热库吸收热量，使之完全变 C.冬季的夜晚，放在室外的物体随气温的降 低，不会由内能自发地转化为机械能而动 为功 起来 D.不可能使热量从低温物体传向高温物体 ·69· 物理选择性必修第三册课堂学案 3.(能源与能量损耗)关于能量和能源，下列说法 C.能量在转化和转移过程中总量保持不变，故 中正确的 节约能源没有必要 A.能量在转化和转移过程中，其总量有可能 D.能量的转化和转移具有方向性，且现有可利 增加 用的能源有限，故必须节约能源 B.能量在转化和转移过程中，其总量会不断 减少 友情提示完成P,课时作业（十五） 章末复习方案 章末·知识网络 功和内能：在绝热情况下，功是内能变化的量度 内能热量和内能：只发生热传递时，热量是内能变化的量度 做功和热传递在改变内能上是等价的 (内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和 热力学第一定律 热力学 表达式：△U=W+Q 能量守恒定律 能量守恒定律 律 第一类永动机不能制成的原因：违背能量守恒定律 克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体 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 热力学第二定律 第二类永动机不能制成的原因：违背了热力学第二定律 能源是有限的 章末·真题演练 命题视角一 对热力学定律的考查 D.剧烈颠簸时，气体的温度不变 1.(天津)（多选）列车运行的平稳性与车厢的振 命题视角二 气体实验定律与热力学定 动密切相关，车厢底部安装的空气弹簧可以有 律综合问题 效减振，空气弹簧主要由活塞、气缸及内封的 1(湖南改编)（多选）如图，两端开口、下端连通 一定质量的气体构成.上下乘客及剧烈颠簸均 的导热汽缸，用两个轻质绝热活塞（截面积分 能引起车厢振动，上下乘客时气缸内气体的体 别为S,和S)封闭一定质量的理想气体，活塞 积变化缓慢，气体与外界有充分的热交换：剧 与汽缸壁间无摩擦.在左端活塞上缓慢加细 烈颠簸时气缸内气体的体积变化较快，气体与 沙，活塞从A下降h高度到B位置时，活塞上 外界来不及热交换.若气缸内气体视为理想气 细沙的总质量为m.在此过程中，用外力F作 体，在气体压缩的过程中 ( 用在右端活塞上，使活塞位置始终不变.整个 A.上下乘客时，气体的内能不变 过程环境温度和大气压强p,保持不变，系统 B.上下乘客时，气体从外界吸热 始终处于平衡状态，重力加速度为g.下列说法 C.剧烈颠簸时，外界对气体做功 正确的是 () ·70·