专题3.4 热力学第二定律（三大题型）-2024-2025学年高二物理举一反三系列（人教版2019选择性必修第三册）

专题3.4 热力学第二定律（三大题型） 知识点1 热力学第二定律 题型一：热力学第二定律两种表述 题型二：第二类永动机违背了热力学第二定律 题型三：能源与环境 作业 巩固训练 热力学第二定律 知识点1 一、热力学第二定律的一种表述——克劳修斯表述 1、内容 热量不能自发地从低温物体传到高温物体。 2、理解 阐述的是热传递的方向性。在这个表述中，“自发”二字指的是：当两个物体接触时，不需要任何第三者的介入、不会对任何第三者产生任何影响，热量就能从一个物体传到另一个物体。当两个温度不同的物体接触时，这个“自发”的方向是从高温物体指向低温物体。 要使与热现象有关的宏观自然过程逆向完成，必须有第三者的介入，即提供必要的帮助，如做功等。 对任何一类宏观自然过程进行方向的说明，都可以作为热力学第二定律表述的理解。 二、热力学第二定律的另一种表述——开尔文表述 1、热机 热机是把内能转化成机械能的一种装置。例如：蒸汽机把水蒸气的内能转化为机械能；内燃机是把燃烧后的高温高压气体的内能转化为机械能。 热机由热源、工作物质、冷凝器组成。内燃机没有冷凝器，大气就是它的低温热库。 热机的工作原理：工作物质从热源吸收热量Q1，推动活塞做功W，然后排出废气，同时把热量Q2散发到冷凝器中。根据能量守恒有Q1＝W＋Q2。 热机不可能把吸收的热能全部转化为机械能，总有一部分要散失到冷凝器中。 2、内容 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。 热力学第二定律的开尔文表述阐述了机械能与内能转化的方向性：通过做功，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而不产生其他影响。 2、理解 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。 其他影响：指除了从单一热库吸收的热量，以及所做的功以外的其他一切影响；或者除了从低温物体吸收热量、高温物体得到热量外，其他一切影响和变化。不是不能从单一热库吸收热量而对外做功，而是这样做功的过程中，一定伴随着其他变化或影响．同样，也不是热量不能从低温物体传到高温物体，而是指不产生其他影响的自发热传递是不可能的。 关于“不可能”：实际上热机或制冷机系统循环终了时，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，不论用任何曲折复杂的办法都不可能加以消除。 三、热力学第二定律的实质 热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。 适用条件：只能适用于由很大数目分子所构成的系统及有限范围内的宏观过程，而不适用于少量的微观体系，也不能把它扩展到无限的宇宙。 两种表述是等价的：两种表述都揭示了热现象宏观过程的方向性。两种表述可以相互推导。 四、第二轮永动机 1、定义 只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用的功而不产生其他影响的热机。 2、特点 从单一热源吸收热量，全部用来做功。 3、不可造的原因 热力学第二定律。 虽然第二类永动机不违反能量守恒定律，大量的事实证明，在任何情况下，热机都不可能只有一个热源，热机要不断地把吸取的热量变为有用的功，就不可避免地将一部分热量传给低温热源。 五、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”。 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。 【易混易错警示】 热力学第一、第二定律地比较如下表所示。 热力学第一定律 热力学第二定律 定律揭示的问题 从能量守恒的角度揭示了功、热量和内能改变量三者的定量关系 自然界中出现的宏观过程是有方向性的 机械能和内能的转化 当摩擦力做功时，机械能可以全部转化为内能 内能不可能在不引起其他变化的情况下完全变成机械能 热量的 传递 热量可以从高温物体自发传向低温物体 说明热量不能自发地从低温物体传向高温物体 两定律 的关系 在热力学中，两者既相互独立，又互为补充，共同构成了热力学知识的理论基础 两类永动机的比较如下表所示。 分类 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(或只给予很小的能量启动后，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(或只有一个热源，实现内能与机械能的转化) 不可造的原因 违背了能的转化与守恒定律 违背了热力学第二定律 题型一：能量守恒定律的内容热力学第二定律两种表述 【典例1-1】下列说法正确的是（　　） A．热量不能由低温物体传递到高温物体 B．外界对物体做功，物体的内能必定增加 C．第二类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律 D．电冰箱虽然可以从低温物体吸收热量，但不违背热力学第二定律 【答案】D 【详解】A．热量能由低温物体传递到高温物体，此过程会引起其他的变化，故A错误； B．根据热力学第一定律，ΔU=W+Q，物体的内能的变化与外界做功和物体的吸收热量有关，外界对物体做功，若同时物体对外放热，物体的内能可能减小，故B错误； C．第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，故C错误； D．电冰箱虽然可以从低温物体吸收热量，但要消耗一定的电能，所以不违反热力学第二定律，故D正确。 故选D。 【变式1-1】下列做法正确的是（　　） A．气体可以在某状态变化过程中从单一热源吸收热量，全部用来对外做功 B．可以制造一种机器，把物体与地面摩擦所产生的热量全部收集起来再全部加以利用 C．即使没有漏气、没有摩擦等能量损失，内燃机也不可能把内能全部转化为机械能 D．可以制造一种效率为100%的热机 【答案】C 【详解】A．由热力学第二定律可知，不可能从单一热源吸收热量使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，在产生其他影响的条件下是可能从单一热源吸热并全部用来对外做功的，选项A错误； B．把物体与地面摩擦所产生的热量全部收集起来再全部加以使用，违背了热力学第二定律，选项B错误； CD．根据热力学第二定律，热机的效率不可能达到100%，故即使没有漏气，没有摩擦的能量损失，内燃机也不可能把内能全部转化为机械能，选项C正确，选项D错误。 故选C。 题型二：第二类永动机违背了热力学第二定律 【典例1-2】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，甲、乙、丙、丁4名同学争论不休。 甲：第二类永动机不违反能量守恒定律，应该可以制造成功。 乙：虽然内能不可能全部转化为机械能，但在转化过程中可以不引起其他变化。 丙：摩擦、漏气等因素导致能量损失，第二类永动机也因此才不能制成。 丁：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。 你认为以上说法正确的是（　　） A．甲 B．乙 C．丙 D．丁 【答案】D 【详解】第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，甲同学说法错误；内能在转化为机械能的过程中要生热，所以要引起其他变化，乙同学说法错误；第二类永动机不能制成的原因是违反了热力学第二定律，丙同学说法错误；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，丁同学说法正确。 故选D。 【变式1-2】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 【答案】D 【详解】A．第一类永动机违反了能量的转化与守恒，不可能实现，故A错误； B．永动机需要对外做功，故B错误； D．第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，但仍不可制成，D正确； C．两类永动机的实质和工作原理是不相同的，故C错误。 故选D。 题型三：能源与环境 【典例1-3】下列最有可能是近年来全球暖化增强的主要原因（　　） A．被大气吸收的太阳辐射增加 B．被大气反射到太空的太阳辐射增加 C．被大气吸收的地表辐射增加 D．被地表反射到太空的太阳辐射增加 【答案】C 【详解】近几年全球变暖的原因是温室效应加剧造成的，主要是由于现代化工业社会燃烧过多煤炭、石油和天然气，这些燃料燃烧后放出大量的二氧化碳气体进入大气造成的。二氧化碳气体具有吸热和隔热的功能，它在大气中增多的结果是形成一种无形的玻璃罩，使太阳辐射到地球上的热量无法向外层空间发散，其结果是地球表面变热起来。 故选C。 【变式1-3】下列关于能量转化的说法中，错误的是（    ） 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，我们无法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 【答案】D 【详解】根据能量守恒定律可知，无论在能量的转化还是在能量的转移过程中，能量的总量都是不变的。由能量的耗散知，在能量转化的过程中，有一部分能量转化为周围环境中的内能，而我们无法把这些内能收集起来重新利用，这表明，在能源的利用过程中，能量的总量虽然并未减少，但是在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成不便于利用的，而自然界的总能量仍是守恒的，故ABC正确，不符合题意；D错误，符合题意。 故选D。 多选题 1．斯特林热气机是一种效率高、环境特性好的外燃式发动机，如图所示为热气机的一个理想循环的V－T图像，一定质量理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再次回到状态A，完成一个循环过程。则（　　）    A．该热机的效率可以达到100% B．气体从状态A变化到状态B的过程中，气体放热 C．气体从状态A变化到状态C的过程中，气体的压强增加 D．气体从状态C变化到状态D的过程中，气体分子单位时间内碰撞容器壁的次数不变 【答案】BC 【详解】A．由热力学第二定律可知，该热机的效率不可能达到100%，A错误； B．由题图像可知，气体从状态A变化到状态B的过程中，温度不变，体积减小，∆U=0，外界对气体做功，W>0，由热力学第一定律，可知 可知气体向外界放出热量，B正确；     C．由题图像可知，气体从状态A变化到状态C的过程中，先经历一个等温压缩，即A到B的过程，再经历等容升温，即B到C过程，A到B的过程，温度不变，体积减小，由可知，压强增加；B到C过程，温度升高，体积不变，由可知，压强增加，因此气体从状态A变化到状态C的过程中，压强增加，C正确； D．气体从状态C变化到状态D的过程中，气体温度不变，体积增大，由可知，气体的压强减小，则气体分子单位时间内碰撞容器壁的次数减少，D错误。 故选BC。 2．如图所示，绝热的汽缸被一个绝热的活塞分成左、右两部分，活塞质量不计，活塞用销钉锁住，活塞与汽缸之间没有摩擦，汽缸左边装有一定质量的理想气体，右边为真空，现在拔去销钉，抽去活塞，让气体向右边的真空做绝热自由膨胀，下列说法正确的是（　　）    A．气体在向真空膨胀的过程中不对外做功，分子平均动能不变 B．气体在向真空膨胀的过程中对外做功，气体内能减少 C．气体在向真空膨胀的过程中，气体体积增大，内能不变 D．若无外界的干预，气体分子可能自发地退回到左边，使右边重新成为真空 【答案】AC 【详解】ABC．气体在向真空膨胀过程中体积增加，而在该过程中没有力的作用，所以气体不做功，即 而该过程属于绝热过程，即 由上述可知，其温度不变，所以分子的平均动能不变。根据热力学第一定律有 所以气体内能不发生变化，故AC正确，B错误； D．根据热力学第二定律，若无外界的干预，气体分子不可能自发地退回到左边，使右边重新成为真空，故D项错误。 故选AC。 3．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。下列有关说法正确的是（　　） 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，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 【答案】BD 【详解】ABD．由热力学第二定律可知，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，除非有外界的影响或帮助，电冰箱把热量从低温物体传到高温物体，需要压缩机的帮助并消耗了电能，电冰箱的工作原理不违反热力学第二定律，BD正确，A错误。 C．热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化或内能转移的规律，是能量的转化和守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，所以电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律，故C错误。 故选BD。 4．根据热力学定律和分子动理论，下列说法正确的是（　　） A．满足能量守恒定律的客观过程并不是都可以自发地进行 B．内能不同的物体，它们分子热运动的平均动能可能相同 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．第二类永动机违反了热力学第二定律，但不违反能量守恒定律 【答案】ABD 【详解】A．根据热力学第二定律，一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆的，故A正确； B．内能不同的物体，温度可能相同，分子热运动的平均动能可能相同，故B正确； C．对能源的过度消耗使自然界的“能源”不断减少，形成“能源危机”，自然界的能量不会减少，只会从一种形式转化为另一种形式，故C错误； D．第二类永动机违反了热力学第二定律，但不违反能量守恒定律，故D正确。 故选ABD。 5．下列说法正确的是（　　） A．扩散现象是由物质分子无规则运动产生的 B．高原地区的沸水温度较低，这是高原地区温度较低的缘故 C．在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零 D．即使消除热机的漏气、摩擦和热量损耗，热机效率仍不能达到100% 【答案】AD 【详解】A．扩散现象是由物质分子无规则运动产生的，选项A正确； B．高原地区的沸水温度较低，这是高原地区气压较低的缘故，选项B错误； C．气体的压强是大量气体分子频繁地对器壁碰撞的结果，则在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强不会为零，选项C错误； D．根据热力学第二定律可知，即使消除热机的漏气、摩擦和热量损耗，热机效率仍不能达到100%，选项D正确。 故选AD。 6．下列说法正确的是（　　） A．冰箱能够把热量从低温物体传递到高温物体，所以它不遵循热力学第二定律 B．气体对外做功，内能不一定减少 C．物体的温度越高，分子的平均动能越大 D．第二类永动机因为违反了能量守恒定律所以无法实现 【答案】BC 【详解】A．冰箱能使热量从低温物体传递到高温物体，要消耗电能，因此遵循热力学第二定律，A错误； B．气体对外做功，若同时吸收热量，则内能不一定减少，选项B正确； C．温度是分子平均动能的标志，则物体的温度越高，分子的平均动能越大，选项C正确； D．第二类永动机因为违反了热力学第二定律，但不违反能量守恒定律所以无法实现，选项D错误。 故选BC。 7．关于热力学第二定律，下列说法正确的是（　　） A．第二类永动机不可能制成是因为违背了热力学第一定律 B．自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性 C．热量不可能自发地从低温物体传递到高温物体 D．热机效率不可能达到100% 【答案】BCD 【详解】A．第二类永动机不可能制成是因为违背了热力学第二定律，选项A错误； B．根据热力学第二定律可知，自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，选项B正确； C．根据热力学第二定律可知，热量不可能自发地从低温物体传递到高温物体，选项C正确； D．根据热力学第二定律可知，热机效率不可能达到100%，选项D正确。 故选BCD。 8．下列描述中不可能实现的有（    ） A．汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热 B．烧开的水倒入冷却的茶杯中，水与杯子温度均变高 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．一个制冷机能够从低温环境中吸收热量，并将其传递到高温环境中 【答案】BC 【详解】A．汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热符合热力学第一、第二定律。故A可能实现； B．热水和杯子的温度不可能都升高，只能是一个升高、一个降低， 描述违背了热力学第一定律，故B不可能实现； C．从高温热源吸收的热量全部转化为功的描述虽然不违背热力学第一定律，但违背了热力学第二定律。故C不可能实现； D．冰箱消耗电能从而可以从低温环境中提取热量散发到温度较高的室内，不违背热力学第二定律。故D可能实现。 本题选不可能实现的，故选BC。 9．根据热力学定律，下列说法正确的是（    ） A．电冰箱的工作原理表明，热量可以从低温物体向高温物体传递 B．空调机在制冷过程中，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，这一过程不遵守热力学第二定律 C．科技的不断进步使得人类有可能生产出单一热源的热机 D．尽管科技不断进步，热机的效率仍不能达到100% 【答案】AD 【详解】A.热量可以从低温物体向高温物体传递，但要引起其他变化，故A正确； B.空调机在制冷过程中，空气压缩机做功消耗电能，制冷过程不是自发进行的，这一过程遵守热力学第二定律，故B错误； C.不可能从单一热源吸收热量全部用来对外做功而不引起其他变化，故C错误； D.根据热力学第二定律，即使没有漏气、摩擦、不必要的散热等损失，热机也不可能把燃料产生的内能全部转化为机械能，即效率达不到100%，故D正确。 故选AD。 10．下列说法中正确的是（　　） A．一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性 B．一切不违背能量守恒定律的物理过程都是可能实现的 C．由自然过程的方向性可以判断物理过程能否自发进行 D．一切物理过程都不可能自发地进行 【答案】AC 【详解】A．自然界中一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性，故A正确； B．一切自发进行的与热现象有关的宏观过程，都具有方向性，所以不违背能量守恒与转化定律的物理过程不一定都是可以实现的，故B错误； C．根据热力学第二定律，一切自发进行的与热现象有关的宏观过程，都具有方向性，所以可以由热力学第二定律判断物理过程能否自发进行，故C正确； D．根据热力学第二定律，一部分物理过程可以自发进行的，故D错误； 故选AC。 11．关于能源，下列说法正确的是（　　） A．平顶山煤炭资源是无限的 B．能量是守恒的 C．能源的利用是没有代价的 D．河南风能资源丰富，风能是可再生能源 【答案】BD 【详解】A．煤炭资源是有限的能源，故A错误； C．能源的利用是有代价的，故C错误； BD．能量是守恒的，风能是可再生能源，故BD正确。 故选BD。 12．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，故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。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题3.4 热力学第二定律（三大题型） 知识点1 热力学第二定律 题型一：热力学第二定律两种表述 题型二：第二类永动机违背了热力学第二定律 题型三：能源与环境 作业 巩固训练 热力学第二定律 知识点1 一、热力学第二定律的一种表述——克劳修斯表述 1、内容 热量不能自发地从低温物体传到高温物体。 2、理解 阐述的是热传递的方向性。在这个表述中，“自发”二字指的是：当两个物体接触时，不需要任何第三者的介入、不会对任何第三者产生任何影响，热量就能从一个物体传到另一个物体。当两个温度不同的物体接触时，这个“自发”的方向是从高温物体指向低温物体。 要使与热现象有关的宏观自然过程逆向完成，必须有第三者的介入，即提供必要的帮助，如做功等。 对任何一类宏观自然过程进行方向的说明，都可以作为热力学第二定律表述的理解。 二、热力学第二定律的另一种表述——开尔文表述 1、热机 热机是把内能转化成机械能的一种装置。例如：蒸汽机把水蒸气的内能转化为机械能；内燃机是把燃烧后的高温高压气体的内能转化为机械能。 热机由热源、工作物质、冷凝器组成。内燃机没有冷凝器，大气就是它的低温热库。 热机的工作原理：工作物质从热源吸收热量Q1，推动活塞做功W，然后排出废气，同时把热量Q2散发到冷凝器中。根据能量守恒有Q1＝W＋Q2。 热机不可能把吸收的热能全部转化为机械能，总有一部分要散失到冷凝器中。 2、内容 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。 热力学第二定律的开尔文表述阐述了机械能与内能转化的方向性：通过做功，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而不产生其他影响。 2、理解 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。 其他影响：指除了从单一热库吸收的热量，以及所做的功以外的其他一切影响；或者除了从低温物体吸收热量、高温物体得到热量外，其他一切影响和变化。不是不能从单一热库吸收热量而对外做功，而是这样做功的过程中，一定伴随着其他变化或影响．同样，也不是热量不能从低温物体传到高温物体，而是指不产生其他影响的自发热传递是不可能的。 关于“不可能”：实际上热机或制冷机系统循环终了时，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，不论用任何曲折复杂的办法都不可能加以消除。 三、热力学第二定律的实质 热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。 适用条件：只能适用于由很大数目分子所构成的系统及有限范围内的宏观过程，而不适用于少量的微观体系，也不能把它扩展到无限的宇宙。 两种表述是等价的：两种表述都揭示了热现象宏观过程的方向性。两种表述可以相互推导。 四、第二轮永动机 1、定义 只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用的功而不产生其他影响的热机。 2、特点 从单一热源吸收热量，全部用来做功。 3、不可造的原因 热力学第二定律。 虽然第二类永动机不违反能量守恒定律，大量的事实证明，在任何情况下，热机都不可能只有一个热源，热机要不断地把吸取的热量变为有用的功，就不可避免地将一部分热量传给低温热源。 五、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”。 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。 【易混易错警示】 热力学第一、第二定律地比较如下表所示。 热力学第一定律 热力学第二定律 定律揭示的问题 从能量守恒的角度揭示了功、热量和内能改变量三者的定量关系 自然界中出现的宏观过程是有方向性的 机械能和内能的转化 当摩擦力做功时，机械能可以全部转化为内能 内能不可能在不引起其他变化的情况下完全变成机械能 热量的 传递 热量可以从高温物体自发传向低温物体 说明热量不能自发地从低温物体传向高温物体 两定律 的关系 在热力学中，两者既相互独立，又互为补充，共同构成了热力学知识的理论基础 两类永动机的比较如下表所示。 分类 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(或只给予很小的能量启动后，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(或只有一个热源，实现内能与机械能的转化) 不可造的原因 违背了能的转化与守恒定律 违背了热力学第二定律 题型一：能量守恒定律的内容热力学第二定律两种表述 【典例1-1】下列说法正确的是（　　） A．热量不能由低温物体传递到高温物体 B．外界对物体做功，物体的内能必定增加 C．第二类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律 D．电冰箱虽然可以从低温物体吸收热量，但不违背热力学第二定律 【变式1-1】下列做法正确的是（　　） A．气体可以在某状态变化过程中从单一热源吸收热量，全部用来对外做功 B．可以制造一种机器，把物体与地面摩擦所产生的热量全部收集起来再全部加以利用 C．即使没有漏气、没有摩擦等能量损失，内燃机也不可能把内能全部转化为机械能 D．可以制造一种效率为100%的热机 题型二：第二类永动机违背了热力学第二定律 【典例1-2】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，甲、乙、丙、丁4名同学争论不休。 甲：第二类永动机不违反能量守恒定律，应该可以制造成功。 乙：虽然内能不可能全部转化为机械能，但在转化过程中可以不引起其他变化。 丙：摩擦、漏气等因素导致能量损失，第二类永动机也因此才不能制成。 丁：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。 你认为以上说法正确的是（　　） A．甲 B．乙 C．丙 D．丁 【变式1-2】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 题型三：能源与环境 【典例1-3】下列最有可能是近年来全球暖化增强的主要原因（　　） A．被大气吸收的太阳辐射增加 B．被大气反射到太空的太阳辐射增加 C．被大气吸收的地表辐射增加 D．被地表反射到太空的太阳辐射增加 【变式1-3】下列关于能量转化的说法中，错误的是（    ） 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，我们无法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 多选题 1．斯特林热气机是一种效率高、环境特性好的外燃式发动机，如图所示为热气机的一个理想循环的V－T图像，一定质量理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再次回到状态A，完成一个循环过程。则（　　）    A．该热机的效率可以达到100% B．气体从状态A变化到状态B的过程中，气体放热 C．气体从状态A变化到状态C的过程中，气体的压强增加 D．气体从状态C变化到状态D的过程中，气体分子单位时间内碰撞容器壁的次数不变 2．如图所示，绝热的汽缸被一个绝热的活塞分成左、右两部分，活塞质量不计，活塞用销钉锁住，活塞与汽缸之间没有摩擦，汽缸左边装有一定质量的理想气体，右边为真空，现在拔去销钉，抽去活塞，让气体向右边的真空做绝热自由膨胀，下列说法正确的是（　　）    A．气体在向真空膨胀的过程中不对外做功，分子平均动能不变 B．气体在向真空膨胀的过程中对外做功，气体内能减少 C．气体在向真空膨胀的过程中，气体体积增大，内能不变 D．若无外界的干预，气体分子可能自发地退回到左边，使右边重新成为真空 3．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。下列有关说法正确的是（　　） 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，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 4．根据热力学定律和分子动理论，下列说法正确的是（　　） A．满足能量守恒定律的客观过程并不是都可以自发地进行 B．内能不同的物体，它们分子热运动的平均动能可能相同 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．第二类永动机违反了热力学第二定律，但不违反能量守恒定律 5．下列说法正确的是（　　） A．扩散现象是由物质分子无规则运动产生的 B．高原地区的沸水温度较低，这是高原地区温度较低的缘故 C．在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零 D．即使消除热机的漏气、摩擦和热量损耗，热机效率仍不能达到100% 6．下列说法正确的是（　　） A．冰箱能够把热量从低温物体传递到高温物体，所以它不遵循热力学第二定律 B．气体对外做功，内能不一定减少 C．物体的温度越高，分子的平均动能越大 D．第二类永动机因为违反了能量守恒定律所以无法实现 7．关于热力学第二定律，下列说法正确的是（　　） A．第二类永动机不可能制成是因为违背了热力学第一定律 B．自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性 C．热量不可能自发地从低温物体传递到高温物体 D．热机效率不可能达到100% 8．下列描述中不可能实现的有（    ） A．汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热 B．烧开的水倒入冷却的茶杯中，水与杯子温度均变高 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．一个制冷机能够从低温环境中吸收热量，并将其传递到高温环境中 9．根据热力学定律，下列说法正确的是（    ） A．电冰箱的工作原理表明，热量可以从低温物体向高温物体传递 B．空调机在制冷过程中，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，这一过程不遵守热力学第二定律 C．科技的不断进步使得人类有可能生产出单一热源的热机 D．尽管科技不断进步，热机的效率仍不能达到100% 10．下列说法中正确的是（　　） A．一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性 B．一切不违背能量守恒定律的物理过程都是可能实现的 C．由自然过程的方向性可以判断物理过程能否自发进行 D．一切物理过程都不可能自发地进行 11．关于能源，下列说法正确的是（　　） A．平顶山煤炭资源是无限的 B．能量是守恒的 C．能源的利用是没有代价的 D．河南风能资源丰富，风能是可再生能源 12．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 / 学科网（北京）股份有限公司 $$