第12讲 热力学第二定律【六大题型】-2024-2025学年高二下学期物理精讲与精练高分突破考点专题系列（人教版（2019）选择性必修第三册）

第12讲 热力学第二定律 【考点归纳】 · 考点一：热力学第二定律的两种表述 · 考点二：第二类永动机问题 · 考点三：热力学第二定律的微观意义 · 考点四：熵和熵的增加原理 · 考点五：热力学三大定律区别与联系 · 考点六：热力学三大定律的综合问题 【知识归纳】 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2、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． 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．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． 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 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 【题型归纳】 题型一：热力学第二定律的两种表述 1．根据热力学第二定律，下列说法正确的是（　　） A．热量可以从低温物体传到高温物体 B．对能源的过度消耗不会形成“能源危机” C．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化为机械能 D．一切与热现象有关的宏观自然过程都是可逆的 【答案】A 【详解】A．热量可以从低温物体传到高温物体，A正确； B．对能源的过度消耗，可利用的能源越来越少，会形成“能源危机”，B错误； C．蒸汽机的效率不能达到百分之百，蒸汽机只能把蒸汽的一部分内能转化为机械能，C错误； D．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，D错误； 故选A。 2．热力学第二定律表明（　　） A．不可能从单一热源吸收热量使之全部变为有用功 B．摩擦生热的过程是不可逆的 C．热机中，燃气的内能可全部用于对外做功 D．热量不可能从温度低的物体传到温度高的物体 【答案】B 【详解】A．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为有用功，但是会引起其他的变化，故A错误； B．根据热力学第二定律可知，机械能转化为内能的过程具有方向性，是不可逆过程，故B正确； C．机械能可以全部转化为内能，而内能不可以全部转化为机械能，故C错误； D．热量不可能自发地从低温物体传递到高温物体，若有外界做功，热量可以从低温物体传递到高温物体，比如冰箱，故D错误。 故选B。 3．热力学第二定律表明（    ） A．不可能从单一热源吸收热量使之全部变为有用的功 B．摩擦生热的过程是不可逆的 C．热不能全部转变为功 D．热量不可能从温度低的物体传到温度高的物体 【答案】B 【详解】A．根据热力学第二定律可知，可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功，但是会引起其他的变化，故A错误； B．根据热力学第二定律可知，机械能转化为内能的过程具有方向性，是不可逆过程，故B正确； C．根据热力学第二定律可知，热可以全部转变为功，但是会引起其他的变化，故C错误； D．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，若有外界做功的话，可以从低温物体传递到高温物体，比如冰箱；故D错误。 故选B。 题型二：第二类永动机问题 4．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。 5．如图所示，汽缸内盛有一定质量的理想气体，汽缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与汽缸壁的接触是光滑的，但不漏气，现通过活塞杆使活塞缓慢地向右移动，这样气体将等温膨胀并通过活塞对外做功。若已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法中正确的是（　　）    A．气体是从单一热源吸热，并全部用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律 B．气体是从单一热源吸热，但并未全部用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律 C．气体是从单一热源吸热，并全部用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律 D．气体不是从单一热源吸热，且并未全部用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律 【答案】C 【详解】汽缸壁是导热的，外界环境温度不变，活塞杆与外界连接并使其缓慢地向右移动过程中，有足够时间进行热交换，气体等温膨胀，所以汽缸内的气体温度不变，内能也不变，该过程气体是从单一热库即外部环境吸收热量，全部用来对外做功才能保证内能不变，此过程既不违背热力学第二定律，也不违背热力学第一定律，此过程由外力对活塞做功来维持，如果没有外力F对活塞做功，此过程不可能发生。 故选C。 6．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：热力学第二定律的微观意义 7．下列关于热力学第二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，一个孤立系统的总熵可能减小 【答案】A 【详解】A．从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律，故A正确； BC．根据嫡增加原理，一切自然过程总是向着分子热运动无序性增大的方向进行，故BC错误； D．根据热力学第二定律可知，在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵一定不会减小，故D错误。 故选A。 8．关于热力学第二定律说法正确的是（　　） A．在自然过程中，一个孤立系统的总熵可能减小 B．从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律 C．热量能自发地从低温物体传向高温物体 D．物体可以从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响 【答案】B 【详解】A．在自然过程中，一个孤立系统的总熵增加。故A错误； B．从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律。故B正确； C．根据热力学第二定律可知，热量不能自发地从低温物体传向高温物体。故C错误； D．根据热力学第二定律可知，物体不可以从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。故D错误。 故选B。 9．下列关于热力学第二定律的说法正确的是（　　） A．所有符合能量守恒定律的宏观过程都能发生 B．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的 C．机械能可以全部转化为内能，在不产生其他影响的情况下，内能可以全部用来做功而转化成机械能 D．气体向真空的自由膨胀是可逆的 【答案】B 【详解】A．符合能量守恒定律，但违背热力学第二定律的宏观过程不能发生，A错误； B．根据热力学第二定律可知热现象具有方向性，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，B正确； C．机械能可以全部转化为内能，在不产生其他影响的情况下，内能无法全部用来做功而转化成机械能，C错误； D．根据热力学第二定律可知热现象具有方向性，气体向真空的自由膨胀是不可逆的，D错误。 故选B。 题型四：熵和熵的增加原理 10．下列说法正确的是（　　） A．可以从单一热库吸收热量使之完全变成功 B．一定质量的理想气体在等温膨胀过程中吸收的热量大于对外界做的功 C．一个系统总是从有序状态向混乱的无序状态发展 D．做功和热传递都是通过能量转化的方式改变物体内能的 【答案】A 【详解】A．根据热力学第二定律，从单一热库吸收热量可以完全变成功，但要引起其他的变化，故A正确； B．一定质量的理想气体在等温膨胀过程中，由于温度不变，故内能不变，膨胀过程中气体对外做功，故过程中吸收的热量等于对外界做的功，故B错误； C．一切自发的过程总是从有序状态向混乱的无序状态发展，故C错误； D．做功是通过能量转化的方式改变物体内能的，热传递是通过能量转移的方式改变物体内能的，故D错误。 故选A。 11．对于孤立体系中发生的实际过程，下列说法中正确的是（　　） A．系统的总熵只能减小，不可能增加 B．系统的总熵可能增大，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 【答案】C 【详解】AB．由热力学第二定律可知，系统的熵只能增大，不可能减小，故AB错误； CD．系统只能自发地从比较有序的状态向更无序的状态发展，故C正确，D错误； 故选C。 12．将一件裙子放进死海，3年后成了一件精美的艺术品（如图）。其形成原因是海水中的盐，不断在衣服表面结晶所产生的。根据这一现象下列说法不正确的是（　　）    A．结晶过程看似是自发的，其实要受到环境的影响 B．结晶过程是无序向有序转变的过程 C．盐在溶解的过程中熵是增加的 D．这件艺术品被精心保存在充满惰性气体的密闭橱窗里，可视为孤立系统，经过很长时间后，该艺术品的熵可能减小 【答案】D 【详解】AB．结晶过程不是自发的，通常是由于水温降低或水的蒸发引起，受到环境的影响，是由无序向有序的转变过程，故AB正确； C．盐在溶解是固态变为液态，是自发过程，自发过程是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行，即熵增加，故C正确； D．孤立系统的熵永不减小，故D错误。 本题选错误项，故选D。 题型五：热力学三大定律区别与联系 13．关于热力学定律的表述与理解，下列说法正确的是（　　） A．热力学第一定律指出，不可能达到绝对零度 B．热力学第一定律阐述了热传递具有方向性 C．热力学第二定律可描述为“气体向真空的自由膨胀是不可逆的” D．热力学第二定律可描述为“不可能使热量由低温物体传递到高温物体” 【答案】C 【详解】A．热力学第三定律指出，不可能达到绝对零度，选项A错误； B．热力学第二定律阐述了热传递具有方向性，选项B错误； C．热力学第二定律可描述为“气体向真空的自由膨胀是不可逆的”，选项C正确； D．热力学第二定律可描述为“不可能使热量由低温物体传递到高温物体而不引起其它的变化”，选项D错误。 故选C。 14．关于热力学定律，下列说法中正确的是（　　） A．热量不能从低温物体传到高温物体 B．在一定条件下，物体的温度可以降低到0K C．第二类永动机违背了热力学第一定律，因而是不可能实现的 D．一个物体的内能增加，必定有其他物体对它做功或向它传递热量 【答案】D 【详解】A．根据热力学第二定律可知，热量不能自发的从低温物体传到高温物体，而不引起其他的变化，故A错误； B．绝对零度是一切低温物体的极限温度，不可能达到，故B错误； C．第二类永动机违背了热力学第二定律，因而是不可能实现的，故C错误； D．一个物体的内能增加，必定有其他物体对它做功或向它传递热量，故D正确。 故选D。 15．根据热力学定律，可知下列说法中正确的是（　　） A．外界对物体做功，物体的内能必定增加 B．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 C．随着科技的发展，机械效率是100%的热机是可能制成的 D．凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量只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 【答案】B 【详解】A．做功和热传递都能改变物体的内能，根据热力学第一定律可知，当外界对物体做功，物体的内能不一定增加，故A错误； B．据热力学第二定律可知：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，故B正确； C．无论科学技术多么发达，机械效率可能提高，但一定小于100%，即机械效率不可能达到100%，故C错误； D．根据热力学第二定律，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，但是只要外界提供能量，热量可以从低温传递到高温，比如冰箱的工作原理，故D错误。 故选B。 题型六：热力学三大定律的综合问题 16．如图所示，一个固定在水平面上的绝热容器被隔板A分成体积均为的左右两部分。面积为的绝热活塞B被锁定，隔板A的左侧为真空，右侧中一定质量的理想气体处于温度、压强的状态1。抽取隔板A，右侧中的气体就会扩散到左侧中，最终达到状态2。然后解锁活塞B，同时施加水平恒力F，仍使其保持静止，当电阻丝C加热时，活塞B能缓慢滑动（无摩擦），使气体达到温度的状态3，气体内能增加。已知大气压强，隔板厚度不计。 （1）气体从状态1到状态2是___（选填“可逆”或“不可逆”）过程，分子平均动能____（选填“增大”、“减小”或“不变”）； （2）求水平恒力F的大小； （3）求电阻丝C放出的热量Q。 【答案】（1）气体从状态1到状态2是不可逆过程，分子平均动能不变；（2）；（3） 【详解】（1）根据热力学第二定律可知，气体从状态1到状态2是不可逆过程，由于隔板A的左侧为真空，可知气体从状态1到状态2，气体不做功，又没有发生热传递，所以气体的内能不变，气体的温度不变，分子平均动能不变。 （2）气体从状态1到状态2发生等温变化，则有 解得状态2气体的压强为 解锁活塞B，同时施加水平恒力F，仍使其保持静止，以活塞B为对象，根据受力平衡可得 解得 （3）当电阻丝C加热时，活塞B能缓慢滑动（无摩擦），使气体达到温度的状态3，可知气体做等压变化，则有 可得状态3气体的体积为 该过程气体对外做功为 根据热力学第一定律可得 解得气体吸收的热量为 可知电阻丝C放出的热量为 17．小张同学试用如图所示的高压锅，她盖好密封锅盖，将压力阀套在出气孔上，给高压锅加热，当锅内气体压强达到一定值时，气体把压力阀顶起。在压力阀恰好被顶起瞬间，她停止加热。 （1）根据分子动理论，从微观上说明定容加热过程中锅内气体压强的变化； （2）小张试用结束后撤走压力阀放气，锅内气体对外界做功，同时向外界放出的热量。锅内原有气体的内能如何变化；变化了多少；放出的气体可以自发地从出气孔流回高压锅吗；为什么； （3）若大气压强随海拔高度H线性减小，即（常数）。分析小张在不同海拔地区使用该压力锅，当压力阀被顶起时，锅内气体的温度有何差异。 【答案】（1）见详解；（2）见详解；（3）锅内气体温度会降低 【详解】（1）气体压强是大量气体分子频繁碰撞器壁在单位面积上产生的平均作用力，微观上由分子平均动能（速率）和分子密集程度决定，锅内气体质量一定，体积保持不变时，气体分子的密集程度保持不变，温度升高，分子的平均动能（速率）增大，气体压强增大。 （2）根据热力学第一定律有 即锅内气体内能减少了。 不能，违反热力学第二定律，气体从高压锅内向外膨胀的过程具有方向性。 （3）由知，随着海拔高度的增加，大气压强减小。由 知，阀门被顶起时的锅内气体压强也减小。高压锅容积不变，由查理定律 可知，随着海拔高度的增加，阀门被顶起时的锅内气体温度会降低。 地球是我们赖以生存的家园，这颗漂亮的蓝色星球之所以这么迷人，是因为地球上存在着丰富的水资源。如图所示，是水存在的三种形态： 18．冰是水的固态形式，固体分为晶体和非晶体两种，请问冰是晶体还是非晶体？请你说出判断依据。 19．由液态变为气态的过程，称为汽化。请根据液体和气体的微观结构区别，说一说为什么水汽化成水蒸气的过程需要吸收热量？ 20．下左图是分子间相互作用力随分子间距的变化示意图，请你在该图的基础上，画出分子势能随分子间距变化的示意图。 21．利用液体热胀冷缩的性质，伽利略制作了第一支温度计。已知标准大气压下，20℃时水的密度为，36℃时水的密度为，请结合以上图像，说一说温度升高时，水的内能的变化情况。 22．已知标准状况下，水的密度为，水蒸气的摩尔体积为，阿伏加德罗常数为。请根据以上数据，估算的水中所含水分子数与的水蒸气中所含水分子数，并根据结果分析气体和液体中分子间距的大小关系。 23．一定质量的水蒸气（可看做理想气体）经过如图所示的一系列状态变化过程。 （1）比较c状态与a的状态的体积大小，写出你的判断依据。 （2）比较b状态与c状态的内能大小，写出你的判断依据。 （3）分析从a状态到b状态的过程，气体应该吸热还是放热？（要求写出分析过程） （4）经过a→b→c→a的循环过程，气体是对外做功了，还是外界对气体做功了？ 24．水不但是生命之源，还为我们提供了大量的能源，三峡大坝（如图所示）年发电量超过1000亿千瓦时。随着科技与生产力的不断进步，人类对能源的需求也在不断增长，请你结合热力学第二定律，简要说说人类在开发与利用能源时有哪些需要注意的事情。 【答案】18．晶体 19．见解析 20． 21．，分子势能增大，动能增大，则内能增大 22．，，气体中分子间距比液体中分子间距大得多 23．（1）c状态与a的状态的体积相等；（2）b状态的内能比c状态大；（3）吸收热量；（4）气体对外做功 24．见解析 【解析】18．冰在熔化过程中，温度保持不变，有固定的熔点，是晶体。 19．汽化从微观角度来讲，水分子从液体变为气态的过程中，水分子间的距离增大，要使其距离增大，就必须克服分子间引力，需要从外界获取能量，于是就要吸热（也就是吸收热量）。 20．当r＝r0时，F合＝0，Ep最小(若以分子间距无限远处为0势能点，则此时Ep<0)；当r>r0时，F合<0，即为引力，所以此时增大r，克服分子力做功，Ep增大；当r<r0时，F合>0即为斥力，所以此时减小r，克服分子力做功，Ep增大。如图所示 21．分子势能与分子间的相互位置有关，当时，分子势能随分子间距的增大而增大。 当时，分子势能随分子间距的增大而减小。 当时，分子势能最小。故图像为 温度升高，水的密度减小，分子间距增大，分子势能增大，并且水分子运动更剧烈，则水的内能增大。 22．的水中所含水分子数为 的水蒸气中所含水分子数为 由于 可知气体中分子间距比液体中分子间距大得多。 23．（1）c状态与a的状态的体积相等；根据理想气体的状态方程，c状态与a的状态的p-T图像过原点，可知从c状态到a的状态是等容变化，故体积相等。 （2）b状态的内能比c状态大；由图像可知b状态的温度高于c状态，理想气体的内能由温度决定，故b状态的内能比c状态大。 （3）从a状态到b状态的过程，是等温变化，气体的压强减小，体积变大，故气体对外做功，但是温度不变，内能不变。根据热力学第一定律可知 解得 气体必然从外界吸收热量。 （4）一个循环过程中，a到b过程中体积增大，气体对外做功，b到c过程中体积减小，外界对气体做功，由于，a与c的体积相等，a到b过程中总体的压强大于b到c过程中的压强，故气体对外做功大于外界对气体做功，所以一个循环中气体对外做功。 24．注意热传导的方向性，即热量可以自发地由高温物体传给低温物体，热量不能自发地由低温物体传给高温物体。一切和热运动有关的过程具有不可逆性。 【双基达标】 一、单选题 1．关于热学问题，下列说法正确的是（　　） A．液体温度越高，布朗运动越显著 B．花粉颗粒的无规则运动就是分子的热运动 C．第二类永动机不可制成是由于它违背了能量守恒定律 D．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 【答案】A 【详解】A．布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动，液体温度越高 ，分子热运动越剧烈，对悬浮颗粒的撞击越频繁且越不均匀，布朗运动就越显著，故A正确； B．花粉颗粒的无规则运动是布朗运动，它是由大量液体分子对花粉颗粒的无规则撞击造成的，反映了液体分子的热运动，而不是花粉颗粒分子的热运动 ，花粉颗粒是由大量分子组成的宏观物体，其运动不是分子热运动，故B错误； C．第二类永动机不可制成是因为它违背了热力学第二定律（即涉及热现象的宏观过程具有方向性），而不是违背能量守恒定律，第二类永动机不违反能量守恒定律，故C错误； D．在自发的情况下，热量只能从高温物体传向低温物体，但在外界做功等非自发条件下，热量可以从低温物体传向高温物体，比如冰箱制冷就是通过压缩机做功实现热量从低温物体（冰箱内部）传向高温物体（冰箱外部环境） ，故D错误。 故选A。 2．下列说法中正确的是（　　） A．热量不能自发地从低温物体传到高温物体 B．密封在容器中的气体，在完全失重的情况下，对器壁的压强为零 C．第二类永动机没有违反能量守恒定律但违背热力学第一定律 D．压缩气体时气体会表现出抗拒压缩的力是由于气体分子间存在斥力的缘故 【答案】A 【详解】A．不可能自发把热量从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，故A正确； B．密封在容器中的气体的压强不是由于气体重力而产生的，而是由于做无规则运动对容器壁碰撞产生的，所以在完全失重的情况下，对器壁的压强不为零，故 B错误； C．第二类永动机没有违反能量守恒定律，但却不能成功制成，是因为违反了热力学第二定律，故 C错误； D．气体压缩可以忽略分子间作用力，压缩气体时气体会表现出抗拒压缩的力是由于气体压强的原因，故 D错误； 故选A。 3．在热学中，下列说法正确的是（　　） A．第一类永动机不可制成是由于它违背了能量守恒定律 B．第二类永动机不可制成是由于它违背了能量守恒定律 C．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 D．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 【答案】A 【详解】A．不消耗能量而不断对外做功的第一类永动机是不可能制成的，因为它违背了能量守恒定律，A正确； B．从单一热库吸收热量而对外做功的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，B错误； C．热力学第二定律告诉我们机械能可以转化为内能，而内能在“一定的条件下”也能转化为机械能，C错误； D．热量能从高温物体传向低温物体，在“特定的条件下” 也能从低温物体传向高温物体，D错误。 故选A。 4．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。 5．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．在封闭的房间里打开冰箱一段时间后，房间温度会降低 C．电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律 D．电冰箱的工作原理违反热力学第二定律 【答案】C 【详解】A．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的内部传到高温的外部，需要压缩机的帮助并消耗电能，故A错误； B．电冰箱工作时消耗电能，房间的总热量会增加，房间温度会升高，故B错误； CD．电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律和第二定律，故C正确，D错误。 故选C。 6．根据热力学定律，下列说法正确的有（　　） A．一切符合能量守恒定律的宏观过程都能发生 B．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” C．空调在制冷的过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量 D．热机工作时如果没有漏气和摩擦，也没有机体热量的损失，燃料燃烧产生的热量是可以完全转化成机械能的 【答案】C 【详解】A．根据热力学第二定律可知，热运动的宏观过程均具有一定的方向性，符合能量守恒定律的宏观过程并不都能够发生，故A错误； B．对能源的过度消耗会形成“能源危机”，但是，根据能量守恒定律可知，自然界总的能量守恒，不会减少，故B错误； C．空调机制冷过程中一方面从室内吸收热量，另一方面所消耗电能中的一部分又变为热量散失在室外，可知，排放到室外的热量多于从室内吸收的热量，即空调在制冷的过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量，故C正确； D．热机在工作过程中，燃料不可能完全燃烧，尾气会带走较多的热量，机器本身需要散热，剩余的能量才是有用的能量，有用的能量在燃料完全燃烧提供的能量中只占一部分，所以热机效率不可能达到100%，即热机工作时即使没有漏气和摩擦，也没有机体热量的损失，燃料燃烧产生的热量也不可能可以完全转化成机械能，故D错误。 故选C。 7．“破镜重圆”真的有可能发生吗？最近，物理学家在实验室观察到了某种金属材料发生的神奇现象：当该金属出现极细小裂纹时，裂纹会在分子力作用下快速自我修复，从而实现了真正的“破镜重圆”。已知分子间平衡距离为。下列说法正确的是（    ） A．裂纹修复过程中裂纹处的分子力做正功 B．裂纹修复过程中裂纹处的分子势能变大 C．裂纹自我修复现象与热力学第二定律相矛盾 D．当裂纹两边的分子间距大于时，分子间仍有较明显的分子力 【答案】A 【详解】AB．在裂纹处，分子间距，分子间作用力表现为引力，裂纹修复时引力做正功，分子势能减小。故A正确；B错误； C．在分子间引力作用下，裂纹自然修复，体现了热力学过程的方向性，符合热力学第二定律。故C错误； D．当分子间距时，分子间几乎没有作用力。故D错误。 故选A。 8．关于能量的转化，判断下列说法中正确的是（　　） A．尽管科技不断进步，热机的效率仍不能达到100%，制冷机却可以使温度降到 B．第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，随着科技的进步和发展，第二类永动机可以制造出来 C．空调机既能制热又能制冷，说明传热不存在方向性 D．热量不可能由低温物体传给高温物体而不发生其他变化 【答案】D 【详解】A．尽管科技不断进步，热机的效率仍不能达到100%，制冷机不可以使温度降到，只能接近不能达到，故A项错误； B．第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，违背热力学第二定律，第二类永动机不可能制造出来，故B项错误； CD．由热力学第二定律可知，热量不可能由低温物体传给高温物体而不发生其他变化。即热量能够自发地从高温物体传递到低温物体，但在不自发的条件下，能从低温物体传递到高温物体，故C错误，D正确。 故选D。 9．气闸舱是载人航天器中供航天员进入太空或由太空返回时所使用的气密性装置，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．航天员从太空返回气闸舱时，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，则（　　） A．气体体积膨胀，对外做功，内能减小 B．B中气体可自发地全部退回到A中 C．在自由膨胀过程中，所有气体分子的运动方向相同 D．气体分子单位时间内与A舱壁单位面积上的碰撞次数将减少 【答案】D 【详解】AC．气体自由膨胀，所有气体分子的运动方向并不相同，气体没有对外做功，同时由于整个系统与外界没有热交换，根据热力学第一定律可知，内能不变，故AC错误； B．一切与热有关的宏观过程均具有方向性，故B中气体不可能自发地全部退回到A中，故B错误； D．因为内能不变，故温度不变，分子平均动能不变，气闸舱B内为真空，所以气体的密集程度减小，可知气体分子单位时间内与A舱壁单位面积的碰撞次数将减少，故D正确。 故选D。 10．如图所示为冰箱工作原理示意图。制冷剂在蒸发器中汽化吸收冰箱内的热量，经过冷凝器时液化，放出热量到冰箱外。下列选项正确的是（　　） A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外 B．冰箱的工作原理违背热力学第一定律 C．冰箱的工作原理违背热力学第二定律 D．冰箱的制冷系统能够不断地从冰箱内向冰箱外传递热量，但同时消耗了电能 【答案】D 【详解】AD．根据热力学第二定律，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，冰箱的制冷系统能够不断地从冰箱内向冰箱外传递热量，但同时消耗了电能。故A错误；D正确； BC．电冰箱的工作原理不违背热力学第一定律和热力学第二定律，故BC错误。 故选D。 二、多选题 11．我们绝不会看到：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来。对其原因，下列说法不正确的是（　　） A．这违背了能量守恒定律 B．在任何条件下内能都不可能转化为机械能，机械能会转化为内能 C．机械能和内能的转化过程具有方向性，内能转化成机械能是有条件的 D．机械能可全部转化为内能，而内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化 【答案】AB 【详解】机械能和内能可以相互转化，但必须通过做功来实现，由热力学第二定律可知，内能不可能全部转化成机械能，同时不引起其他变化；该过程并不违背能量守恒定律，但是违背了热力学第二定律。故AB错误，CD正确。 此题选择不正确的，故选AB。 12．关于热力学第二定律，下列说法正确的是（　　） A．功转变为热的实际宏观过程是不可逆的 B．一切不违背能量守恒定律的物理过程都是可以实现的 C．由热力学第二定律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】ACD．热力学第二定律是反映宏观自然过程的方向性的定律，功转变为热的实际宏观过程是不可逆的，由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行，选项AC正确，选项D错误； B．由热力学第二定律可知，并不是所有符合能量守恒定律的宏观过程都能实现，选项B错误。 故选AC。 13．下列现象能够发生，并且不违背热力学第二定律的是（　　） A．一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热 B．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化为机械能 C．桶中浑浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离 D．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 【答案】CD 【详解】A．一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热，这违背了热力学第二定律，不能发生，选项A错误； B．根据热力学第二定律，蒸汽机不可能把蒸汽的内能全部转化为机械能，选项B错误； C．该选项中说的不是热现象，不违背热力学第二定律，选项C正确； D．空调机在制冷过程中消耗了电能，所以不违背热力学第二定律，则从室内吸收的热量少于向室外放出的热量，能发生，故选项D正确。 故选CD。 14．关于热力学定律，下列说法正确的是（    ） A．外界对某系统做正功，该系统的内能一定增加 B．第二类永动机没有违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律 C．低温系统可以向高温系统传递热量而不引起其他变化 D．无论科技如何进步与发展，热机的效率都不可能达到100% 【答案】BD 【详解】A．根据可知，外界做正功即，有可能同时放热即，故内能的变化不确定，故A错误； B．第二类永动机没有违反能量守恒定律，但是违背了热力学第二定律，所以不可能制成，故B正确； C．热传递过程也具有方向性，热量能自发地从高温物体传给低温物体，但是热量要从低温物体传到高温物体，必然要引起其他变化（外界对系统做功），故C错误； D．根据热力学第二定律，无论科技如何进步与发展，热机的效率都不可能达到100%，故D正确。 故选BD。 15．关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列说法中正确的是（　　） A．的水和的冰的内能是相等的 B．热力学第一定律也可表述为第一类永动机不可能制成 C．热力学第二定律可描述为“不可能使热量由低温物体传递到高温物体” D．一定质量的理想气体经历一缓慢的绝热膨胀（对外做功）过程，气体的内能减少 【答案】BD 【详解】A．的冰熔化成水，要吸收热量，内能增加，则的冰的内能比等质量的的水的内能小。由于质量的关系不确定，故不能确定的水和的冰的内能的关系，故A错误； C．热力学第一定律也可表述为第一类永动机不可能制成，故B正确； C．热力学第二定律可描述为“不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化”，故C错误： D.一定质量的理想气体经历一缓慢的绝热膨胀过程，则 ， 根据 可知 气体的内能减小，故D正确。 故选BD。 16．关于热力学定律，下列说法正确的是（    ） A．物体的温度可以达到零下300℃ B．第二类永动机违背了能量守恒定律 C．做功和热传递对改变物体的内能是等效的 D．利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，可将海水的部分内能转化为机械能 【答案】CD 【详解】A．零下273℃是低温的极限，则物体的温度不可以达到零下300℃，选项A错误； B．第二类永动机违背了热力学第二定律，不违背能量守恒定律，选项B错误； C．做功和热传递对改变物体的内能是等效的，选项C正确； D．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，所以这在原理上是可行的，故D正确。 故选CD。 17．利用“涡流效应”可实现冷热气体的分离。如图所示，一冷热气体分离装置由喷嘴、涡流室、环形管、分离挡板和冷热两端管等构成。高压氮气由喷嘴切向流入涡流室中，然后以螺旋方式在环形管中向右旋转前进，分子热运动速率较小的气体分子将聚集到环形管中心部位，而分子热运动速率较大的气体分子将聚集到环形管边缘部位。气流到达分离挡板处时，中心部位气流与分离挡板碰撞后原速率反向，从A端流出，边缘部位气流从B端流出。下列说法正确的是（    ） A．A端为冷端，B端为热端 B．单位时间内A端流出气体的内能一定小于B端流出气体的内能 C．该装置气体进出的过程满足能量守恒定律，也满足热力学第二定律 D．该装置气体进出的过程满足能量守恒定律，但违背了热力学第二定律 【答案】AC 【详解】A. 依题意，中心部位为热运动速率较低的气体，与挡板相作用后反弹，从A端流出，而边缘部分热运动速率较高的气体从B端流出；同种气体分子平均热运动速率较大、其对应的温度也就较高，所以A端为冷端、B端为热端，故A正确； B．A端流出的气体分子热运动速率较小，B端流出的气体分子热运动速率较大，则从A端流出的气体分子平均动能小于从B端流出的气体分子平均动能，内能的多少还与分子数有关；依题意，不能得出单位时间内从A端流出的气体内能一定小于从B端流出的气体内能，故B错误； CD．该装置将冷热不均气体的进行分离，喷嘴处有高压，即通过外界做功而实现的，并非是自发进行的，没有违背热力学第二定律；温度较低的从A端出、较高的从B端出，也符合能量守恒定律，故C正确，D错误。 故选AC。 三、解答题 18．(1)传热的方向性能否简单理解为“热量不会从低温物体传给高温物体”？ (2)如图所示是制冷机和热机的工作过程示意图，通过此图思考以下问题： ①制冷机工作时热量是自发地从低温热库传到高温热库吗？ ②热机工作时能否将从高温热库吸收的热量全部用来做功？ 【答案】(1)见解析 (2)见解析 【详解】（1）不能。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，使高温物体的温度降低，低温物体的温度升高，这个过程是自发进行的，不需要任何外界的影响或者帮助，有时我们也能实现热量从低温物体传给高温物体，如电冰箱，但这不是自发地进行的，需要消耗电能。 （2）由图可见制冷机工作时要想热量从低温热库传到高温热库，需要外界做功，不能自发进行。同样由图可见热机工作时能从高温热库吸收的热量不能全部用来做功，有部分热量需要散发到低温热库。 19．某学习小组做了如下实验：先把空的烧瓶放入冰箱冷冻；过一段时间后，取出烧瓶，并迅速把一个气球紧套在烧瓶瓶口上，封闭了一部分气体；然后将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气球逐渐膨胀起来，如图所示。 (1)在气球膨胀的过程中，下列说法正确的是________。 A．该密闭气体分子间的作用力增大 B．该密闭气体组成的系统熵增加 C．该密闭气体的压强是由于气体重力而产生的 D．该密闭气体的体积是所有气体分子的体积之和 (2)若将该密闭气体视为理想气体，气球逐渐膨胀的过程中，气体对外做了0.6J的功，同时吸收了0.9J的热量，则该气体内能变化了 J；若气球在膨胀过程中迅速脱离瓶颈，则此时该气球内气体的温度 （填“升高”或“降低”）。 【答案】(1)B (2) 0.3 降低 【详解】（1）A．气球内气体的体积增大，微观上体现为分子间距离增大，则分子间的引力作用减小，选项A错误。 B．系统自发变化时总是向着熵增加的方向发展，选项B正确。 C．气体的压强是大量做无规则热运动的分子对器壁频繁、持续地碰撞而产生的，选项C错误。 D．气体分子之间有很大的间距，因此气体的体积不是气体分子的体积之和，选项D错误。 故选B。 （2）[1]由题意可知，变化过程中，，，由热力学第一定律得 [2]气球迅速脱离瓶颈的过程中，气体体积增大，对外做功，且，由热力学第一定律知 故气球内气体温度降低。 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第12讲 热力学第二定律 【考点归纳】 · 考点一：热力学第二定律的两种表述 · 考点二：第二类永动机问题 · 考点三：热力学第二定律的微观意义 · 考点四：熵和熵的增加原理 · 考点五：热力学三大定律区别与联系 · 考点六：热力学三大定律的综合问题 【知识归纳】 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2、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． 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．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． 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 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 【题型归纳】 题型一：热力学第二定律的两种表述 1．根据热力学第二定律，下列说法正确的是（　　） A．热量可以从低温物体传到高温物体 B．对能源的过度消耗不会形成“能源危机” C．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化为机械能 D．一切与热现象有关的宏观自然过程都是可逆的 2．热力学第二定律表明（　　） A．不可能从单一热源吸收热量使之全部变为有用功 B．摩擦生热的过程是不可逆的 C．热机中，燃气的内能可全部用于对外做功 D．热量不可能从温度低的物体传到温度高的物体 3．热力学第二定律表明（    ） A．不可能从单一热源吸收热量使之全部变为有用的功 B．摩擦生热的过程是不可逆的 C．热不能全部转变为功 D．热量不可能从温度低的物体传到温度高的物体 题型二：第二类永动机问题 4．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 5．如图所示，汽缸内盛有一定质量的理想气体，汽缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与汽缸壁的接触是光滑的，但不漏气，现通过活塞杆使活塞缓慢地向右移动，这样气体将等温膨胀并通过活塞对外做功。若已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法中正确的是（　　）    A．气体是从单一热源吸热，并全部用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律 B．气体是从单一热源吸热，但并未全部用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律 C．气体是从单一热源吸热，并全部用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律 D．气体不是从单一热源吸热，且并未全部用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律 6．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：热力学第二定律的微观意义 7．下列关于热力学第二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，一个孤立系统的总熵可能减小 8．关于热力学第二定律说法正确的是（　　） A．在自然过程中，一个孤立系统的总熵可能减小 B．从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律 C．热量能自发地从低温物体传向高温物体 D．物体可以从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响 9．下列关于热力学第二定律的说法正确的是（　　） A．所有符合能量守恒定律的宏观过程都能发生 B．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的 C．机械能可以全部转化为内能，在不产生其他影响的情况下，内能可以全部用来做功而转化成机械能 D．气体向真空的自由膨胀是可逆的 题型四：熵和熵的增加原理 10．下列说法正确的是（　　） A．可以从单一热库吸收热量使之完全变成功 B．一定质量的理想气体在等温膨胀过程中吸收的热量大于对外界做的功 C．一个系统总是从有序状态向混乱的无序状态发展 D．做功和热传递都是通过能量转化的方式改变物体内能的 11．对于孤立体系中发生的实际过程，下列说法中正确的是（　　） A．系统的总熵只能减小，不可能增加 B．系统的总熵可能增大，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 12．将一件裙子放进死海，3年后成了一件精美的艺术品（如图）。其形成原因是海水中的盐，不断在衣服表面结晶所产生的。根据这一现象下列说法不正确的是（　　）    A．结晶过程看似是自发的，其实要受到环境的影响 B．结晶过程是无序向有序转变的过程 C．盐在溶解的过程中熵是增加的 D．这件艺术品被精心保存在充满惰性气体的密闭橱窗里，可视为孤立系统，经过很长时间后，该艺术品的熵可能减小 题型五：热力学三大定律区别与联系 13．关于热力学定律的表述与理解，下列说法正确的是（　　） A．热力学第一定律指出，不可能达到绝对零度 B．热力学第一定律阐述了热传递具有方向性 C．热力学第二定律可描述为“气体向真空的自由膨胀是不可逆的” D．热力学第二定律可描述为“不可能使热量由低温物体传递到高温物体” 14．关于热力学定律，下列说法中正确的是（　　） A．热量不能从低温物体传到高温物体 B．在一定条件下，物体的温度可以降低到0K C．第二类永动机违背了热力学第一定律，因而是不可能实现的 D．一个物体的内能增加，必定有其他物体对它做功或向它传递热量 15．根据热力学定律，可知下列说法中正确的是（　　） A．外界对物体做功，物体的内能必定增加 B．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 C．随着科技的发展，机械效率是100%的热机是可能制成的 D．凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量只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 题型六：热力学三大定律的综合问题 16．如图所示，一个固定在水平面上的绝热容器被隔板A分成体积均为的左右两部分。面积为的绝热活塞B被锁定，隔板A的左侧为真空，右侧中一定质量的理想气体处于温度、压强的状态1。抽取隔板A，右侧中的气体就会扩散到左侧中，最终达到状态2。然后解锁活塞B，同时施加水平恒力F，仍使其保持静止，当电阻丝C加热时，活塞B能缓慢滑动（无摩擦），使气体达到温度的状态3，气体内能增加。已知大气压强，隔板厚度不计。 （1）气体从状态1到状态2是___（选填“可逆”或“不可逆”）过程，分子平均动能____（选填“增大”、“减小”或“不变”）； （2）求水平恒力F的大小； （3）求电阻丝C放出的热量Q。 17．小张同学试用如图所示的高压锅，她盖好密封锅盖，将压力阀套在出气孔上，给高压锅加热，当锅内气体压强达到一定值时，气体把压力阀顶起。在压力阀恰好被顶起瞬间，她停止加热。 （1）根据分子动理论，从微观上说明定容加热过程中锅内气体压强的变化； （2）小张试用结束后撤走压力阀放气，锅内气体对外界做功，同时向外界放出的热量。锅内原有气体的内能如何变化；变化了多少；放出的气体可以自发地从出气孔流回高压锅吗；为什么； （3）若大气压强随海拔高度H线性减小，即（常数）。分析小张在不同海拔地区使用该压力锅，当压力阀被顶起时，锅内气体的温度有何差异。 地球是我们赖以生存的家园，这颗漂亮的蓝色星球之所以这么迷人，是因为地球上存在着丰富的水资源。如图所示，是水存在的三种形态： 18．冰是水的固态形式，固体分为晶体和非晶体两种，请问冰是晶体还是非晶体？请你说出判断依据。 19．由液态变为气态的过程，称为汽化。请根据液体和气体的微观结构区别，说一说为什么水汽化成水蒸气的过程需要吸收热量？ 20．下左图是分子间相互作用力随分子间距的变化示意图，请你在该图的基础上，画出分子势能随分子间距变化的示意图。 21．利用液体热胀冷缩的性质，伽利略制作了第一支温度计。已知标准大气压下，20℃时水的密度为，36℃时水的密度为，请结合以上图像，说一说温度升高时，水的内能的变化情况。 22．已知标准状况下，水的密度为，水蒸气的摩尔体积为，阿伏加德罗常数为。请根据以上数据，估算的水中所含水分子数与的水蒸气中所含水分子数，并根据结果分析气体和液体中分子间距的大小关系。 23．一定质量的水蒸气（可看做理想气体）经过如图所示的一系列状态变化过程。 （1）比较c状态与a的状态的体积大小，写出你的判断依据。 （2）比较b状态与c状态的内能大小，写出你的判断依据。 （3）分析从a状态到b状态的过程，气体应该吸热还是放热？（要求写出分析过程） （4）经过a→b→c→a的循环过程，气体是对外做功了，还是外界对气体做功了？ 24．水不但是生命之源，还为我们提供了大量的能源，三峡大坝（如图所示）年发电量超过1000亿千瓦时。随着科技与生产力的不断进步，人类对能源的需求也在不断增长，请你结合热力学第二定律，简要说说人类在开发与利用能源时有哪些需要注意的事情。 【双基达标】 一、单选题 1．关于热学问题，下列说法正确的是（　　） A．液体温度越高，布朗运动越显著 B．花粉颗粒的无规则运动就是分子的热运动 C．第二类永动机不可制成是由于它违背了能量守恒定律 D．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 2．下列说法中正确的是（　　） A．热量不能自发地从低温物体传到高温物体 B．密封在容器中的气体，在完全失重的情况下，对器壁的压强为零 C．第二类永动机没有违反能量守恒定律但违背热力学第一定律 D．压缩气体时气体会表现出抗拒压缩的力是由于气体分子间存在斥力的缘故 3．在热学中，下列说法正确的是（　　） A．第一类永动机不可制成是由于它违背了能量守恒定律 B．第二类永动机不可制成是由于它违背了能量守恒定律 C．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 D．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 4．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 5．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．在封闭的房间里打开冰箱一段时间后，房间温度会降低 C．电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律 D．电冰箱的工作原理违反热力学第二定律 6．根据热力学定律，下列说法正确的有（　　） A．一切符合能量守恒定律的宏观过程都能发生 B．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” C．空调在制冷的过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量 D．热机工作时如果没有漏气和摩擦，也没有机体热量的损失，燃料燃烧产生的热量是可以完全转化成机械能的 7．“破镜重圆”真的有可能发生吗？最近，物理学家在实验室观察到了某种金属材料发生的神奇现象：当该金属出现极细小裂纹时，裂纹会在分子力作用下快速自我修复，从而实现了真正的“破镜重圆”。已知分子间平衡距离为。下列说法正确的是（    ） A．裂纹修复过程中裂纹处的分子力做正功 B．裂纹修复过程中裂纹处的分子势能变大 C．裂纹自我修复现象与热力学第二定律相矛盾 D．当裂纹两边的分子间距大于时，分子间仍有较明显的分子力 8．关于能量的转化，判断下列说法中正确的是（　　） A．尽管科技不断进步，热机的效率仍不能达到100%，制冷机却可以使温度降到 B．第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，随着科技的进步和发展，第二类永动机可以制造出来 C．空调机既能制热又能制冷，说明传热不存在方向性 D．热量不可能由低温物体传给高温物体而不发生其他变化 9．气闸舱是载人航天器中供航天员进入太空或由太空返回时所使用的气密性装置，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．航天员从太空返回气闸舱时，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，则（　　） A．气体体积膨胀，对外做功，内能减小 B．B中气体可自发地全部退回到A中 C．在自由膨胀过程中，所有气体分子的运动方向相同 D．气体分子单位时间内与A舱壁单位面积上的碰撞次数将减少 10．如图所示为冰箱工作原理示意图。制冷剂在蒸发器中汽化吸收冰箱内的热量，经过冷凝器时液化，放出热量到冰箱外。下列选项正确的是（　　） A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外 B．冰箱的工作原理违背热力学第一定律 C．冰箱的工作原理违背热力学第二定律 D．冰箱的制冷系统能够不断地从冰箱内向冰箱外传递热量，但同时消耗了电能 二、多选题 11．我们绝不会看到：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来。对其原因，下列说法不正确的是（　　） A．这违背了能量守恒定律 B．在任何条件下内能都不可能转化为机械能，机械能会转化为内能 C．机械能和内能的转化过程具有方向性，内能转化成机械能是有条件的 D．机械能可全部转化为内能，而内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化 12．关于热力学第二定律，下列说法正确的是（　　） A．功转变为热的实际宏观过程是不可逆的 B．一切不违背能量守恒定律的物理过程都是可以实现的 C．由热力学第二定律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 13．下列现象能够发生，并且不违背热力学第二定律的是（　　） A．一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热 B．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化为机械能 C．桶中浑浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离 D．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 14．关于热力学定律，下列说法正确的是（    ） A．外界对某系统做正功，该系统的内能一定增加 B．第二类永动机没有违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律 C．低温系统可以向高温系统传递热量而不引起其他变化 D．无论科技如何进步与发展，热机的效率都不可能达到100% 15．关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列说法中正确的是（　　） A．的水和的冰的内能是相等的 B．热力学第一定律也可表述为第一类永动机不可能制成 C．热力学第二定律可描述为“不可能使热量由低温物体传递到高温物体” D．一定质量的理想气体经历一缓慢的绝热膨胀（对外做功）过程，气体的内能减少 16．关于热力学定律，下列说法正确的是（    ） A．物体的温度可以达到零下300℃ B．第二类永动机违背了能量守恒定律 C．做功和热传递对改变物体的内能是等效的 D．利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，可将海水的部分内能转化为机械能 17．利用“涡流效应”可实现冷热气体的分离。如图所示，一冷热气体分离装置由喷嘴、涡流室、环形管、分离挡板和冷热两端管等构成。高压氮气由喷嘴切向流入涡流室中，然后以螺旋方式在环形管中向右旋转前进，分子热运动速率较小的气体分子将聚集到环形管中心部位，而分子热运动速率较大的气体分子将聚集到环形管边缘部位。气流到达分离挡板处时，中心部位气流与分离挡板碰撞后原速率反向，从A端流出，边缘部位气流从B端流出。下列说法正确的是（    ） A．A端为冷端，B端为热端 B．单位时间内A端流出气体的内能一定小于B端流出气体的内能 C．该装置气体进出的过程满足能量守恒定律，也满足热力学第二定律 D．该装置气体进出的过程满足能量守恒定律，但违背了热力学第二定律 三、解答题 18．(1)传热的方向性能否简单理解为“热量不会从低温物体传给高温物体”？ (2)如图所示是制冷机和热机的工作过程示意图，通过此图思考以下问题： ①制冷机工作时热量是自发地从低温热库传到高温热库吗？ ②热机工作时能否将从高温热库吸收的热量全部用来做功？ 19．某学习小组做了如下实验：先把空的烧瓶放入冰箱冷冻；过一段时间后，取出烧瓶，并迅速把一个气球紧套在烧瓶瓶口上，封闭了一部分气体；然后将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气球逐渐膨胀起来，如图所示。 (1)在气球膨胀的过程中，下列说法正确的是________。 A．该密闭气体分子间的作用力增大 B．该密闭气体组成的系统熵增加 C．该密闭气体的压强是由于气体重力而产生的 D．该密闭气体的体积是所有气体分子的体积之和 (2)若将该密闭气体视为理想气体，气球逐渐膨胀的过程中，气体对外做了0.6J的功，同时吸收了0.9J的热量，则该气体内能变化了 J；若气球在膨胀过程中迅速脱离瓶颈，则此时该气球内气体的温度 （填“升高”或“降低”）。 2 学科网（北京）股份有限公司 $$