3.4 热力学第二定律-【无畏物理】2024-2025学年高二物理同步学案（人教版2019选择性必修三）

高中物理 选择性必修三 第三章 热力学定律 3.4 热力学第二定律 热力学第二定律 知识点一 1.热力学第二定律的两种表述： ①克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。 ②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。 2.开尔文表述阐述了机械能与内能转化的方向性：机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功以转换成机械能。 3.热机工作时从高温热库吸收的热量Q，只有一部分用来做功W，转变为机械能，另一部分热量要排放给低温热库（冷凝器或大气）。也就是说，热机在工作过程中必然排出部分热量，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。因此，即使没有任何漏气、摩擦、不必要的散热等损失，热机的效率也不会是100%。 注意：热力学第二定律的克劳修斯和开尔文表述是等价的。 4.热力学第二定律的微观意义：热力学第二定律是一个统计规律，一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序度更大的方向发展．即一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行． 5.对热力学第二定律的微观意义的理解：热力学过程就是大量分子无序运动状态的变化。从微观看，在功转化为热的过程中，自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程，但其逆过程却不能自发的进行，即不可能由大量分子无规则的热运动自发转变为有序运动； 热机 知识点二 1.热机是把内能转化成机械能的装置。其原理是热机从热源吸收热量Q1，推动活塞做功W，然后向冷凝器释放热量Q2。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。由能量守恒定律可得： Q1=W+Q2 2.热机的效率：热机输出的机械功W与燃料产生的热量Q的比值。用公式表示：η＝。 第二类永动机 知识点三 1.第二类永动机：只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用的功而不引起其他变化的热机。第二类永动机不可能制成，表示尽管机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化为机械能而同时不引起其他变化。 2.第二类永动机不可能制成的原因：不违背热力学第一定律，不违背能量守恒定律，但违背了热力学第二定律。 熵和熵增加原理 知识点四 1.有序和无序：只要确定了某种规则，符合这个规则的就叫做有序，不符合某种确定规则的称为无序；无序意味着各处都一样，平均、没有差别，有序则相反． 2.宏观态和微观态：在统计物理学中，符合某种规则的状态，叫做热力学系统的宏观态．一个规则下，即一个宏观态下，可能有不同方案，每个方案就是一个微观态即与一个宏观态对应的微观态可能不止一个，如果一个宏观态对应的微观态比较多，就说这个宏观态是比较无序的． 3.熵：①物理意义:系统内分子运动无序性的量度．熵的大小表征热力学系统内粒子热运动的杂乱无章的程度。 4.熵增加原理：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小。 能量耗散和品质降低 知识点五 1.能量耗散：自然界中集中度较高（即有序度较高）的能量，如机械能、电能、化学能等，当它们变为环境的内能后，就成为更加分散也是无序度更大的能量，没有办法把这些分散无序度更大的内能重新变为有序度较高的能量加以利用，这种现象叫做能量耗散． 2.品质降低：能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式叫品质降低． 3.能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的自发变化过程具有方向性，能量耗散虽然不会导致能量总量的减少，却会导致能量品质的降低． 4.能源是社会存在与发展永远不可或缺的必需品，是国民经济运行的物质基础，它与材料、信息构成现代社会的三大支柱．说明：虽然能量总量不会减少，但能源会逐步减少，因此能源是有限的资源。 热力学第二定律 考点一 【例1.1】(多选)下列说法中正确的是(　AC　) 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 [解析：热力学第二定律是反映宏观自然过程的方向性的定律，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，但可以自发地从高温物体传到低温物体；并不是所有符合能量守恒定律的宏观过程都能实现，故A、C正确，B、D错误。] 【例1.2】下列说法正确的是(　C　) A．一切形式的能量间的相互转化都具有方向性 B．热量不可能从低温物体传给高温物体 C．气体的扩散过程具有方向性 D．一切形式的能量间的相互转化都不具有可逆性 [解析：热力学第二定律反映了所有与热现象有关的宏观过程都具有方向性，A、D错误；热量不是不能从低温物体传给高温物体，关键是会不会产生其他影响，B错误；气体扩散过程具有方向性，C正确。] 【练习1.1】下列说法正确的是（ D ） A．热量不能由低温物体传到高温物体 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，是因为违反了能量守恒定律 D．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 [解析：热量不能自发由低温物体传递到高温物体，A错；影响内能的方式有做功和热传递，外界对物体做功W＞0，物体可能同时向外界放热Q＜0，根据热力学第一定律知物体的内能不一定增加，B错；第二类永动机不可能制成是违反了热力学第二定律，C错；由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，D对] 【练习1.2】(多选)根据热力学第二定律，下列说法正确的是(　ACD　) A．热机中燃气的内能不可能全部变成机械能 B．电能不可能全部转变成内能 C．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部转变成电能 D．在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体 [解析：凡是与热现象有关的宏观热现象都具有方向性。热机的效率不可能达到100%，A正确；火力发电机发电时，能量转化的过程为内能→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转变为电能，C正确；热量从低温物体传递到高温物体不能自发进行，必须借助外界的帮助，结果会带来其他影响，这正是热力学第二定律第一种(克劳修斯)表述的主要思想，D正确。] 【练习1.3】(多选)根据热力学第二定律，下列说法中正确的是(　AD　) 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 [解析：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；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；冰箱向外传递热量时消耗了电能，故C错误；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。] 【练习1.4】(多选)下列关于热力学第二定律的说法正确的是(　BC　) A．所有符合能量守恒定律的宏观过程都能真的发生 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，而内能无法全部用来做功以转换成机械能而不带来其他影响 D．气体向真空的自由膨胀是可逆的 [解析：热运动的宏观过程会具有一定的方向性，符合能量守恒定律的宏观过程并不能都真的发生，故A错误，根据热力学第二定律，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，所以气体向真空的自由膨胀是不可逆的，故B正确，D错误；根据热力学第二定律，不可能从单一热源吸收热量使之完全变成功而不产生其他影响，所以机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功变成机械能，故C正确。] 【练习1.5】(多选)根据热力学第二定律可知，下列说法正确的有(　BD　) A．热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体 B．热量能够从高温物体传到低温物体，也可能从低温物体传到高温物体 C．机械功可以全部转化为热量，但热量不可能全部转化为机械功 D．机械功可以全部转化为热量，热量也可能全部转化为机械功 [解析：根据传热的规律可知热量能够从高温物体传到低温物体；当外界对系统做功时，可以使系统从低温物体吸取热量传到高温物体上去，制冷机(例如冰箱和空调)就是这样的装置，但是热量不能自发地从低温物体传到高温物体；一个运动的物体，克服摩擦阻力做功，最终停止，在这个过程中机械功全部转化为热量，外界条件发生变化时，热量也可以全部转化为机械功；例如在等温膨胀过程中，系统吸收的热量全部转化为对外界做的功。] 【练习1.6】关于热力学定律和分子动理论，下列说法中正确的是(　B　) 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,在原理上是可行的 C．在分子力作用范围内，分子力总是随分子间距离的增大而减小 D．温度升高时，物体中每个分子的运动速率都将增大 [解析：由热力学第二定律可知，A错误，B正确；由分子间作用力与分子间距离的关系可知，C错误；温度升高时，物体中分子的平均动能增大，但并不是每个分子的动能都增大，即并不是每个分子的运动速率都增大，D错误。] 【练习1.7】(多选)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。其原因的下列说法正确的是(　CD　) 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，只有机械能才会转化为内能 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．机械能可以全部转化为内能，而内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化 [解析：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为机械能，同时不引起其他变化；无论采用任何设备和手段进行能量转化总是遵循能量守恒定律，故C、D正确。] 【练习1.8】关于热现象和热学规律，下列说法中正确的是(　D　) A．随着低温技术的发展，我们可以使温度逐渐降低，并达到绝对零度，最终实现热机效率100% B．热量不可能从低温物体传递给高温物体 C．第二类永动机遵从能量守恒，故能做成 D．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功2.0×105 J，同时空气向外界放出热量1.5×105 J，则空气的内能增加了0.5×105 J [解析：由热力学第二定律知B、C错；绝对零度不可达到，A错；由热力学第一定律知D正确。] 【练习1.9】在学习了内能及能量的转化和守恒后，同学们在一起梳理知识时交流了以下想法，你认为其中不正确的是（ B ） A．做功可以改变物体的内能 B．热传递改变物体内能是不同形式的能量的相互转化 C．在一定条件下各种形式的能量都可以相互转化 D．能量在转移和转化的过程中总会有损耗，但能量的总量总保持不变 [解析：做功和热传递都可以改变物体的内能，A对；热传递是不同物体间的内能相互转移，B错；在一定条件下各种形式的能量都可以相互转化，C对；D．能量在转化和转移的过程中总会有损耗，例如电动机的工作原理就是电能转化为机械能，但是因为机械之间存在摩擦，摩擦生热，所以有一部分电能转化为内能，而这部分的能量转化是我们不需要的，所以可以称这部分能量损耗了．根据能量守恒定律，自然界中所有能量的总量保持不变，D对．选B．] 【例1.3】(多选)如图中汽缸内盛有定量的理想气体，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，现将活塞杆缓慢向右移动，这样气体将等温膨胀并通过杆对外做功。若已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法正确的是(　CD　) A．气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，此过程违背热力学第二定律 B．气体是从单一热源吸热，但并未全部用来对外做功，此过程不违背热力学第二定律 C．气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，此过程不违背热力学第二定律 D．气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，此过程不违背热力学第一定律 [解析：由于气体始终通过汽缸与外界接触，外界温度不变，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源即外部环境吸收热量，即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，C、D正确。] 【例1.4】（多选）如图所示为电冰箱的工作原理图，压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环。那么，下列说法中正确的是（ BC ） A．在冰箱外的管道中，制冷剂迅速膨胀并放出热量 B．在冰箱内的管道中，制冷剂迅速膨胀并吸收热量 C．在冰箱外的管道中，制冷剂被剧烈压缩并放出热量 D．在冰箱内的管道中，制冷剂被剧烈压缩并吸收热量 [解析：氟利昂是一种既容易汽化又容易液化的物质；工作时电动压缩机使氟利昂压缩液化，压入冰箱外的冷凝器管里。由于氟利昂液化，将热量放出，A错C对；冷凝器内的液态氟利昂，经过一段很细的毛细管进入冰箱内冷冻室的管子里迅速汽化，从冰箱的内部吸收热量，使冰箱内部的温度降低，B对D错；] 【练习1.10】(多选)关于制冷机制冷过程的说法中，正确的是(　BD　) A．此过程违反了热力学第二定律 B．此过程没有违反热力学第二定律 C．此过程违反了能量守恒定律 D．此过程没有违反能量守恒定律 [解析：制冷机可以从低温物体吸收热量传给高温物体但必须消耗电能，热力学第二定律并不否认热量可从低温物体传给高温物体，只是该过程会产生其他影响，A错B对；任何自然和物理过程都不违反能量守恒定律，C错D对] 【练习1.11】一种冷暖两用型空调在制热时，每消耗电能，放出约的热量。下列说法正确的是（　D　） A．空调制热过程产生了新能量 B．空调制热时放出的热量全部是由电能转化面来的 C．此过程违反了能量守恒定律 D．空调制热时放出的热量，一部分是由电能转化而来，另一部分则是从外界吸收 [解析：该空调向室内放出的热量，一部分是通过电流做功，消耗电能转化而来，另一部分则是通过从外界吸收，因此并不违反能量守恒定律，故选项D正确，ABC错误。故选D。] 【练习1.12】(多选)如图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(　BC　) 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．电冰箱的工作原理不违背热力学第一定律 D．电冰箱的工作原理违背热力学第一定律 [解析：热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律，是能的转化和守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，C正确，D错误；再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，必须借助于其他系统做功，A错误，B正确。] 【练习1.13】(多选)如图所示，导热性能良好的汽缸固定在水平地面上，用活塞把一定质量的理想气体封闭在汽缸中，汽缸的内壁光滑，现用水平外力F作用于活塞杆，使活塞缓慢地向右移动，由状态①变化到状态②，如果环境温度保持恒温，则在此过程中，下列说法正确的是( BCD ) A．每个气体分子的速率都不变 B．单位时间内汽缸单位面积上气体分子撞击次数减少 C．气体内能不变，从外界吸热，并对外界做功 D．气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，此过程不违反热力学第二定律 [解析：封闭气体等温膨胀过程，温度是分子热运动平均动能的标志，故分子热运动的平均动能不变，不是每个分子动能都不变，A错；气体等温膨胀，根据玻意耳定律PV=C，可知气压不断减小，单位体积内的分子数减少，所以单位时间内气缸单位面积上气体分子撞击次数减少，B对；根据热力学第一定律可知，内能不变，气体膨胀对外做功，即W＜0，所以Q＞0吸热，C对；气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，此过程可以实现，不违反热力学第二定律，但是反之是不可能的，D对] 熵和熵增加原理 考点二 【例2】(多选)一个密闭的容器内有稀薄气体，在容器上开一个小口，外部的空气就会流入容器，在气体流入过程中，容器内靠近开口处的空气密度暂时变得比内部大，以下说法正确的是（ BCD ） A．此时容器内气体处于一个不平衡状态，是一个最无序的状态 B．外界的影响破坏了容器内气体的平衡 C．上面事实说明热力学第二定律只适用于封闭系统 D．对一个开放系统并不一定是最无序的分布 [解析：本来密闭容器内的气体处于平衡态，在容器上开一个小口后，有外部空气流入容器，在气体流入过程中内部平衡被破坏，容器内靠近开口处的空气密度比内部大，这是比较有序的状态，是一个不平衡状态，之后要发生变化，达到一个新的平衡状态，这一现象说明热力学第二定律只适用于封闭系统，不适用于开放系统，一个开放系统内的分子运动并不一定是最无序的状态。] 【练习2.1】(多选)下列说法中正确的是(　BD　) A．机械能和内能之间的转化是不可逆的 B．气体向真空的自由膨胀是不可逆的 C．如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说明这个“宏观态”是比较有序的 D．如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说明这个“宏观态”是比较无序的 [解析：热现象的宏观过程都是不可逆的，故A错误，B正确；微观态越多越无序，因为无序是各处都一样，平均没有差别，故D正确，C错误。] 【练习2.2】(多选)下列说法正确的是 ( AD ) A．如果大量分子的集合从A分布进入B分布的概率大于从B分布进入A分布，则B分布更无序 B．如果大量分子的集合从A分布进入B分布的概率大于从B分布进入A分布，则A分布更无序 C．大量分子的集合能自发地从A分布进入B分布，则该过程是可逆的 D．大量分子的集合能自发地从A分布进入B分布，则该过程是不可逆的 [解析：大量分子的集合总是向无序性增大的方向发展，若从A分布进入B分布的概率更大，则表明这一过程更容易出现，可见B更无序。宏观热现象在自发进行时，总是有方向性的，是不可逆的，AD对] 【练习2.3】(多选)对于孤立体系中发生的实际过程，下列说法中正确的是(　AC　) A．系统的总熵只能增大，不可能减小 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有序的状态发展 [解析：在孤立体系中发生的实际过程，其系统的总熵是增加的，它不可能减小，故A正确，B错误；根据熵增加原理，系统总是自发的从比较有序的状态向更无序的状态发展，故C正确，D错误。] 能源与发展和环境 考点三 【例3】(多选)下列关于能量耗散的说法正确的是(　BCD　) A．能量耗散使能的总量减少，违背了能量守恒定律 B．能量耗散是指耗散在环境中的内能再也不能被人类利用 C．各种形式的能量向内能的转化，是能够自动全额发生的 D．能量耗散导致能量品质的降低 [解析：能量耗散是能量在转化的过程中有一部分以内能的形式被周围环境吸收，遵守能量守恒定律，但使得能量品质降低，选项A错误，D正确；耗散的内能无法再被利用，选项B正确；其他形式的能在一定的条件下可以全部转化为内能，但相反过程却不能够全额进行，选项C正确。故B、C、D正确。] 【练习3.1】(多选)热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象。所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把流散的能量重新收集、重新加以利用。下列关于能量耗散的说法中正确的是(　CD　) A．能量耗散说明能量不守恒 B．能量耗散不符合热力学第二定律 C．能量耗散过程中能量仍守恒 D．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性 [解析：能量耗散过程能量仍守恒，但可利用的能源越来越少，这说明自然界中的宏观过程具有方向性，恰恰符合热力学第二定律，故C、D正确。] 【练习3.2】(多选)下列关于能源的说法中正确的是(　BC　) A．能源是取之不尽，用之不竭的 B．能源是有限的，特别是常规能源，如煤、石油、天然气等 C．大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源 D．核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭大 [解析：尽管能量守恒，但耗散的能量无法重新收集利用，所以能源是有限的，特别是常规能源，A错误，B正确；常规能源的利用比新能源核能的利用对环境影响大，C正确，D错误。] 【练习3.3】(多选)煤、石油、天然气作为能源的共同特点的下列说法正确的是(　BCD　) A．可再生能源，取之不尽，用之不竭 B．不可再生能源，用一点，少一点 C．来自太阳辐射的能量 D．污染环境的能源 [解析：煤、石油、天然气是不可再生、污染环境的能源，它是由动、植物转化而来的，其来源可追溯到太阳能，故B、C、D正确。] 【练习3.4】下列说法正确的是(　B　) 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 [解析：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，选项A错误；根据热力学定律可知，与热现象有关的宏观自然过程具有方向性，能量耗散就是从能量的角度反映了这种方向性，选项B正确；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，选项C错误；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，选项D错误。] 【练习3.5】下列说法中正确的是(　D　) 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．随着技术不断发展，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 [解析：由于电阻的存在电流通过电动机时一定会发热，电能不能全部转化为机械能，A错；根据热力学第二定律知，热机不可能将内能全部转化为机械能，B错；C项说法违背热力学第二定律，C错；由于能量耗散，能源的可利用率降低，D正确。] 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 高中物理 选择性必修三 第三章 热力学定律 3.4 热力学第二定律 热力学第二定律 知识点一 1.热力学第二定律的两种表述： ①克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。 ②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。 2.开尔文表述阐述了机械能与内能转化的方向性：机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功以转换成机械能。 3.热机工作时从高温热库吸收的热量Q，只有一部分用来做功W，转变为机械能，另一部分热量要排放给低温热库（冷凝器或大气）。也就是说，热机在工作过程中必然排出部分热量，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。因此，即使没有任何漏气、摩擦、不必要的散热等损失，热机的效率也不会是100%。 注意：热力学第二定律的克劳修斯和开尔文表述是等价的。 4.热力学第二定律的微观意义：热力学第二定律是一个统计规律，一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序度更大的方向发展．即一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行． 5.对热力学第二定律的微观意义的理解：热力学过程就是大量分子无序运动状态的变化。从微观看，在功转化为热的过程中，自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程，但其逆过程却不能自发的进行，即不可能由大量分子无规则的热运动自发转变为有序运动； 热机 知识点二 1.热机是把内能转化成机械能的装置。其原理是热机从热源吸收热量Q1，推动活塞做功W，然后向冷凝器释放热量Q2。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。由能量守恒定律可得： Q1=W+Q2 2.热机的效率：热机输出的机械功W与燃料产生的热量Q的比值。用公式表示：η＝。 第二类永动机 知识点三 1.第二类永动机：只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用的功而不引起其他变化的热机。第二类永动机不可能制成，表示尽管机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化为机械能而同时不引起其他变化。 2.第二类永动机不可能制成的原因：不违背热力学第一定律，不违背能量守恒定律，但违背了热力学第二定律。 熵和熵增加原理 知识点四 1.有序和无序：只要确定了某种规则，符合这个规则的就叫做有序，不符合某种确定规则的称为无序；无序意味着各处都一样，平均、没有差别，有序则相反． 2.宏观态和微观态：在统计物理学中，符合某种规则的状态，叫做热力学系统的宏观态．一个规则下，即一个宏观态下，可能有不同方案，每个方案就是一个微观态即与一个宏观态对应的微观态可能不止一个，如果一个宏观态对应的微观态比较多，就说这个宏观态是比较无序的． 3.熵：①物理意义:系统内分子运动无序性的量度．熵的大小表征热力学系统内粒子热运动的杂乱无章的程度。 4.熵增加原理：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小。 能量耗散和品质降低 知识点五 1.能量耗散：自然界中集中度较高（即有序度较高）的能量，如机械能、电能、化学能等，当它们变为环境的内能后，就成为更加分散也是无序度更大的能量，没有办法把这些分散无序度更大的内能重新变为有序度较高的能量加以利用，这种现象叫做能量耗散． 2.品质降低：能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式叫品质降低． 3.能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的自发变化过程具有方向性，能量耗散虽然不会导致能量总量的减少，却会导致能量品质的降低． 4.能源是社会存在与发展永远不可或缺的必需品，是国民经济运行的物质基础，它与材料、信息构成现代社会的三大支柱．说明：虽然能量总量不会减少，但能源会逐步减少，因此能源是有限的资源。 热力学第二定律 考点一 【例1.1】(多选)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 【例1.2】下列说法正确的是(　 　) A．一切形式的能量间的相互转化都具有方向性 B．热量不可能从低温物体传给高温物体 C．气体的扩散过程具有方向性 D．一切形式的能量间的相互转化都不具有可逆性 【练习1.1】下列说法正确的是（ ） A．热量不能由低温物体传到高温物体 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，是因为违反了能量守恒定律 D．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 【练习1.2】(多选)根据热力学第二定律，下列说法正确的是(　 　) A．热机中燃气的内能不可能全部变成机械能 B．电能不可能全部转变成内能 C．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部转变成电能 D．在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体 【练习1.3】(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 【练习1.4】(多选)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真的发生 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，而内能无法全部用来做功以转换成机械能而不带来其他影响 D．气体向真空的自由膨胀是可逆的 【练习1.5】(多选)根据热力学第二定律可知，下列说法正确的有(　 　) A．热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体 B．热量能够从高温物体传到低温物体，也可能从低温物体传到高温物体 C．机械功可以全部转化为热量，但热量不可能全部转化为机械功 D．机械功可以全部转化为热量，热量也可能全部转化为机械功 【练习1.6】关于热力学定律和分子动理论，下列说法中正确的是(　 　) 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,在原理上是可行的 C．在分子力作用范围内，分子力总是随分子间距离的增大而减小 D．温度升高时，物体中每个分子的运动速率都将增大 【练习1.7】(多选)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。其原因的下列说法正确的是(　 　) 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，只有机械能才会转化为内能 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．机械能可以全部转化为内能，而内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化 【练习1.8】关于热现象和热学规律，下列说法中正确的是(　 ) A．随着低温技术的发展，我们可以使温度逐渐降低，并达到绝对零度，最终实现热机效率100% B．热量不可能从低温物体传递给高温物体 C．第二类永动机遵从能量守恒，故能做成 D．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功2.0×105 J，同时空气向外界放出热量1.5×105 J，则空气的内能增加了0.5×105 J 【练习1.9】在学习了内能及能量的转化和守恒后，同学们在一起梳理知识时交流了以下想法，你认为其中不正确的是（ ） A．做功可以改变物体的内能 B．热传递改变物体内能是不同形式的能量的相互转化 C．在一定条件下各种形式的能量都可以相互转化 D．能量在转移和转化的过程中总会有损耗，但能量的总量总保持不变 【例1.3】(多选)如图中汽缸内盛有定量的理想气体，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，现将活塞杆缓慢向右移动，这样气体将等温膨胀并通过杆对外做功。若已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法正确的是(　 　) A．气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，此过程违背热力学第二定律 B．气体是从单一热源吸热，但并未全部用来对外做功，此过程不违背热力学第二定律 C．气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，此过程不违背热力学第二定律 D．气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，此过程不违背热力学第一定律 【例1.4】（多选）如图所示为电冰箱的工作原理图，压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环。那么，下列说法中正确的是（ ） A．在冰箱外的管道中，制冷剂迅速膨胀并放出热量 B．在冰箱内的管道中，制冷剂迅速膨胀并吸收热量 C．在冰箱外的管道中，制冷剂被剧烈压缩并放出热量 D．在冰箱内的管道中，制冷剂被剧烈压缩并吸收热量 【练习1.10】(多选)关于制冷机制冷过程的说法中，正确的是(　 　) A．此过程违反了热力学第二定律 B．此过程没有违反热力学第二定律 C．此过程违反了能量守恒定律 D．此过程没有违反能量守恒定律 【练习1.11】一种冷暖两用型空调在制热时，每消耗电能，放出约的热量。下列说法正确的是（　 　） A．空调制热过程产生了新能量 B．空调制热时放出的热量全部是由电能转化面来的 C．此过程违反了能量守恒定律 D．空调制热时放出的热量，一部分是由电能转化而来，另一部分则是从外界吸收 【练习1.12】(多选)如图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．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．电冰箱的工作原理不违背热力学第一定律 D．电冰箱的工作原理违背热力学第一定律 【练习1.13】(多选)如图所示，导热性能良好的汽缸固定在水平地面上，用活塞把一定质量的理想气体封闭在汽缸中，汽缸的内壁光滑，现用水平外力F作用于活塞杆，使活塞缓慢地向右移动，由状态①变化到状态②，如果环境温度保持恒温，则在此过程中，下列说法正确的是( ) A．每个气体分子的速率都不变 B．单位时间内汽缸单位面积上气体分子撞击次数减少 C．气体内能不变，从外界吸热，并对外界做功 D．气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，此过程不违反热力学第二定律 熵和熵增加原理 考点二 【例2】(多选)一个密闭的容器内有稀薄气体，在容器上开一个小口，外部的空气就会流入容器，在气体流入过程中，容器内靠近开口处的空气密度暂时变得比内部大，以下说法正确的是（ ） A．此时容器内气体处于一个不平衡状态，是一个最无序的状态 B．外界的影响破坏了容器内气体的平衡 C．上面事实说明热力学第二定律只适用于封闭系统 D．对一个开放系统并不一定是最无序的分布 【练习2.1】(多选)下列说法中正确的是(　 　) A．机械能和内能之间的转化是不可逆的 B．气体向真空的自由膨胀是不可逆的 C．如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说明这个“宏观态”是比较有序的 D．如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说明这个“宏观态”是比较无序的 【练习2.2】(多选)下列说法正确的是 ( ) A．如果大量分子的集合从A分布进入B分布的概率大于从B分布进入A分布，则B分布更无序 B．如果大量分子的集合从A分布进入B分布的概率大于从B分布进入A分布，则A分布更无序 C．大量分子的集合能自发地从A分布进入B分布，则该过程是可逆的 D．大量分子的集合能自发地从A分布进入B分布，则该过程是不可逆的 【练习2.3】(多选)对于孤立体系中发生的实际过程，下列说法中正确的是(　 　) A．系统的总熵只能增大，不可能减小 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有序的状态发展 能源与发展和环境 考点三 【例3】(多选)下列关于能量耗散的说法正确的是(　 　) A．能量耗散使能的总量减少，违背了能量守恒定律 B．能量耗散是指耗散在环境中的内能再也不能被人类利用 C．各种形式的能量向内能的转化，是能够自动全额发生的 D．能量耗散导致能量品质的降低 【练习3.1】(多选)热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象。所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把流散的能量重新收集、重新加以利用。下列关于能量耗散的说法中正确的是(　 　) A．能量耗散说明能量不守恒 B．能量耗散不符合热力学第二定律 C．能量耗散过程中能量仍守恒 D．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性 【练习3.2】(多选)下列关于能源的说法中正确的是(　 　) A．能源是取之不尽，用之不竭的 B．能源是有限的，特别是常规能源，如煤、石油、天然气等 C．大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源 D．核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭大 【练习3.3】(多选)煤、石油、天然气作为能源的共同特点的下列说法正确的是(　 　) A．可再生能源，取之不尽，用之不竭 B．不可再生能源，用一点，少一点 C．来自太阳辐射的能量 D．污染环境的能源 【练习3.4】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 【练习3.5】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．随着技术不断发展，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 1 学科网（北京）股份有限公司 $$