3.4 热力学第二定律 同步讲练 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

本讲义聚焦热力学第二定律这一核心知识点，通过颜料扩散等自然现象实例引入，系统梳理其定义、克劳修斯（传热方向性）与开尔文（机械能和内能转化方向性）表述，对比热力学第一定律及两类永动机差异，延伸至能源有限性，构建从现象到规律再到应用的学习支架。 该资料以生活实例引发探究问题，通过对比分析深化科学思维，结合能源习题强化社会责任。课中助力教师引导学生理解过程方向性，课后学生可通过习题巩固知识，查漏补缺，有效提升物理观念与科学态度。

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. （25-26高二上·甘肃·月考）下列说法正确的是（   ） A．根据能量守恒定律，节约能源是没有必要的 B．焦耳定律适用于一切电路的焦耳热的求解 C．电源的作用就是将电能转化为其他形式的能 D．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多 【答案】B 【详解】A．能量守恒定律指出能量总量不变，但能源转化过程中存在不可逆损耗（如热力学第二定律），节约能源可提高能源利用效率，故A错误。 B．焦耳定律公式 基于电流热效应，适用于任何电路中电阻元件产生的热量计算（无论纯电阻或非纯电阻电路），故B正确。 C．电源的作用是将其他形式的能（如化学能、机械能）转化为电能，而非将电能转化为其他形式的能，故C错误。 D．电功率大表示电流做功快，但焦耳热取决于热功率（）；在非纯电阻电路中，总电功率（）大于热功率，焦耳热不一定多（如电动机主要输出机械能），故D错误。 故选B。 例题2. （25-26高二上·天津·期中）关于能源和能量，下列说法正确的是（　　） A．煤炭、石油和天然气属于可再生能源 B．能源的利用过程中有能量耗散，这表明自然界的能量是不守恒的 C．自然界的能量是守恒的，所以地球上的化石能源可以短时间内再生 D．在利用能源的过程中，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上降低了 【答案】D 【详解】A．煤炭、石油和天然气是化石能源，形成需数百万年，不可再生，属于不可再生能源，故A错误。 B．能量守恒定律指出，能量总量不变，耗散（如热能散失）仅改变能量形式，不违背守恒，故B错误。 C．化石能源不可再生，形成周期漫长，无法短时间内再生，故C错误。 D．能量守恒定律表明能量总量不变，但利用过程中高品质能量（如机械能）转化为低品质能量（如热能），导致可利用性降低，符合热力学第二定律，故D正确。 故选D。 例题3. （25-26高一上·湖南长沙·开学考试）如图所示，一只太阳能草坪节能灯，由太阳能电池板、蓄电池、“6V  1W”的节能灯等组成，太阳能电池板发电并将电能储存在蓄电池中，供节能灯晚间照明；该太阳能电池板接收太阳辐射的面积为0.025m2，其光电转化效率（即发电效率）为20%。若在太阳能电池板接收太阳辐射的有效时间内，1m2太阳能电池板接收太阳辐射的功率为640W。下列说法正确的是（　　） A．太阳能是可再生能源 B．太阳能电池板给蓄电池充电过程中将化学能转化成电能 C．该灯的太阳能电池板发电功率为16W D．节能灯正常发光10h消耗的电能为10kW·h 【答案】A 【详解】A．太阳能可以持续获取，短时间能恢复，是可再生能源，故A正确； B．太阳能电池板把太阳能转化为电能；给蓄电池充电过程中将电能转化成化学能，故B错误； C．在太阳能电池板接收太阳辐射的有效时间内，1m²太阳能电池板接收太阳辐射的功率为640W，由于该太阳能电池板面积为0.025m2，且光电转化效率（即发电效率）为20%，故功率为，故C错误； D．节能灯正常发光10h消耗的电能为，故D错误。 故选A。 例题4. （25-26高二上·全国·课后作业）关于空调机，下列说法正确的是（　　） A．空调机工作时，热量从低温物体传到高温物体 B．空调机工作时，热量从高温物体传到低温物体 C．空调机工作时，热量既可以从低温物体传到高温物体，也可以从高温物体传到低温物体 D．空调机工作时，热量只能从低温物体传到高温物体 【答案】C 【详解】空调机的工作原理就是通过消耗电能，实现热量的传导。夏天，制冷空调机使热量从室内传递到室外，使室内温度降低；冬天，制热空调机使热量从室外传递到室内，使室内温度升高。因此空调机工作时，热量既可以从低温物体传到高温物体，也可以从高温物体传到低温物体。 故选C。 例题5. （24-25高二下·贵州黔南·期末）下列关于分子动理论的说法中，正确的是（　　） A．温度高的物体的内能一定比温度低的物体的内能大 B．封闭气体在完全失重的状态下对容器壁产生的压强为零 C．一密闭容器内的理想气体，在等压膨胀过程中，其内能一定增加 D．随着科学技术的发展，将来可以将物体温度降到-30K 【答案】C 【详解】A．内能由物质的量、温度和体积共同决定。温度高但物质的量少的物体，其内能可能小于温度低但物质的量多的物体，故A错误。 B．气体压强由分子热运动碰撞容器壁产生，与是否失重无关。完全失重时，分子热运动仍存在，压强不为零，故B错误。 C．等压膨胀时，体积增大，由理想气体状态方程 可知温度 升高。理想气体内能仅由温度决定，温度升高则内能增加，故C正确。 D．热力学第三定律指出绝对零度（0 K）不可达到，且温度不存在负值（开尔文温标），故D错误。 故选C。 例题6. （24-25高二下·贵州安顺·阶段练习）下列现象及关于热力学第一、第二定律的叙述正确的是（　　） A．热力学第一定律和热力学第二定律是从不同角度阐述了能量守恒定律 B．一定质量的理想气体在等温膨胀过程中，气体一定放出热量 C．0℃的冰融化为0℃的水，此过程系统吸收热量，内能增加 D．第二类永动机违背了热力学第二定律 【答案】CD 【详解】A．热力学第一定律阐述了能量守恒定律，而热力学第二定律是阐述能量流动的方向性定律，两者不同，故A错误； B．一定质量的理想气体在等温膨胀过程中，由于温度不变，则内能不变，气体膨胀，对外做功，根据热力学第一定律，可知气体一定从外界吸收热量，故B错误； C．0℃的冰融化为0℃的水，此过程温度不变，但是系统吸收热量，根据能量守恒定律可知系统内能增加，故C正确； D．第二类永动机虽然没有违背能量守恒定律，但是违背了热力学第二定律，故D正确。 故选CD。 1. （25-26高二上·西藏昌都·期末）西藏地区日照时间长，太阳能资源丰富。如图所示为某太阳能路灯的电路简化图，光电池板为蓄电池充电，蓄电池为LED路灯供电。关于该系统中的能量转化，下列说法正确的是（　　） A．光电池板充电时，将化学能转化为电能 B．蓄电池在夜晚放电时，将电能转化为内能 C．LED路灯工作时，将电能主要转化为光能 D．整个系统遵循能量守恒定律，故能量可被循环利用，无需外界输入 【答案】C 【详解】A．光电池板充电时，将光能转化为化学能，故A错误； B．蓄电池在夜晚放电时，将化学能转化为电能，故B错误； C．LED路灯工作时，将电能主要转化为光能，故C正确； D．整个系统遵循能量守恒定律，但是能量的转化和转移是有方向性的，能量不能被循环利用，太阳能路灯系统需要不断从太阳获取太阳能这种外界能量输入，故D错误。 故选C。 2. （2025高二上·江苏徐州·学业考试）下列关于能源的说法中，正确的是（　　） A．煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能 B．水能是不可再生能源 C．节约能源只要提高节能意识就行，与科技进步无关 D．由于能量不会凭空消失，也不会凭空产生，总是守恒的，所以节约能源的意义不大 【答案】A 【详解】A．煤、石油、天然气等化石燃料是由古代生物质经过地质作用形成的，而生物质来源于光合作用，其能量最初来自太阳能，故A正确； B．水能是通过水循环（如蒸发、降水）产生的，由太阳能驱动，可自然再生，因此属于可再生能源，故B错误； C．节约能源不仅需要提高节能意识，还需依赖科技进步（如高效发动机、隔热材料）来提高能源利用效率，故C错误； D．能量守恒定律表明能量总量不变，但热力学第二定律指出能量品质会降低，可用能量减少，节约能源可延缓资源枯竭和减少污染，因此意义重大，故D错误。 故选A。 3. （2025高二上·江苏连云港·学业考试）“天宫一号”两侧装有巨大的太阳能电池板，为中国空间站正常工作提供足够的电能。下列说法正确的是（　　） A．太阳能是不可再生能源 B．太阳能主要以热传导的方式传到地球 C．太阳能电池板是将太阳能转换为电能的装置 D．太阳能电池板能源源不断地产生电能，说明能量不守恒 【答案】C 【详解】A．太阳能可从自然界持续获取，属于可再生能源，A错误； B．太阳能通过电磁波（热辐射）形式传播至地球，而非依赖介质的热传导，B错误； C．太阳能电池板通过光电效应将光能转化为电能，C正确； D．电池板持续发电是因太阳能转化为电能，此过程遵循能量守恒定律，D错误。 故选C。 4. （24-25高二下·江苏常州·月考）下列四幅图涉及的物理知识中，说法正确的是（　　） A．图甲中，两分子间距离由r1变到r2的过程中分子力做负功 B．图乙中，将粗细不同的两端开口的玻璃细管插入盛有水银的玻璃容器里，水银柱会呈现如图所示的状态 C．图丙中，显微镜下观察到的花粉颗粒的无规则运动反映了水分子的无规则运动，花粉颗粒的无规则运动就是布朗运动 D．图丁中，电冰箱能把热量从低温的箱内传到高温的箱外，违背了热力学第二定律 【答案】C 【详解】A．图甲中，两分子间距离由r1变到r2的过程中分子势能减小，则分子力做正功，A错误； B．图乙中，将粗细不同的两端开口的玻璃细管插入盛有水银的玻璃容器里，因水银对玻璃是不浸润的，则管中液面应该低于水银面，B错误； C．图丙中，显微镜下观察到的花粉颗粒的无规则运动反映了水分子的无规则运动，花粉颗粒的无规则运动就是布朗运动，C正确； D．图丁中，电冰箱能把热量从低温的箱内传到高温的箱外，消耗了电能，不违背热力学第二定律，D错误。 故选C。 5. （24-25高二下·黑龙江绥化·期末）关于热现象、热力学定律，下列说法不正确的是（　　） A．一定质量的理想气体的温度升高其内能一定增加 B．扩散现象和布朗运动都表明分子在不停地做无规则运动 C．气体压强是气体分子间斥力的宏观表现 D．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体 【答案】C 【详解】A．理想气体内能仅由温度决定，温度升高内能必增，故A正确； B．扩散和布朗运动均体现分子无规则运动（前者直接，后者间接），故B正确； C．气体压强源于分子对器壁的碰撞，而非分子间斥力（理想气体分子力忽略），故C错误； D．热力学第二定律指出热量不能自发从低温传至高温，故D正确。 本题选错误的，故选C。 6. （24-25高二下·山东·阶段练习）下列关于教材中四幅图片的说法正确的是（    ） A．图甲为分子间作用力与分子间距离的关系，分子间距为时，分子势能最大 B．图乙为氧气分子不同温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化关系，虚线对应的温度较低 C．图丙中，水黾可以停在水面是因为水黾的密度比水小，所以能漂浮在水面上 D．图丁中，水中扩散后的颜料能自发地重新聚集在一起，而其余部分又变成清水 【答案】B 【详解】A．分子间距为时，分子势能最小，故A错误； B．温度越高，速率大的分子所占比例越大，实线对应的温度高，虚线对应的温度低，故B正确； C．水黾可以停在水面是由于表面张力的作用，故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，水中扩散后的颜料不能自发地重新聚集在一起，而其余部分又变成清水，故D错误。 故选B。 7. （2025·安徽安庆·模拟预测）一物理实验爱好者用形状记忆合金研究“永动机”。形状记忆合金具有形状记忆效应，以记忆合金制成的弹簧为例，把这种弹簧放在热水中，弹簧的长度立即伸长，再放到冷水中，它会立即恢复原状。如图所示，“永动机”转轮由九根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片。轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动，离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动。下列说法不正确的是（　　） A．转轮转动的过程中克服阻力做功，要维持转轮转动需要外力做功 B．转轮转动的能量来自热水 C．转动的叶片不断搅动热水过程，水温升高 D．转轮的叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量 【答案】C 【详解】A．转轮转动的过程中克服阻力做功，转轮的速度越来越小，所以要维持转轮转动需要外力做功，故A正确； B．该“永动机”叶片进入水中，吸收热量而伸展划水，推动转轮转动，离开水面后向空气中放热，叶片形状迅速恢复，所以转动的能量来自热水，故B正确； C．转动的叶片不断搅动热水的过程是水对转轮做功的过程，同时水会向四周放出热量，根据热力学第一定律可知水的内能减小，故水温降低，故C错误； D．根据热力学第二定律，物体不可能从单一热源吸收能量全部用来对外做功而不引起其变化，故叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量，故D正确。 本题选不正确的，故选C。 8. （24-25高二下·四川广元·期末）下列说法中，能够发生且不违背热力学定律的是（　　） A．打开冰箱门让电冰箱工作，冰箱里的冷空气不断地释放到密闭的房间内可以降低房间的温度 B．随着技术的发展，可以利用降低海水温度放出的热量来发电，解决能源短缺的问题 C．机械能可以通过做功全部转化为内能而不引起其他的变化，内能可以通过做功全部转化为机械能而不引起其他的变化 D．对蒸汽机不断革新，可以把蒸汽的内能尽可能多地转化成机械能 【答案】D 【详解】A．冰箱运行时，电能转化为热能和冰箱内热量释放到房间，总热量增加，房间温度升高，A错误； B．根据热力学第二定律，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，利用降低海水温度放出热量发电，不能解决能源短缺问题（因为要消耗其他能量维持低温等），从单一热源（海水）吸热全部转化为功违背热力学第二定律，B错误； C．机械能可通过做功全部转化为内能（如摩擦生热），但根据热力学第二定律，内能不能自发地全部转化为机械能而不引起其他变化，C错误； D．对蒸汽机革新，可提高能量转化效率，把蒸汽内能尽可能多地转化为机械能，不违背热力学定律，D正确。 故选D。 二、多选题 9. （25-26高二上·吉林长春·期中）关于能源的利用，下列说法正确的是（　　） A．由于煤和石油的储量是无限的，没有必要开发太阳能和核能 B．能源的利用过程实质是能的转化过程 C．因为存在能量守恒定律，所以没必要节约能源 D．煤、石油和天然气的化学能归根结底来自太阳能 【答案】BD 【详解】A．虽然我国的煤和石油的储量十分丰富，但煤和石油是化石能源，用完以后不能在短时间内形成，太阳能和核能的开发和利用是十分重要的，故A错误； B．能源的利用过程，实质上是能的转化和转移过程，故B正确； C．能量守恒定律是指能量在转化和转移过程中总量不变，但能量的品质会降低，可利用的高品质能量会减少，因此需要节约能源，故C错误； D．煤、石油和天然气的化学能归根到底来自太阳能，即间接来自太阳能，故D正确。 故选BD。 10. （25-26高二上·全国·课后作业）能源短缺和环境恶化指的是（　　） A．煤炭和石油的开采与技术有关，在当前技术条件下，煤炭和石油的开采是有限度的，这叫能源短缺 B．煤炭和石油资源是有限的，以今天的开采和消耗速度，石油储藏将在百年内用尽，煤炭资源也不可能永续，这叫能源短缺 C．煤炭和石油具有大量的气味，在开采、存放和使用过程中这些气味会聚存在空气中污染空气，使环境恶化 D．大量煤炭和石油产品在燃烧时排出的有害气体污染了空气，使环境恶化 【答案】BD 【详解】A．能源短缺的核心是资源本身有限 + 消耗速度快，而非 “开采技术” 限制，A错误； B．煤炭和石油资源是有限的，以今天的开采和消耗速度，石油储藏将在百年内用尽，煤炭资源也不可能永续，体现了能源短缺，B正确； C．“气味污染空气” 不是煤炭、石油造成环境恶化的主要原因（实际是燃烧排放的有害气体），C错误； D．体现了煤炭、石油燃烧排放有害气体（对应环境恶化），D正确。 故选 BD。 11. （25-26高二上·全国·课后作业）下列关于能量转化的说法中，正确的是（　　） 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，我们很难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】ABC 【详解】A．能量转化过程中，部分能量会以内能形式散失到环境中（如摩擦生热），这些内能分散在周围环境里，难以集中回收再利用，A正确； B．根据能量守恒定律，各种形式的能量在转化时，总能量始终保持不变，B正确； C．能源利用中，能量总量虽未减少，但可利用的 “品质” 会下降（如机械能转化为内能后，内能的利用效率远低于机械能），即从便于利用的形式变为不便利用的形式，C正确； D．能量守恒定律适用于任何过程（包括转化过程），能量在转化时总能量依然守恒，D错误。 故选 ABC。 12. （25-26高二下·全国·随堂练习）根据热力学第二定律可知，下列说法中正确的是（　　） 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．没有冷凝器，只有单一的热库，能将从单一热库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．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 D．如果没有摩擦、漏气等，热机效率可以达到100% 【答案】AC 【详解】A．根据热力学第二定律的开尔文表述，不可能从单一热源吸收热量并全部转化为功而不引起其他变化。故A正确。 B．若热机仅从单一热库吸热并全部做功，这违反了开尔文表述（第二类永动机不可能实现），即使没有冷凝器也无法实现，故B错误； C．根据克劳修斯表述，热量不能自发从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。若需实现此过程（如制冷机），必须外界做功（引起其他变化），故C正确； D．热机必须将部分热量排放到低温热源（如环境），以维持循环过程。不可能将吸收的热量全部转化为功，否则违反热力学第二定律（开尔文表述）。故D错误。 故选AC。 13. （24-25高二下·贵州贵阳·月考）如图所示，两固定绝热活塞把内壁光滑的绝热汽缸分成体积相等的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三部分，左侧活塞上带有阀门K，开始时阀门K关闭，Ⅰ、Ⅲ内理想气体的压强相等，Ⅱ内为真空。时刻打开阀门K，经过一段时间稳定后，时刻取消右侧活塞的固定状态，在时刻右侧活塞停止运动。下列说法正确的是（　　） A．阀门K打开后，气体自Ⅰ向Ⅱ的扩散是不可逆的 B．Ⅰ中气体在时刻的温度低于时刻的温度 C．时间内Ⅲ中气体的内能减少 D．时刻后右侧活塞能自发回到时的位置 【答案】AC 【详解】A．阀门K打开后，气体自Ⅰ向Ⅱ的真空中扩散是不可逆的，遵循热力学第二定律，故A正确。 B．，气体自Ⅰ向Ⅱ的真空中扩散时不做功，总内能不变，温度不变，故B错误。 C．体积变为原来的2倍，由理想气体状态方程可知，时刻Ⅰ中气体的压强是时刻的，时间内Ⅲ中气体通过活塞对Ⅰ、Ⅱ中的气体做功，Ⅲ中气体的内能减小，故C正确。 D．Ⅰ、Ⅱ中气体的内能增加，温度升高，同时体积减小，再由理想气体状态方程可知Ⅰ、Ⅱ中气体的压强增大，活塞因压强差而移动，两边压强相等时停下，不会自发再返回，故D错误。 故选AC。 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. （25-26高二上·甘肃·月考）下列说法正确的是（   ） A．根据能量守恒定律，节约能源是没有必要的 B．焦耳定律适用于一切电路的焦耳热的求解 C．电源的作用就是将电能转化为其他形式的能 D．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多 例题2. （25-26高二上·天津·期中）关于能源和能量，下列说法正确的是（　　） A．煤炭、石油和天然气属于可再生能源 B．能源的利用过程中有能量耗散，这表明自然界的能量是不守恒的 C．自然界的能量是守恒的，所以地球上的化石能源可以短时间内再生 D．在利用能源的过程中，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上降低了 例题3. （25-26高一上·湖南长沙·开学考试）如图所示，一只太阳能草坪节能灯，由太阳能电池板、蓄电池、“6V  1W”的节能灯等组成，太阳能电池板发电并将电能储存在蓄电池中，供节能灯晚间照明；该太阳能电池板接收太阳辐射的面积为0.025m2，其光电转化效率（即发电效率）为20%。若在太阳能电池板接收太阳辐射的有效时间内，1m2太阳能电池板接收太阳辐射的功率为640W。下列说法正确的是（　　） A．太阳能是可再生能源 B．太阳能电池板给蓄电池充电过程中将化学能转化成电能 C．该灯的太阳能电池板发电功率为16W D．节能灯正常发光10h消耗的电能为10kW·h 例题4. （25-26高二上·全国·课后作业）关于空调机，下列说法正确的是（　　） A．空调机工作时，热量从低温物体传到高温物体 B．空调机工作时，热量从高温物体传到低温物体 C．空调机工作时，热量既可以从低温物体传到高温物体，也可以从高温物体传到低温物体 D．空调机工作时，热量只能从低温物体传到高温物体 例题5. （24-25高二下·贵州黔南·期末）下列关于分子动理论的说法中，正确的是（　　） A．温度高的物体的内能一定比温度低的物体的内能大 B．封闭气体在完全失重的状态下对容器壁产生的压强为零 C．一密闭容器内的理想气体，在等压膨胀过程中，其内能一定增加 D．随着科学技术的发展，将来可以将物体温度降到-30K 例题6. （24-25高二下·贵州安顺·阶段练习）下列现象及关于热力学第一、第二定律的叙述正确的是（　　） A．热力学第一定律和热力学第二定律是从不同角度阐述了能量守恒定律 B．一定质量的理想气体在等温膨胀过程中，气体一定放出热量 C．0℃的冰融化为0℃的水，此过程系统吸收热量，内能增加 D．第二类永动机违背了热力学第二定律 1. （25-26高二上·西藏昌都·期末）西藏地区日照时间长，太阳能资源丰富。如图所示为某太阳能路灯的电路简化图，光电池板为蓄电池充电，蓄电池为LED路灯供电。关于该系统中的能量转化，下列说法正确的是（　　） A．光电池板充电时，将化学能转化为电能 B．蓄电池在夜晚放电时，将电能转化为内能 C．LED路灯工作时，将电能主要转化为光能 D．整个系统遵循能量守恒定律，故能量可被循环利用，无需外界输入 2. （2025高二上·江苏徐州·学业考试）下列关于能源的说法中，正确的是（　　） A．煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能 B．水能是不可再生能源 C．节约能源只要提高节能意识就行，与科技进步无关 D．由于能量不会凭空消失，也不会凭空产生，总是守恒的，所以节约能源的意义不大 3. （2025高二上·江苏连云港·学业考试）“天宫一号”两侧装有巨大的太阳能电池板，为中国空间站正常工作提供足够的电能。下列说法正确的是（　　） A．太阳能是不可再生能源 B．太阳能主要以热传导的方式传到地球 C．太阳能电池板是将太阳能转换为电能的装置 D．太阳能电池板能源源不断地产生电能，说明能量不守恒 4. （24-25高二下·江苏常州·月考）下列四幅图涉及的物理知识中，说法正确的是（　　） A．图甲中，两分子间距离由r1变到r2的过程中分子力做负功 B．图乙中，将粗细不同的两端开口的玻璃细管插入盛有水银的玻璃容器里，水银柱会呈现如图所示的状态 C．图丙中，显微镜下观察到的花粉颗粒的无规则运动反映了水分子的无规则运动，花粉颗粒的无规则运动就是布朗运动 D．图丁中，电冰箱能把热量从低温的箱内传到高温的箱外，违背了热力学第二定律 5. （24-25高二下·黑龙江绥化·期末）关于热现象、热力学定律，下列说法不正确的是（　　） A．一定质量的理想气体的温度升高其内能一定增加 B．扩散现象和布朗运动都表明分子在不停地做无规则运动 C．气体压强是气体分子间斥力的宏观表现 D．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体 6. （24-25高二下·山东·阶段练习）下列关于教材中四幅图片的说法正确的是（    ） A．图甲为分子间作用力与分子间距离的关系，分子间距为时，分子势能最大 B．图乙为氧气分子不同温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化关系，虚线对应的温度较低 C．图丙中，水黾可以停在水面是因为水黾的密度比水小，所以能漂浮在水面上 D．图丁中，水中扩散后的颜料能自发地重新聚集在一起，而其余部分又变成清水 7. （2025·安徽安庆·模拟预测）一物理实验爱好者用形状记忆合金研究“永动机”。形状记忆合金具有形状记忆效应，以记忆合金制成的弹簧为例，把这种弹簧放在热水中，弹簧的长度立即伸长，再放到冷水中，它会立即恢复原状。如图所示，“永动机”转轮由九根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片。轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动，离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动。下列说法不正确的是（　　） A．转轮转动的过程中克服阻力做功，要维持转轮转动需要外力做功 B．转轮转动的能量来自热水 C．转动的叶片不断搅动热水过程，水温升高 D．转轮的叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量 8. （24-25高二下·四川广元·期末）下列说法中，能够发生且不违背热力学定律的是（　　） A．打开冰箱门让电冰箱工作，冰箱里的冷空气不断地释放到密闭的房间内可以降低房间的温度 B．随着技术的发展，可以利用降低海水温度放出的热量来发电，解决能源短缺的问题 C．机械能可以通过做功全部转化为内能而不引起其他的变化，内能可以通过做功全部转化为机械能而不引起其他的变化 D．对蒸汽机不断革新，可以把蒸汽的内能尽可能多地转化成机械能 二、多选题 9. （25-26高二上·吉林长春·期中）关于能源的利用，下列说法正确的是（　　） A．由于煤和石油的储量是无限的，没有必要开发太阳能和核能 B．能源的利用过程实质是能的转化过程 C．因为存在能量守恒定律，所以没必要节约能源 D．煤、石油和天然气的化学能归根结底来自太阳能 10. （25-26高二上·全国·课后作业）能源短缺和环境恶化指的是（　　） A．煤炭和石油的开采与技术有关，在当前技术条件下，煤炭和石油的开采是有限度的，这叫能源短缺 B．煤炭和石油资源是有限的，以今天的开采和消耗速度，石油储藏将在百年内用尽，煤炭资源也不可能永续，这叫能源短缺 C．煤炭和石油具有大量的气味，在开采、存放和使用过程中这些气味会聚存在空气中污染空气，使环境恶化 D．大量煤炭和石油产品在燃烧时排出的有害气体污染了空气，使环境恶化 11. （25-26高二上·全国·课后作业）下列关于能量转化的说法中，正确的是（　　） 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，我们很难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 12. （25-26高二下·全国·随堂练习）根据热力学第二定律可知，下列说法中正确的是（　　） 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．没有冷凝器，只有单一的热库，能将从单一热库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．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 D．如果没有摩擦、漏气等，热机效率可以达到100% 13. （24-25高二下·贵州贵阳·月考）如图所示，两固定绝热活塞把内壁光滑的绝热汽缸分成体积相等的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三部分，左侧活塞上带有阀门K，开始时阀门K关闭，Ⅰ、Ⅲ内理想气体的压强相等，Ⅱ内为真空。时刻打开阀门K，经过一段时间稳定后，时刻取消右侧活塞的固定状态，在时刻右侧活塞停止运动。下列说法正确的是（　　） A．阀门K打开后，气体自Ⅰ向Ⅱ的扩散是不可逆的 B．Ⅰ中气体在时刻的温度低于时刻的温度 C．时间内Ⅲ中气体的内能减少 D．时刻后右侧活塞能自发回到时的位置 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $