第3节 热力学第二定律-【金版新学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册同步课堂高效讲义配套课件（粤教版）

该高中物理课件聚焦热力学第二定律，涵盖自然界宏观过程的方向性、两种表述及与热力学第一定律的比较，通过热水传热、汽车刹车能量转化等情境问题导入，搭建学习支架，衔接能量守恒到方向性的认知脉络。 其亮点在于以情境创设激发科学探究，结合第二类永动机辨析、电冰箱原理分析等实例，深化科学思维与物理观念。采用自主学习、课堂探究与随堂测评结合，帮助学生构建知识体系，既培养科学论证能力，也为教师提供结构化教学资源，提升教学效率。

第三节　热力学第二定律 　　　　 第三章　热力学定律 1.通过自然界中宏观过程的方向性，了解热力学第二定律。　 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。　 3.能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。 素养目标 知识点一　自然界宏观过程的方向性 1 知识点二　热力学第二定律 2 知识点三　热力学第一定律和热力学第二定律的比较 3 课时测评 5 随堂演练　对点落实 4 内容索引 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 12 知识点一　自然界宏观过程的方向性 返回 自主学习 情境导入　(1)热水可以自发不断地向外传递热量，直到与环境温度一致为止。有没有可能，热水自发从周围环境吸热，温度不断地升高？内能的转移有没有方向性？ 提示：不可能。内能在转移时具有方向性。 (2)汽车刹车时，动能转化成内能。有没有可能，汽车自动收集内能转化为动能，重新运动起来？机械能与内能转化时有无方向性？ 提示：不可能。机械能与内能在转化时具有方向性。 教材梳理 (阅读教材P66－P68完成下列填空) 1．热传导的方向性 热量从高温物体向低温物体的热传导过程是______进行的，反之，必须借助外界的作用。 2．机械能和内能转化的方向性 (1)机械能可以全部转化为内能，内能却无法全部用来做功以转化为机械能，而________________。 (2)第二类永动机 ①从__________吸收热量并全部用来做功，把它得到的内能全部转化为机械能，热机效率达到100%。这种想象中的热机被称为第二类永动机。 ②第二类永动机并不违反______________，但是，由于内能全部转化为________而不产生其他影响是不可能的，因此第二类永动机是不可能制造出来的。 自发 不产生其他影响 单一热源 能量守恒定律 机械能 3．扩散的方向性 两种不同的气体可以______地混合，最后成为一种均匀的混合气体。相反，一种均匀的混合气体却不会自发地分开成为两种气体。 自发 课堂探究 师生互动　第二类永动机是否因违背能量守恒定律而不能制成？ 提示：否。第二类永动机不违背能量守恒定律，但违背热力学第二定律。 下列过程中可能发生的是 A．某种物质从高温热源吸收20 kJ的热量，全部转化为机械能，而没有产生其他任何影响 B．打开一高压密闭容器，其内气体自发逸出后又自发跑进去，恢复原状 C．利用其他手段，使低温物体温度更低，高温物体的温度更高 D．将两瓶不同液体混合，然后它们又自发地各自分开 例1 √ 内能自发地全部转化为机械能而不产生其他影响是不可能的，故A错误；气体扩散具有方向性，不能自发逸出又自发跑进去恢复原状，B错误；热量不可能从低温物体自发地传递给高温物体，而不引起其他的变化，但通过一些手段是可以实现的，C正确；扩散现象有方向性，因此不能自发地各自分开，D错误。 一切物理过程均遵守能量守恒定律，但遵守能量守恒定律的物理过程不一定均能实现。 探究归纳 针对练．(多选)关于自然过程中的方向性，下列说法正确的是 A．摩擦生热的过程是可逆的 B．凡是符合能量守恒定律的过程一般都是可逆的 C．实际的宏观自发过程都具有“单向性”或“不可逆性” D．气体的自由膨胀是不可逆过程 √ √ 机械能和内能的转化过程具有方向性，所以摩擦生热的过程是不可逆的，故A错误；实际的宏观自发过程都符合能量守恒定律，具有“单向性”或“不可逆性”，故B错误，C正确；气体自由膨胀的过程具有方向性，是不可逆的，故D正确。 返回 知识点二　热力学第二定律 返回 情境导入　如图是制冷机和热机的工作过程示意图。 (1)制冷机工作时热量是自发地从低温热源传到高温热源吗？ 自主学习 提示：不是。热量从低温热源传到高温热源时需要有外界做功。 (2)热机工作时是否将从高温热源吸收的热量全部用来做功？ 提示：否。热机工作时将从高温热源吸收的热量一部分用来做功，剩余的释放到低温热源。 教材梳理 (阅读教材P68完成下列填空) 1．热力学第二定律的克劳修斯表述：热量不能自发地从______物体传递到______物体。或者说，不可能使热量由______物体传递到______物体，而不引起其他变化。 (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)“不引起其他变化”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。 低温 高温 低温 高温 2．热力学第二定律的开尔文表述：不可能从__________吸收热量并把它全部用来做功，而不产生其他影响。 (1)“单一热源”是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。 (2)“不产生其他影响”指热量全部转化为功，而外界及系统都不发生任何变化，热机效率达到了100%。 单一热源 师生互动　第二类永动机是否遵循热力学第二定律？ 提示：不遵循，故不能制成。 课堂探究 下列说法中正确的是 A．根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体 B．效率为100%的热机不可能制成，是因为违反了能量守恒定律 C．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 D．第二类永动机不可能成功的原因是违反了能量守恒定律 例2 √ 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到高温物体，但在以消耗其他能量为代价的条件下，热量也可以从低温物体传到高温物体，故A错误；效率为100%的热机不可能制成，没有违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，故B错误；根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，而不产生其他影响，故C正确；第二类永动机不可能成功的原因是违反了热力学第二定律，并不是违反了能量守恒定律，故D错误。故选C。 (多选)(2025·广州市高二月考)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 例3 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二定律 D．电冰箱的工作原理违背了热力学第二定律 √ √ 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，除非施加外部的影响和帮助；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，其工作原理并不违背热力学第二定律，故A、D错误，B、C正确。 热力学第二定律的两种表述分别对应着一种“不可能”，但都有一个前提条件“自发地”或“不产生其他影响”，如果去掉这种前提条件，就都是有可能的。例如电冰箱的作用就是使热量从低温物体传到高温物体，等温膨胀就是从单一热源吸收热量，使之完全用来做功，但不是自发地或是产生了其他影响。 返回 探究归纳 知识点三　热力学第一定律和热力学第二定律的比较 返回 1．两定律的比较 项目 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 (1)第一类永动机：不需要任何动力或燃料却可以不断做功，违背了能量守恒定律。 (2)第二类永动机：将内能全部转化为机械能，热机效率为100%的热机，不违背能量守恒定律，但违背热力学第二定律。 关于两类永动机和热力学两大定律，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．第一类永动机不可能制成是因为违背了热力学第二定律 C．由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能 D．由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的 例4 √ 第一类永动机违背了能量守恒定律，第二类永动机违背了热力学第二定律，A、B错误；由热力学第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝Q＋W可以等于0，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，D正确。 针对练．汽车内燃机气缸内汽油燃烧时，气体体积膨胀推动活塞对外做功。已知在某次对外做功的冲程中，气油燃烧释放的化学能为1×103 J，因尾气排放、气缸发热等对外散失的热量为8×102 J。该内燃机的效率为________。随着科技的进步，可设法减少热量的损失，则内燃机的效率能不断提高，其效率________(选填“有可能”或“不可能”)达到100%。 20% 不可能 由热力学第一定律知W＝ΔU－Q＝1×103 J－8×102 J＝2×102 J，效率 根据热力学第二定律可知，内燃机的效率不可能达到100%。 返回 随堂演练　对点落实 返回 √ 这四个过程都是与热现象有关的宏观过程，它们都是不可逆的，具有方向性，故D正确。 1．下列哪些过程具有方向性 ①热传导过程　②机械能向内能的转化过程　③气体的扩散过程　④气体在真空中的膨胀 A．①② B．②③ C．①②③ D．①②③④ √ 2．(多选)下列现象能够发生的是 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．桶中混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．电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体 √ 热茶温度比周围环境温度高，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，A错误；蒸汽的内能转化为机械能必定需要做功，即热蒸汽推动活塞做功，这一过程中，一方面由于活塞摩擦气缸而产生内能，另一方面热蒸汽与周围环境有温度差，蒸汽机会向周围环境散热，所以，蒸汽机把蒸汽的内能全部转化为机械能是不可能的，B错误；混浊的泥水静置一段时间后，由于泥沙比水的密度大，泥沙会自动下沉，从而使得上面的水变清了，此过程不违背热力学第二定律，泥沙的重心降低，重力势能减少了，水的重心升高，水的重力势能增加了，但系统总的重力势能减少了，最终转化为内能，而机械能百分之百地转化为内能是可能的，C正确；电冰箱通电后，电冰箱内的压缩机工作，消耗电能，将热量由箱内低温物体传递到箱外高温物体，没有违背热力学第二定律，因为它是通过消耗了电能从而引起其他变化的，D正确。故选CD。 √ 3．下列说法正确的是 A．科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机 B．第二类永动机不可能制造成功的原因是违背了能量守恒定律 C．第一类永动机只违背了能量守恒定律，并没有违背热力学第一定律 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在原理上是可能的 根据热力学第二定律，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是不可能的，故A错误；第二类永动机不可能制造成功的原因是违背了热力学第二定律，故B错误；热力学第一定律实际上就是内能与其他形式的能量发生转化时的能量守恒定律，第一类永动机违背了热力学第一定律，故C错误；根据热力学第二定律可知，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，这在原理上是可行的，故D正确。故选D。 4．关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述正确的是 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内能不可能完全转化为其他形式的能，故这两条定律是相互矛盾的 B．内能可以全部转化为其他形式的能，只是会产生其他影响，故两条定律并不矛盾 C．两条定律都是有关能量的转化规律，它们不但不矛盾，而且没有本质区别 D．能量守恒定律包含了热力学第一定律和热力学第二定律 √ 热力学第一定律揭示了内能与其他形式能量之间的转化关系，是能量守恒定律在热力学中的具体体现；热力学第二定律则进一步阐明了内能与其他形式能量转化时的方向性，二者本质不同，相互补充，并不矛盾，B正确，A、C、D错误。 返回 课 时 测 评 返回 1．关于自然过程中的方向性，下列说法正确的是 A．摩擦生热的过程是可逆的 B．凡是符合能量守恒定律的过程一般都是可逆的 C．实际的宏观过程都具有“单向性”或“不可逆性” D．空调机既能制冷又能制热，说明热传递不存在方向性 √ 摩擦生热的过程是不可逆的，故A错误；与热现象有关的实际宏观过程都具有方向性，一般是不可逆的，故B错误；实际的宏观过程都具有“单向性”或“不可逆性”，故C正确；空调机既能制冷又能制热，但在相应的过程中，要引起其他方面的变化，并不能说明热传递不存在方向性，故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 12 √ 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，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借助外部的帮助，即会引起其他变化，A正确，B错误；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正确。 2．(多选)根据热力学第二定律可知，下列说法中正确的是 A．不可能从单一热源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中，而不引起其他变化 D．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 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 12 √ 由热力学第二定律可知热机的效率不可能达到100%，则热机不可能将内能全部转化为机械能，故A正确；热力学第二定律是通过大量自然现象的不可逆性总结出来的经验定律，故B错误；第二类永动机不可能制成的原因是内能不能全部转化为机械能，而不引起其他变化，故C错误；热量不能自发的从低温物体传到高温物体，但在外力做功的情况下可以从低温物体传到高温物体，故D错误。故 选A。 3．关于热力学第二定律，下列说法正确的是 A．热机不可能将内能全部转化为机械能 B．热力学第二定律是物理学家通过实验由理论推导得出来的结果 C．第二类永动机不可能制成的原因是机械能不能全部转化为内能 D．热量不可能从低温物体传向高温物体，热量能自发地从高温物体传向低温物体 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 12 √ 第一类永动机违反了能量守恒定律，第二类永动机违反了热力学第二定律，因此都以失败告终，这说明设计必须遵循科学性，故选B。 4．人类设计了各种各样的永动机，但都以失败告终，说明设计必须遵循 A．安全性 B．科学性 C．道德性 D．技术规范性 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 12 √ 制冷机的工作原理对应的是热力学第二定律的克劳修斯表述，A错误；制冷机的工作原理反映了热传导的方向性，热量不能自发的从低温物体传递给高温物体，但在外界干预下，可以从低温物体传递给高温物体，B正确，D错误；此原理图中的Q1＝Q2＋W，C错误。故选B。 5.制冷机是将具有较低温度的被冷却物体的热量转移给环境介质从而获得冷量的机器。其工作原理如图所示，以下表述正确的是 A．制冷机的工作原理对应的是热力学第一定律的开尔文表述 B．制冷机的工作原理反映了热传导的方向性 C．此原理图中的Q1＝Q2 D．此原理图说明热量不能从低温物体传到高温物体 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 12 √ 6．对热力学第一定律和热力学第二定律的理解，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．内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化 D．机械能不能全部转化为内能 根据热力学第二定律可知，热量不能自发地由低温物体传递到高温物体，但在一定条件下，热量可以由低温物体传递到高温物体，例如电冰箱的工作过程，故A错误；根据热力学第一定律，若物体向外界释放的热量大于外界对物体做的功，物体的内能减小，故B错误；选项C是热力学第二定律的表述形式之一，故C正确；机械能可以全部转化为内能，故D错误。故选C。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 12 √ 7.(2025·广东深圳联考期末)海底火山活跃的海域，火山附近的海水会受到加热形成水蒸气从而产生气泡。在气泡浮上水面的过程中温度下降，压强减小，体积减小。该过程中水蒸气可视作理想气体。下列关于该过程说法正确的是 A．水蒸气上升过程中吸收热量 B．水蒸气分子的平均动能增大 C．水蒸气放出的热量大于其减小的内能 D．该过程违反了热力学第二定律 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 12 气体温度下降，故内能减小，即ΔU＜0，由体积 减小可以判断外界对气体做功，故W＞0，根据热 力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，Q＜0，即放出热 量，故A错误；水蒸气的温度下降，分子的平均 动能减小，故B错误；由A项分析可知，水蒸气放出的热量大于其减小的内能，故C正确；该过程不单是从热源吸热并用于做功，同时也引起了海水重力势能的变化，故没有违反热力学第二定律，故D错误。故 选C。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 12 √ 8.如图所示，某厂家声称所生产的空气能热水器能将热量从空气吸收到储水箱。下列说法中正确的是 A．热量可以自发地从大气传递到储水箱内 B．空气能热水器的工作原理违反了能量守恒定律 C．空气能热水器的工作原理违反了热力学第二定律 D．空气能热水器能够不断地把空气中的热量传到水箱内，但必须消耗 电能 该热水器将空气中的能量转移到热水中，符合能量守恒定律，但是热量不可能自发地从低温物体转移到高温物体，实质上在产生热水的过程中，必须消耗电能才能实现，因此符合热力学第二定律。故选D。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 12 9．下列有关热学现象的说法正确的是 A．双手互相摩擦发热的现象是用热传递的方法来改变物体内能的 B．在散热的条件下被压缩的气体内能一定增加 C．第二类永动机不违反热力学第二定律，只违反热力学第一定律 D．宏观与热现象有关的自发的物理过程都是不可逆的 √ 双手互相摩擦发热的现象是用做功的方法来改变物体内能的，A错误；由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，在散热的条件下被压缩的气体内能不一定增加，B错误；第二类永动机不违反热力学第一定律，只违反热力学第二定律，C错误；宏观与热现象有关的自发的物理过程都是不可逆的，D正确。故选D。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 12 √ 10．如图所示，电冰箱由压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器四个部分组成一个密闭的连通系统，制冷剂在连通系统内循环流经这四个部分。各部分的温度和压强如图所示，则下列说法正确的是 A．冷凝器向环境散失的热量等于蒸发器从冰 箱内吸收的热量 B．该过程实现了热量自发地从低温物体向高 温物体传递 C．制冷剂在通过冷凝器的过程中分子势能和 分子平均动能都降低 D．制冷剂在蒸发器中的状态可以看成理想气体 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 根据能量守恒定律可知，Q1(从低温物体吸收 的热量)＋W(压缩机对系统做功)＝Q2(向高温 物体释放的热量)，因此冷凝器向环境散失的 热量大于蒸发器从冰箱内吸收的热量，故A错 误；整个过程通过做功实现了热量从低温物体 向高温物体传递，故B错误；在冷凝器中制冷 剂温度降低，分子平均动能降低，状态从气体过渡到液体，分子间距从远大于平衡距离到平衡距离，分子引力做正功，则分子势能降低，故C正确；制冷剂在蒸发器中从液体变为气体，不能看成理想气体，故D错误。故选C。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 11.如图所示，两种不同的金属丝组成一个回路，接触点1插在热水中，接触点2插在冷水中，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象。关于这一现象，下列说法中正确的是 A．这一实验过程违反了热力学第二定律 B．在实验过程中，热水和冷水的温差可以 保持不变 C．在实验过程中，热水减少的内能等于冷水 增加的内能 D．在实验过程中，热水减少的内能部分转化为电能，电能部分转化为冷水的内能 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 热力学第二定律由实际热现象总结而来，任何宏观的实际热现象都符合热力学第二定律，故A错误；在实验过程中，热水内能减少，一部分转移到低温物体，一部分转化为电能，故热水一定会降温，冷水一定会升温，热水减少的内能部分转化为电能，电能部分转化为冷水的内能，则热水减少的内能大于冷水增加的内能，故BC错误，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 12．(6分)下列关于能量转换过程的叙述，违背热力学第一定律的有____，不违背热力学第一定律、但违背热力学第二定律的有____。 A．汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热 B．冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低 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．冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的 室内 B C 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 返回 A项符合热力学第一、第二定律；B项冷水和杯子温度不可能都变低，或温度都不变，违背了热力学第一定律；C项虽然不违背热力学第一定律，但违背了热力学第二定律；D项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，不违背热力学第一、第二定律。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 谢 谢 观 看 ！ 第三章 　热力学定律 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 12 $