第3章 第4节 热力学第二定律（Word教参）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（人教版）

本高中物理讲义聚焦热力学第二定律核心知识点，系统梳理宏观自然过程方向性、克劳修斯与开尔文表述，衔接能源有限性（能量守恒、耗散及品质变化），通过强化点构建从定律理解到应用、热机与永动机分析、能量耗散认知的学习支架。 资料以“质疑辨析”引发思考，结合典例解析（如电冰箱房间降温问题）和题点训练，培养科学思维中的科学推理与质疑创新能力，联系生活实例渗透能源节约的科学态度与责任，课中助力教师精准教学，课后便于学生巩固知识、弥补薄弱环节。

第4节　热力学第二定律(赋能课——精细培优科学思维) 课标要求 学习目标 通过自然界中宏观过程的方向性,了解热力学第二定律。 1.知道一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。知道热力学第二定律的两种表述内容。 2.体会用热力学第二定律反映宏观自然过程的方向性。体会能量守恒和能源有限。 3.应用热力学定律解释生产生活中的实例。 一、热力学第二定律 1.热力学第二定律: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。 3.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。 [质疑辨析] 若室内的温度恒定,一杯热水静置一段时间后就会变成一杯常温的水,但一杯常温的水不会自行变成一杯热水。下落的石头因为与空气摩擦而变热,一部分机械能转化成了内能,但石头不能把内能自动转化为机械能,使自己重新飞上天去。 请对以下说法作出判断: (1)热量可以自发地由高温物体传递到低温物体。 (√) (2)热量不可能由低温物体传递到高温物体。 (×) (3)能量传递自发进行是有方向性的。 (√) 二、能源是有限的 1.能量守恒:自然界的一切变化,人类社会的所有活动,都伴随着能量的转移和转化,能量在转移和转化过程中,总量是守恒的。 2.能量耗散:能源在利用过程中最后都转化为内能,不能再自动聚集起来加以利用的现象。 3.能源:具有高品质的容易利用的储能物质。 4.能量品质变化:能源的使用过程中虽然能的总量保持守恒,但能量的品质降低了,能源会逐步减少,因此能源是有限的资源。 强化点(一)　热力学第二定律的理解与应用 [要点释解明] 1.热力学第二定律表述中“关键词”的理解 (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。在传热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,过程中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。 2.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,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。 3.热力学过程方向性实例 (1)高温物体低温物体 (2)功热 (3)气体体积V1气体体积V2(较大) (4)不同气体A和B混合气体AB 　　[典例]　(多选)下列现象不可能发生的是 (　　) A.在一与外界绝热的房间内,将一台正在工作的电冰箱的门打开,能使该房间降温 B.蒸汽机把蒸汽的内能全部转化为机械能 C.一个在粗糙的水平地面上运动的物体最终要停下来,物体的动能全部转化为内能 D.在热传导中,热量可以自发地从高温物体传向低温物体 [解析]　在一与外界绝热的房间内,将一台正在工作的电冰箱的门打开,消耗了电能,产生了焦耳热,所以房间温度不仅不能降低还会升高,故A不可能发生;蒸汽机不可能把蒸汽的内能全部转化为机械能,转化过程中必然存在能量耗散,故B不可能发生;一个在粗糙的水平地面上运动的物体最终要停下来,物体的动能全部转化为内能,C可能发生;在热传导中,热量可以自发地从高温物体传向低温物体,D可能发生。 [答案]　AB [误区警示] 对热力学第二定律理解的两个误区 (1)认为热量只能由高温物体传到低温物体,不能由低温物体传到高温物体。热量可以由高温物体传到低温物体,也可以由低温物体传到高温物体;但是,前者可以自发完成,而后者则必须有外界参与。 (2)认为机械能可以完全转化为内能,而内能不能完全转化为机械能。机械能可以完全转化为内能,内能也可以完全转化为机械能;但是,前者可以不产生其他影响,而后者一定会产生其他影响。 [题点全练清] 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 解析:选AC　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;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定律的物理过程不一定都是可以实现的,故B错误;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,所以可以由自然过程的方向性判断物理过程能否自发进行,故C正确;根据热力学第二定律,一部分物理过程是可以自发进行的,故D错误。 2.(2025·宁夏石嘴山高二期末)(多选)关于热力学定律,下列说法正确的是 (　　) A.为了增加物体的内能,必须对物体做功或向它传递热量 B.对某物体做功,不一定会使该物体的内能增加 C.可以从单一热源吸收热量,使之完全变为功 D.不可能使热量从低温物体传向高温物体 解析:选ABC　做功和热传递是改变物体内能的两种方式,故A正确;对某物体做功的同时该物体可能向外传递热量,所以不一定会使该物体的内能增加,故B正确;根据热力学第二定律可知,不可能从单一热源吸收热量,使之完全变为功而不引起其他变化,但是如果可以引起其他变化,则可以从单一热源吸收热量,使之完全变为功,故C正确;根据热力学第二定律可知,不可能自发地使热量从低温物体传向高温物体,但在外界的作用下,可以使热量从低温物体传向高温物体,故D错误。 强化点(二)　热机和第二类永动机 [要点释解明] 1.热机的特点 (1)热机不仅仅只有一个热库。 (2)热机的效率不可能达到100%。 2.第二类永动机不能制成的原因:违反了热力学第二定律(不违反能量守恒定律)。 3.第二类永动机不能制成的意义 (1)机械能可全部转化成内能,但内能不能全部转化成机械能。 (2)机械能和内能的转化过程具有方向性。 4.两类永动机的比较 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,可以不断对外做功(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 　　[典例]　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,传热也不一定改变内能,但同时做功和传热一定会改变内能 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,从单一热库吸收热量,完全变成功也是可能的 [解析]　第一类永动机违背了能量守恒定律,第二类永动机违背热力学第二定律,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。 [答案]　D [题点全练清] 1.(多选)关于热机的效率,下列说法正确的是 (　　) A.有可能达到80%　　　　 B.有可能达到100% C.有可能超过80% D.一定能达到100% 解析:选AC　根据热力学第二定律,热机效率永远也达不到100%。 2.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 解析:选B　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,二者表述的角度不同,本质不同,相互补充,并不矛盾,故B正确,A、C、D错误。 强化点(三)　能量与能量耗散 [要点释解明] 1.各种形式的能最终都转化为内能,流散到周围的环境中,分散在环境中的内能不管数量多么巨大,它也只不过能使地球、大气稍稍变暖一点,却再也不能自动聚集起来驱动机器做功了。 2.从可被利用的价值来看,内能较之机械能、电能等,是一种低品质的能量。由此可知,能量耗散虽然不会导致能量的总量减少,却会导致能量品质的降低,实际上是将能量从容易利用的形式降级为不大可用的形式。 3.能量耗散导致可利用能源减少,所以要节约能源。 [题点全练清] 1.(多选)关于能量和能量耗散,下列说法正确的是 (　　) A.能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中自发过程的方向性 B.能量耗散表明能源的利用是有条件的,也是有代价的 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.能量之间可以相互转化,故能源循环利用很方便 解析:选ABC　能量守恒定律是普遍规律,能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的自发过程具有方向性,耗散过程中能量也是守恒的,故A正确;能量耗散表明能源的利用是有条件的,也是有代价的,如煤炭和石油燃烧会造成空气污染和温室效应,故B正确;常规能源的利用比新能源的利用对环境影响大,C正确;能量之间可以相互转化,但是这种转化有方向性,耗散的能量很难再收集起来重新利用,故D错误。 2.(2025·日照高二检测)关于能量和能源,下列说法正确的是 (　　) A.人类在不断地开发和利用新能源,所以能量可以被创造 B.在能源的利用过程中,由于能量在数量上并未减少,所以不需要节约能源 C.自然界中只要涉及热现象的宏观过程都具有方向性 D.能量耗散现象说明:在能量转化的过程中,虽然能量的总量并不减少,但能量品质提升了 解析:选C　根据能量守恒定律,能量是不能被创造的,A错误;在能源的利用过程中,虽然能量在数量上并未减少,但是能量的品质在降低,所以需要节约能源,B错误;根据热力学第二定律可知,自然界中只要涉及热现象的宏观过程都具有方向性,C正确;能量耗散现象说明:在能量转化的过程中,虽然能量的总量并不减少,但能量品质降低了,D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $