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

该高中物理课件聚焦热力学第二定律，围绕宏观过程方向性及两种表述展开，通过热水变常温、石头摩擦生热等生活实例质疑辨析，衔接能量守恒定律，搭建从现象到规律的学习支架。 其亮点在于结合关键词解析（如“自发地”“不产生其他影响”）和热机、永动机等实例分析，通过分层练习培养科学思维，融入能源耗散联系环保，渗透科学态度与责任。助力学生深化能量观念，教师可高效落实课标要求。

热力学第二定律 (赋能课——精细培优科学思维) 第 4 节 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。 课前预知教材 课堂精析重难 01 02 CONTENTS 目录 课时跟踪检测 03 课前预知教材 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_________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_______物体传到_______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_______，使之完全变成功，而不产生其他影响。 方向性 低温 高温 热量 [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______的。 2.能量耗散：能源在利用过程中最后都转化为______，不能再自动聚集起来加以利用的现象。 3.能源：具有_________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。 守恒 内能 高品质 课堂精析重难 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。 强化点(一)　热力学第二定律的理解与应用 要点释解明 (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。 [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。 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 题点全练清 √ √ 解析：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：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。 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。 强化点(二)　热机和第二类永动机 要点释解明 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。 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% 题点全练清 解析：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：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。 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。 强化点(三)　能量与能量耗散 要点释解明 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 题点全练清 √ √ √ 解析：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：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。 课时跟踪检测 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1.下列宏观过程不能用热力学第二定律解释的是 (　　) A.大米和小米混合后小米能自发地填充到大米空隙中而经过一段时间大米、小米不会自动分开 B.将一滴红墨水滴入一杯清水中，红墨水会均匀扩散到整杯水中，经过一段时间，墨水和清水不会自动分开 C.冬季的夜晚，放在室外的物体随气温的降低，不会将内能自发地转化为机械能而动起来 D.即使随着节能减排措施的不断完善，最终也不会使汽车热机的效率达到100% √ 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 解析：热力学第二定律反映的是与热现象有关的宏观过程的方向性，选项A不属于热现象，不能用热力学第二定律解释。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 2.(2025·广西贵港高二期末)(多选)下列有关热力学定律的说法正确的是 (　　) A.气体吸收热量，内能不一定增大 B.漓江的水能是用之不竭的 C.热量不能自发地从低温物体传到高温物体 D.一块石头从山上滚下，机械能增大了 √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：气体吸收热量，可能同时对外做功，气体的内能不一定增大，故A正确；水能的使用过程存在能量耗散，漓江的水能不是用之不竭的，故B错误；根据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，故C正确；一块石头从山上滚下，由于阻力对石头做负功，石头的机械能减小了，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 3.(多选)根据热学中的有关知识，判断下列说法中正确的是 (　　) A.机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部用来做功转化成机械能而不引起其他变化 B.凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量只能自发地从高温物体传递给低温物体，而不能自发地从低温物体传递给高温物体 C.尽管技术不断进步，热机的效率仍不能达到100% D.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 √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：机械能可以全部转化为内能，在没有外界影响时，内能不能全部用来做功转化为机械能，A错误；凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量可以自发地从高温物体传递给低温物体，也能从低温物体传递给高温物体，但必须借助外界的帮助，B正确；尽管科技不断进步，热机的效率仍不能达到100%，C正确；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，而是违背了热力学第二定律，故第二类永动机不可能制造出来，D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 4.(2025·山西临汾高二期末)(多选)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 √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：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；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；做功和热传递对改变物体的内能是等效的，选项C正确；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。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 5.PM2.5主要来自化石燃料、生物质、垃圾的焚烧，为了控制污染，要求我们节约及高效利用能源。关于能源和能量，下列说法中正确的是 (　　) A.自然界中的石油、煤炭等能源可供人类永久使用 B.人类应多开发与利用太阳能、风能等新能源 C.能量被使用后就消失了，所以要节约能源 D.能量耗散说明自然界的能量在不断减少 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：煤炭、石油虽然是当今人类利用的主要能源，但短期内不能从自然界得到补充，是不可再生能源，A错误；太阳能和风能等都是可再生能源且为清洁能源，应该尽量开发与利用，B正确；能量虽然守恒，但有些能量使用以后不能再被利用，所以要节约能源，但能量是不会减少的，也不会消失，只是形式发生了转变，C、D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 6.(2025·重庆高二期末)如图所示，在某医院内一 幢楼房的外墙上挂满了空调外机，场景非常壮观。以 下说法中正确的是 (　　) A.空调既能制热也能制冷，说明热传递不存在方向性 B.制热时室内温度升高，则室内所有分子的运动速率都会增大 C.制冷时室内温度降低，则室内空气分子平均动能减小 D.如果室内温度减小到0 ℃，则室内空气分子热运动停止 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：空调既能制热又能制冷，但是热量不能自发地从低温处传到高温处，则热传递存在方向性，故A错误；制热时室内温度升高，则室内分子运动的平均速率会增大，但不是所有分子的速率都增大，故B错误；制冷时室内温度降低，则室内空气分子平均动能减小，故C正确；分子永不停息的无规则运动叫作热运动，当室内温度减小到0 ℃时，室内空气分子热运动不会停止，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 7.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 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：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；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；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；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。 8.如图所示，汽缸内盛有一定量的理想气体，汽缸壁是导热 的，汽缸外环境保持恒温，活塞与汽缸壁的接触面是光滑的，但 不漏气。现将活塞与杆连接，使其缓慢地向右移动，这样气体将等温膨胀并对外做功。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.气体是从单一热库吸热，全部用来对外做功，因此此过程违反了热力学第二定律 B.气体是从单一热库吸热，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.气体是从单一热库吸热，全部用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律 D.以上三种说法都不对 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：此过程虽然是气体从单一热库吸热，全部用来对外做功，但引起了其他变化(有外力控制着活塞缓慢地移动，而非自动进行的)，所以此过程不违反热力学第二定律。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 9.(2025·陕西宝鸡期末)(多选)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.0 ℃的水和0 ℃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 √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：0 ℃的冰融化成0 ℃的水，要吸收热量，内能增加，则0 ℃的冰的内能比等质量的0 ℃的水的内能小。由于质量大小不确定，故不能确定0 ℃的水和0 ℃的冰的内能的关系，故A错误；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；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；一定质量的理想气体经历一缓慢的绝热膨胀过程，则Q=0，W<0，根据ΔU=W+Q，可知ΔU<0，气体的内能减小，故D正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 10.(多选)如图是空气能热水器的工作原理示意图，它主要由储水箱、毛细管、蒸发器、压缩机、冷凝器等部件组成。制冷剂在毛细管、蒸发器、压缩机、冷凝器之间循环过程与我们所熟悉的电冰箱的制冷循环过程相同，其工作过程如下： ①液态制冷剂经过一段很细的毛细管缓慢地进入蒸发器，在蒸发器中迅速汽化，并从低温的空气中吸收热量。 ②制冷剂汽化生成的蒸汽被压缩机压缩后变成高温高压的蒸汽进入冷凝器。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 ③在冷凝器中，高温高压的蒸汽将热量传递给水并发生液化。制冷剂以此不断循环流动，使水的温度不断上升。 下列说法正确的是 (　　) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 A.空气能热水器实现了“热量由低温物体(空气)传向高温物体(水)” B.空气能热水器中的水被加热是由电直接加热的 C.空气能热水器的工作原理不违反热力学第一定律 D.空气能热水器的制热系统能够不断地把空气的内能传给水，是因为其消耗了电能 解析：空气能热水器工作时将外界低温空气中的热收集起来然后通过压缩机再传给里面温度较高的水，使水的温度升高，故A、D正确，B错误；空气能热水器在工作时遵守热力学第一定律，故C正确。 √ √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 11.(2025·四川南充高二期末)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 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：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A、C错误；一切与热现象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；因为内能不变，故气体温度不变，分子平均动能不变，B内为真空，气体自由膨胀，气体分子的数密度减小，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。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 12.热力学第二定律常见的表述方式有两种，其一：不可 能使热量自发地由低温物体传递到高温物体；其二：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。第一种表述方式可以用如图所示制冷机工作示意图来表 示，根据你对第二种表述的理解，如果也用类似的示意图来 表示，则下列示意图中正确的是 (　　) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 √ 解析：对于第二种表述方式，热机工作时，从高温热库吸收热量，只有一部分用来对外做功，转变为机械能，另一部分热量要排放给低温热库，故B正确，A、C、D错误。 本课结束 更多精彩内容请登录：www.zghkt.cn $