12.3 能量转化的方向性 讲义 -2025-2026学年高二下学期物理同步复习（沪科版选择性必修第三册）

本讲义聚焦高中物理“能量转化的方向性”核心知识点，系统梳理热力学第二定律的热传导方向性、机械能与内能转化方向性，通过两种表述及能量耗散现象构建认知，进而延伸至熵的定义与熵增加原理，形成递进式学习支架。 该资料通过19道选择及填空题，结合空调制热、永动机等生活实例与布朗运动等物理现象，助力学生建立能量观念，培养科学推理能力。课中辅助教师系统讲解知识点，课后学生可通过练习巩固，查漏补缺，提升知识应用能力。

第十二章第三节 能量转化的方向性 题型1 热力学第二定律的不同表述与理解 题型2 熵与熵增加原理 ▉题型1 热力学第二定律的不同表述与理解 【知识点的认识】 热力学第二定律 1．热传导的方向性 ①热量可以自发地从高温物体传递给低温物体． ②热量从低温物体传递给高温物体，必须借助外界的帮助． 2．机械能内能转化方向性 ①热机 定义：把内能转化为机械能的机器． 能量：Q1＝W+Q2 效率：η100% ②机械能可以自发地全部转化为内能，而内能全部转化为机械能必须受外界影响或引起外界变化． 3．第二类永动机不可制成 ①定义：从单一热源吸收的热量，可以全部用来做功，而不引起其他变化的机器．即：效率η＝100%的机器． ②原因：违背了热力学第二定律，但没有违背能量守恒定律 4．热力学第二定律 ①两种表述： Ⅰ．不可能使热量从低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化． Ⅱ．不可能从单一热源吸收热量并全部用来做功，而不引起其他变化． ②实质：自然界中涉及到的热现象的宏观过程都具有方向性． ③热力学第二定律是独立于第一定律的． 5．能量耗散 ①定义：无法重新收集和利用的能量，这种现象为能量耗散． ②反映了热现象宏观过程的方向性． 1．“覆水难收”意指泼出去的水不能自发回到原来的状态。其蕴含的物理规律是（　　） A．热平衡定律 B．热力学第一定律 C．热力学第二定律 D．机械能守恒定律 【答案】C 【解答】解：A、热平衡定律是指两个相互热接触的系统，经过一段时间后，将达到热平衡，即它们的温度相等。“覆水难收”现象与热平衡定律无关，故A错误； B、热力学第一定律即能量守恒定律，它表明能量可以从一种形式转化为另一种形式，但总量保持不变。泼出去的水的能量并没有消失，只是转化为了其他形式，但这并不能解释水不能自发回到原来状态的原因，故B错误； C、热力学第二定律指出，自然界中涉及到的热现象的宏观过程都具有方向性。例如，热量可以自发地从高温物体传递到低温物体，但不能自发地从低温物体传递到高温物体。“覆水难收”正是体现了这种宏观过程的方向性，水泼出去后，由于重力、摩擦力等因素，其运动状态发生改变，要想让水自发地回到原来的状态是不可能的，这符合热力学第二定律，故C正确； D、机械能守恒定律是指在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。“覆水难收”过程中，水的机械能不守恒，且该定律也不能解释水不能自发回到原来状态的原因，故D错误。 故选：C。 2．一台冷暖两用型空调铭牌上标有“输入功率1kW，制冷能力1.2×104kJ/h，制热能力1.44×104kJ/h”的字样，从设计指标看，空调在制热时，下列判断中正确的是（　　） A．此过程是违反能量守恒定律的，所以铭牌上标注的指标一定是错误的 B．空调制热时产生的热量全部由电能转化而来的 C．空调制热时放出的热量一部分是由电能转化而来，另一部分是从外界吸收而来的 D．空调制热时每小时消耗电能1.44×104kJ 【答案】C 【解答】解：ABC．空调制热时获得的热量，一部分是通过电流做功，消耗电能获得的，另一部分是从外界吸收的热量，并不违反能量守恒定律，AB错误，C正确； D．空调制热时每小时消耗的电能是 W＝Pt＝1×3.6×103kJ＝3.6×103kJ D错误。 故选：C。 3．下列说法正确的是（　　） A．单晶体的分子（或原子、离子）排列是有规则的，所以物理性质各向同性 B．只有相互浸润的物体间才能有毛细现象发生 C．液体表面张力的产生，是由于表面层中分子间的引力小于斥力 D．理想气体等温膨胀时，从单一热源吸收的热量可以全部用来对外做功，这一过程不违反热力学第二定律 【答案】D 【解答】解：A.单晶体的分子（或原子、离子）排例是有规则的，不同方向，分子的排列情况不同，所以物理性质各向异性，故A错误； B.浸润和不浸润的物体间都能发生毛细现象，故B错误； C.液体的表面层分子间距大于平衡距离，使表面层分子间的引力大于斥力，从而产生表面张力，故C错误； D.一定量的理想气体在等温膨胀过程中吸收的热量等于对外做的功，并不违反热力学第二定律，因为该过程会产生其他影响，故D正确； 故选：D。 4．下列说法中正确的是（　　） A．悬浮在水中花粉颗粒的布朗运动反映了花粉中分子做无规则的热运动 B．足球充足气后很难压缩，是足球内气体分子间斥力作用的结果 C．温度相同的氢气和氧气中，氢气分子和氧气分子的平均速率不同 D．热量不能从低温物体传到高温物体 【答案】C 【解答】解：A.悬浮在水中花粉颗粒的布朗运动反映了液体中分子在做无规则的热运动，故A错误； B.足球充足气后很难压缩，主要是由于足球内气体压强增加的缘故，不是由于分子间存在斥力，故B错误； C.温度是分子平均动能的标志，故温度相同则平均动能一定相同，但氢分子与氧分子的质量不同，所以氢气分子和氧气分子的平均速率不同，故C正确； D.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，但是在外界条件的干预下热量能地从低温物体传到高温物体，例如电冰箱，故D错误； 故选：C。 5．下列有关热现象的叙述中正确的是（　　） A．布朗运动是液体分子的运动，它说明了液体分子在永不停息地做无规则运动 B．物体的温度越高，分子运动速率越大 C．第二类永动机一定能够实现 D．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功2.0×105J，若空气向外界放出1.5×105J的热量，则空气内能增加5×104J 【答案】D 【解答】解：A、布朗运动是液体中固体颗粒的运动，不是液体分子的运动，故A错误； B、物体的温度越高，分子运动的平均速率越大，不能说分子的速率大，故B错误； C、热力学第二定律表明第二类永动机违背了热力学第二定律，不能实现，故C错误； D、活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功2.0×105J，若空气向外界放出1.5×105J的热量，根据热力学第一定律可知空气内能增加ΔU＝5×104J，故D正确。 故选：D。 6．根据热力学定律和分子动理论，可知下列说法中正确的是（　　） A．布朗运动是液体分子的运动，它说明了分子永不停息地做无规则运动 B．随着技术的进步，永动机是可能制成的 C．密封在体积不变的容器中的气体，若温度升高，则气体分子对器壁单位面积上的平均作用力增大 D．根据热力学第二定律可知热量能够从高温物体传到低温物体，但不可能从低温物体传到高温物体 【答案】C 【解答】解：A、布朗运动是固体微粒的无规则运动是由液体分子撞击形成的，反映了液体分子的无规则运动，故A错误； B、第一类永动机永远无法实现，是因为永动机违背了能量守恒定律。根据热力学第二定律可知，第二类永动机并未违反能量守恒定律，而是违反了宏观自然过程发展的方向性，即违反了热力学第二定律，故B错误； C、密封在体积不变的容器中的气体，若温度升高，根据气态方程得压强增大，所以气体分子对器壁单位面积上的平均作用力增大，故C正确。 D、根据热力学第二定律可知热量能够自发从高温物体传到低温物体，不可能自发把热量从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，但是在外界做功的情况下热量可以从低温物体传到高温物体，故D错误。 故选：C。 7．热力学第二定律使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程（　　） A．都具有方向性 B．只是部分具有方向性 C．没有方向性 D．无法确定 【答案】A 【解答】解：热力学第二定律的内容：一种表述：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。另一种表述是：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。因此热力学第二定律说明自然界中进行的涉及热现象的宏观过都具有方向性。如下表： 方向性 详解 举例 热传导的 方向性 热量可以自发地从高温物体传给低温物体 要将热量从低温物体传给高温物体，必须有外界的帮助，即外界对其做功 机械能转 化为内能 过程的方 向性 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不引起其他变化 第二类永动机不可能实现 故A正确，BCD错误。 故选：A。 8．下列说法正确的是（　　） A．物体吸收热量，其内能一定增加 B．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 C．第二类永动机不能制成是因为违背了能量守恒定律 D．热量能够自发地从低温物体传递到高温物体 【答案】B 【解答】解：A、根据热力学第一定律，物体吸收热量，但对外做功不明确，所以其内能不一定增加。故A错误； B、根据热力学第二定律，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。故B正确； C、第二类永动机不能制成是因为违背了热力学第二定律。故C错误； D、根据热力学第二定律，热量能不能够自发地从低温物体传递到高温物体。故D错误； 故选：B。 9．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．气体被压缩时，内能可能不变 C．第二类永动机违背了能量守恒定律，故不能制成 D．在气缸里移动活塞时，活塞对气缸里的空气做功﹣2.0×105J，同时空气向外界放出热量1.5×105J，则空气的内能减少了0.5×105J 【答案】B 【解答】解：A、绝对零度不可达到，根据热力学第二定律可知，热机的斜率不可能达到100%，故A错误； B、气体被压缩时，外界对气体做功，如果气体对外放出的热量等于外界对气体做的功，气体内能不变，故B正确； C、第二类永动机不可能制成是因为它违背了热力学第二定律，即不可能从单一热源吸收热量，而源源不断的对外做功，故C错误； D、在气缸里移动活塞时，活塞对气缸里的空气做功﹣2.0×105J，同时空气向外界放出热量1.5×105J，由热力学第一定律得：ΔE＝W+Q＝﹣2.0×105 J+（﹣1.5×105 J）＝﹣3.5×105J，空气内能减少了3.5×105J，故D错误； 故选：B。 （多选）10．根据热学中的有关知识，下列说法中正确的是（　　） A．所有符合能量守恒定律的宏观过程都能真实发生 B．电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递 C．机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功转化成机械能而不引起其他变化 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，第二类永动机可以被制造出来 【答案】BC 【解答】解：AC、涉及热现象的宏观过程都有一定的方向性，符合能量守恒定律的宏观过程并不能都真实发生，根据热力学第二定律，不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的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以转换成机械能而不引起其他变化，故A错误，C正确； B、电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递，但要引起其他变化，故B正确； D、第一类永动机违背能量守恒定律，不可能制造出来。第二类永动机不违背能量守恒定律，但违背了热力学第二定律，也不可能制造出来，故D错误。 故选：BC。 （多选）11．根据热力学定律，下列说法正确的是（　　） A．第二类永动机违反能量守恒定律，因此不可能制成 B．即使没有漏气、摩擦、不必要的散热等损失，热机也不可能把燃料产生的内能全部转化为机械能 C．电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递 D．空调在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出热量 【答案】BCD 【解答】解：A、第二类永动机不可能制成，是因它违反了热力学第二定律，故A错误； B、根据热力学第二定律，即使没有漏气、摩擦、不必要的散热等损失，热机也不可以把燃料产生的内能全部转化为机械能，即第二类永动机不可能制成，故B正确； C、根据热力学第二定律，可知电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递，故C正确； D、空调在制冷过程中需要通过压缩机做功，以致于从室内物体吸收的热量少于向室外环境放出的热量，故D正确。 故选：BCD。 （多选）12．关于热力学定律，下列说法正确的是（　　） A．气体吸热后温度一定升高 B．理想气体等压膨胀过程一定放热 C．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体 D．如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡 【答案】CD 【解答】解：A、物体吸热后温度不一定升高，如冰融化，冰吸收热量，但温度不变，故A错误； B、A、由知，一定质量理想气体在等压膨胀过程中温度升高，内能增大，气体一定吸收热量，故B错误； C、热量能自发地从高温物体传给低温物体，不能自发地从低温物体传给高温物体，故C正确； D、如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间必定处于热平衡，故D正确； 故选：CD。 （多选）13．下列说法中正确的是（　　） A．一定质量的理想气体在定容下的比热容比在定压下的比热容要小 B．机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部用来做功以转化成机械能 C．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 D．理想气体等温膨胀吸收热量全部用于对外做功，说明内能全部转化为机械能，并不违反热力学第二定律 【答案】AB 【解答】解：A、根据热力学第一定律，一定质量的理想气体在定容吸收的热量全部增加内能，不对外界做功，而一定质量的理想气体在定压下吸收的热量既要增加内能，还要对外界做功，如果升高相同的温度，定压过程吸收的热量多，根据Q＝cm•Δt，所以一定质量的理想气体在定容下的比热容比在定压下的比热容要小，故A正确； B、机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部用来做功以转化成机械能，后者会引起其他变化，故B正确； C、第一类永动机不违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律违背热力学第二定律，随着科技的进步和发展，第二类永动机不可以制造出来，故C错误； D、理想气体等温膨胀吸收热量全部用于对外做功，说明内能全部转化为机械能并引起其他变化，违反热力学第二定律，故D错误。 故选：AB。 （多选）14．以下说法正确的是（　　） A．空气中小雨滴成球形是因为水的表面张力作用的结果 B．分子间的作用力为零时，分子间的势能一定为零 C．自然界一切过程能量都是守恒的，符合能量守恒定律的宏观过程都能自然发生 D．布朗运动并不是分子的运动，但间接证明了分子在永不停息地做无规则运动 E．一定质量的理想气体，压强不变，体积增大，分子平均动能增加 【答案】ADE 【解答】解：A、空气中小雨滴成球形是因为水的表面张力作用的结果，故A正确； B、由于分子势能是相对的，其值与零势能点的选择有关，如果选择无穷远处为零势能面，则分子间作用力为零时的分子势能不为零，故B错误； C、自然界一切过程能量都是守恒的，但是符合能量守恒定律的宏观过程不一定能发生，而是存在一定的方向性，故C错误； D、布朗运动并不是分子的运动，它是固体小颗粒的运动，但间接证明了分子在永不停息地做无规则运动，故D正确； E、压强不变、体积增大时，根据状态方程可知，气体的温度一定增大，则分子平均动能增加，故E正确。 故选：ADE。 （多选）15．我国神九航天员的漫步太空已成为现实。神九航天员漫步太空，此举震撼世界，意义重大无比。其中，飞船在航天员出舱前先要“减压”，在航天员从太空返回进入航天器后要“升压”，因此飞船将此设施专门做成了一个舱，叫“气闸舱”，其原理如图所示，两个相通的舱A、B间装有阀门K，指令舱A中充满气体，气闸舱B内为真空，整个系统与外界没有热交换。打开阀门K后，A中的气体进入B中，最终达到平衡，则（　　） A．气体体积膨胀，但不做功 B．气体分子势能减少，内能增加 C．体积变大，温度降低 D．B中气体不可能自发地全部退回到A中 【答案】AD 【解答】解：A、当阀门K被打开时，A中的气体进入B中，由于B中为真空，所以A中的气体不会做功，故A正确； BC、系统对外不做功，同时与外界无热交换，根据热力学第一定律可知，ΔU＝Q+W，则气体内能不变，气体膨胀，但无法确定分子势能的变化，也无法确定分子动能的变化，故BC错误； D、由热力学第二定律知，真空中气体膨胀具有方向性，在无外界作用时，B中气体不能自发地全部退回到A中，故D正确。 故选：AD。 （多选）16．下列说法正确的是（　　） A．悬浮在液体中的微粒越大，某一瞬间撞击它的液体分子数越多，布朗运动越明显 B．液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，所以液体表面存在表面张力 C．当分子间距r＞r0时，分子间的引力随着分子间距的增大而增大，分子间的斥力随着分子间距的增大而减小，所以分子力表现为引力 D．自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性 E．一定质量的理想气体在等压膨胀过程中，一定从外界吸收热量 【答案】BDE 【解答】解：A、布朗运动是悬浮在液体中的固体微粒的运动，悬浮在液体中的微粒越小，在某一瞬间撞击它的液体分子数越少，布朗运动越明显，故A错误； B、表面分子较为稀疏，故液体表面分子间距离大于液体内部分子间距离，液体表面存在表面张力，故B正确； C、分子间的引力和斥力都随着距离的增加而减小，随着距离的减小而增加，只是斥力变化的比引力快，当分子间距r＞r0时，分子力表现为引力，故C错误； D、根据热力学第二定律可知，自然界中的宏观热现象具有方向性，故D正确； E、一定质量的理想气体等压膨胀，根据理想气体状态方程可知，温度升高，内能增大，根据热力学第一定律可知，气体对外做功，一定吸收热量，故E正确。 故选：BDE。 （多选）17．根据你学过的热学中的有关知识，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 B．凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量只能从高温物体传递给低温物体，而不能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．制冷机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量 E．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 【答案】CD 【解答】解：A、根据热力学第二定律可知，机械能可能全部转化为内能；在没有外界影响时，内能不能全部用来做功以转化成机械能，故A错误。 B、凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量能自发从高温物体传递给低温物体，但引起其他变化的前提下，能从低温物体传递给高温物体。故B错误。 C、热机的效率不能到达100%，故C正确。 D、根据能量守恒定律可知，制冷机在制冷过程中，从室内吸收的热量少，室外放出的热量多，故D正确。 E、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，违背了热力学第二定律，第二类永动机不可以制造出来。故D错误。 故选：CD。 （多选）18．下列说法正确的是（　　） A．可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功 B．非晶体的物理性质各向同性而晶体的物理性质都是各向异性 C．烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明蜂蜡是晶体 D．一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加 E．干湿泡温度计的湿泡显示的温度低于干泡显示的温度，这是湿泡外纱布中的水蒸发吸热的结果 【答案】ADE 【解答】解：A、根据热力学第二定律可知，不可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。在产生其它影响的情况下，可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功。故A正确。 B、单晶体的物理性质各向异性，多晶体和非晶体的物理性质各向同性，故B错误。 C、烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，只能说明云母片是晶体，故C错误。 D、一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，体积变大，根据理想气体状态方程可知，温度升高，内能一定增加，故D正确。 E、湿泡外纱布中的水蒸发吸热，使温度降低，所以干湿泡温度计的湿泡显示的温度低于干泡显示的温度，故E正确。 故选：ADE。 ▉题型2 熵与熵增加原理 【知识点的认识】 有序、无序和熵 1.熵的定义：用来表示一个系统无序程度的概念。 2．熵增加原理 （1）原理：热力学第二定律有许多表述形式，因此可以将它表述为任何孤立的系统，它的总熵永远不会减少．即自然界的一切自发过程，总是朝着熵增加的方向进行的，这个就是熵增加原理． （2）孤立系统：与外界没有物质交换．热交换，与外界也没有力的相互作用、电磁作用的系统．即强调了自发性． 3．有序向无序的转化 系统自发的过程总是从有序到无序的．熵是表征系统的无序程度的物理量，熵越大，系统的无序程度越高． （多选）19．下列说法正确的是（　　） A．不可能让热量由低温物体传递给高温物体而不引起其它任何变化 B．从单一热源吸取热量使之全部变成有用的机械功是不可能的 C．熵值越大，表明系统内分子运动越无序 D．热量是热传递过程中，内能大的物体向内能小的物体转移内能多少的量度 【答案】AC 【解答】解：A、根据热力学第二定律可知，不可能让热量由低温物体传递给高温物体而不引起其它任何变化，故A正确； B、根据热力学第二定律可知，从单一热源吸取热量使之全部变成有用的机械功而不引起其他变化，是不可能的，故B错误； C、根据熵增加原理可知，熵值越大，表明系统内分子运动越无序，故C正确； D、热量是热传递过程中，温度高的物体向温度低的物体转移内能多少的量度，故D错误。 故选：AC。 （多选）20．下列关于熵的有关说法正确的是（　　） A．熵是系统内分子运动无序性的量度 B．在自然过程中熵是不会减小的 C．热力学第二定律也叫做熵减小原理 D．熵值越大代表越无序 【答案】ABD 【解答】解：A、熵是系统内分子运动无序性的量度，在一个孤立的系统，熵越大，系统的无序度越大，故A正确； B、根据热力学第二定律，在自然过程中熵是不会减小的，故B正确 C、热力学第二定律也叫熵增原理，故C错误 D、在一个孤立的系统，熵越大，系统的无序度越大，故D正确 故选：ABD。 21．（1）　温度　 是分子平均动能的标志 （2）查理定律可以表述为：一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强p与 　热力学温度T　 成正比。 （3）请写出把未饱和汽变成饱和汽的常见两种方法 　降低温度　 和 　减小体积　 。 （4）一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与 　外界对气体所做的功　 的和。这个关系叫做热力学第一定律。 （5）在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会 　减小　 。 【答案】（1）温度 （2）热力学温度T （3）降低温度 减小体积 （4）外界对气体所做的功 （5）减少 【解答】解：（1）温度是分子平均动能的标志 （2）查理定律可以表述为：一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强P与热力学温度T成正比。 （3）把未饱和汽变成饱和汽的常见两种方法：降低温度和减小体积。因为饱和汽压强随温度的降低而减小，减小体积可以增加未饱和汽的压强。 （4）一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对气体所做的功的和。这个关系叫做热力学第一定律。 （5）在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减少。 故答案为：（1）温度 （2）热力学温度T （3）降低温度 减小体积 （4）外界对气体所做的功 （5）减少 学科网（北京）股份有限公司 $ 第十二章第三节 能量转化的方向性 题型1 热力学第二定律的不同表述与理解 题型2 熵与熵增加原理 ▉题型1 热力学第二定律的不同表述与理解 【知识点的认识】 热力学第二定律 1．热传导的方向性 ①热量可以自发地从高温物体传递给低温物体． ②热量从低温物体传递给高温物体，必须借助外界的帮助． 2．机械能内能转化方向性 ①热机 定义：把内能转化为机械能的机器． 能量：Q1＝W+Q2 效率：η100% ②机械能可以自发地全部转化为内能，而内能全部转化为机械能必须受外界影响或引起外界变化． 3．第二类永动机不可制成 ①定义：从单一热源吸收的热量，可以全部用来做功，而不引起其他变化的机器．即：效率η＝100%的机器． ②原因：违背了热力学第二定律，但没有违背能量守恒定律 4．热力学第二定律 ①两种表述： Ⅰ．不可能使热量从低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化． Ⅱ．不可能从单一热源吸收热量并全部用来做功，而不引起其他变化． ②实质：自然界中涉及到的热现象的宏观过程都具有方向性． ③热力学第二定律是独立于第一定律的． 5．能量耗散 ①定义：无法重新收集和利用的能量，这种现象为能量耗散． ②反映了热现象宏观过程的方向性． 1．“覆水难收”意指泼出去的水不能自发回到原来的状态。其蕴含的物理规律是（　　） A．热平衡定律 B．热力学第一定律 C．热力学第二定律 D．机械能守恒定律 2．一台冷暖两用型空调铭牌上标有“输入功率1kW，制冷能力1.2×104kJ/h，制热能力1.44×104kJ/h”的字样，从设计指标看，空调在制热时，下列判断中正确的是（　　） A．此过程是违反能量守恒定律的，所以铭牌上标注的指标一定是错误的 B．空调制热时产生的热量全部由电能转化而来的 C．空调制热时放出的热量一部分是由电能转化而来，另一部分是从外界吸收而来的 D．空调制热时每小时消耗电能1.44×104kJ 3．下列说法正确的是（　　） A．单晶体的分子（或原子、离子）排列是有规则的，所以物理性质各向同性 B．只有相互浸润的物体间才能有毛细现象发生 C．液体表面张力的产生，是由于表面层中分子间的引力小于斥力 D．理想气体等温膨胀时，从单一热源吸收的热量可以全部用来对外做功，这一过程不违反热力学第二定律 4．下列说法中正确的是（　　） A．悬浮在水中花粉颗粒的布朗运动反映了花粉中分子做无规则的热运动 B．足球充足气后很难压缩，是足球内气体分子间斥力作用的结果 C．温度相同的氢气和氧气中，氢气分子和氧气分子的平均速率不同 D．热量不能从低温物体传到高温物体 5．下列有关热现象的叙述中正确的是（　　） A．布朗运动是液体分子的运动，它说明了液体分子在永不停息地做无规则运动 B．物体的温度越高，分子运动速率越大 C．第二类永动机一定能够实现 D．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功2.0×105J，若空气向外界放出1.5×105J的热量，则空气内能增加5×104J 6．根据热力学定律和分子动理论，可知下列说法中正确的是（　　） A．布朗运动是液体分子的运动，它说明了分子永不停息地做无规则运动 B．随着技术的进步，永动机是可能制成的 C．密封在体积不变的容器中的气体，若温度升高，则气体分子对器壁单位面积上的平均作用力增大 D．根据热力学第二定律可知热量能够从高温物体传到低温物体，但不可能从低温物体传到高温物体 7．热力学第二定律使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程（　　） A．都具有方向性 B．只是部分具有方向性 C．没有方向性 D．无法确定 8．下列说法正确的是（　　） A．物体吸收热量，其内能一定增加 B．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 C．第二类永动机不能制成是因为违背了能量守恒定律 D．热量能够自发地从低温物体传递到高温物体 9．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．气体被压缩时，内能可能不变 C．第二类永动机违背了能量守恒定律，故不能制成 D．在气缸里移动活塞时，活塞对气缸里的空气做功﹣2.0×105J，同时空气向外界放出热量1.5×105J，则空气的内能减少了0.5×105J （多选）10．根据热学中的有关知识，下列说法中正确的是（　　） A．所有符合能量守恒定律的宏观过程都能真实发生 B．电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递 C．机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功转化成机械能而不引起其他变化 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，第二类永动机可以被制造出来 （多选）11．根据热力学定律，下列说法正确的是（　　） A．第二类永动机违反能量守恒定律，因此不可能制成 B．即使没有漏气、摩擦、不必要的散热等损失，热机也不可能把燃料产生的内能全部转化为机械能 C．电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递 D．空调在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出热量 （多选）12．关于热力学定律，下列说法正确的是（　　） A．气体吸热后温度一定升高 B．理想气体等压膨胀过程一定放热 C．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体 D．如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡 （多选）13．下列说法中正确的是（　　） A．一定质量的理想气体在定容下的比热容比在定压下的比热容要小 B．机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部用来做功以转化成机械能 C．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 D．理想气体等温膨胀吸收热量全部用于对外做功，说明内能全部转化为机械能，并不违反热力学第二定律 （多选）14．以下说法正确的是（　　） A．空气中小雨滴成球形是因为水的表面张力作用的结果 B．分子间的作用力为零时，分子间的势能一定为零 C．自然界一切过程能量都是守恒的，符合能量守恒定律的宏观过程都能自然发生 D．布朗运动并不是分子的运动，但间接证明了分子在永不停息地做无规则运动 E．一定质量的理想气体，压强不变，体积增大，分子平均动能增加 （多选）15．我国神九航天员的漫步太空已成为现实。神九航天员漫步太空，此举震撼世界，意义重大无比。其中，飞船在航天员出舱前先要“减压”，在航天员从太空返回进入航天器后要“升压”，因此飞船将此设施专门做成了一个舱，叫“气闸舱”，其原理如图所示，两个相通的舱A、B间装有阀门K，指令舱A中充满气体，气闸舱B内为真空，整个系统与外界没有热交换。打开阀门K后，A中的气体进入B中，最终达到平衡，则（　　） A．气体体积膨胀，但不做功 B．气体分子势能减少，内能增加 C．体积变大，温度降低 D．B中气体不可能自发地全部退回到A中 （多选）16．下列说法正确的是（　　） A．悬浮在液体中的微粒越大，某一瞬间撞击它的液体分子数越多，布朗运动越明显 B．液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，所以液体表面存在表面张力 C．当分子间距r＞r0时，分子间的引力随着分子间距的增大而增大，分子间的斥力随着分子间距的增大而减小，所以分子力表现为引力 D．自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性 E．一定质量的理想气体在等压膨胀过程中，一定从外界吸收热量 （多选）17．根据你学过的热学中的有关知识，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 B．凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量只能从高温物体传递给低温物体，而不能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．制冷机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量 E．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 （多选）18．下列说法正确的是（　　） A．可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功 B．非晶体的物理性质各向同性而晶体的物理性质都是各向异性 C．烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明蜂蜡是晶体 D．一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加 E．干湿泡温度计的湿泡显示的温度低于干泡显示的温度，这是湿泡外纱布中的水蒸发吸热的结果 ▉题型2 熵与熵增加原理 【知识点的认识】 有序、无序和熵 1.熵的定义：用来表示一个系统无序程度的概念。 2．熵增加原理 （1）原理：热力学第二定律有许多表述形式，因此可以将它表述为任何孤立的系统，它的总熵永远不会减少．即自然界的一切自发过程，总是朝着熵增加的方向进行的，这个就是熵增加原理． （2）孤立系统：与外界没有物质交换．热交换，与外界也没有力的相互作用、电磁作用的系统．即强调了自发性． 3．有序向无序的转化 系统自发的过程总是从有序到无序的．熵是表征系统的无序程度的物理量，熵越大，系统的无序程度越高． （多选）19．下列说法正确的是（　　） A．不可能让热量由低温物体传递给高温物体而不引起其它任何变化 B．从单一热源吸取热量使之全部变成有用的机械功是不可能的 C．熵值越大，表明系统内分子运动越无序 D．热量是热传递过程中，内能大的物体向内能小的物体转移内能多少的量度 （多选）20．下列关于熵的有关说法正确的是（　　） A．熵是系统内分子运动无序性的量度 B．在自然过程中熵是不会减小的 C．热力学第二定律也叫做熵减小原理 D．熵值越大代表越无序 21．（1）　　 是分子平均动能的标志 （2）查理定律可以表述为：一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强p与 　　 成正比。 （3）请写出把未饱和汽变成饱和汽的常见两种方法 　　 和 　　 。 （4）一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与 　　 的和。这个关系叫做热力学第一定律。 （5）在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会 　　 。 学科网（北京）股份有限公司 $