第七讲 热力学第二定律 2025-2026学年高二物理粤教版2019选择性必修第三册期末复习讲义

期末复习讲义 粤教版（2019）选择性必修第三册复习讲义 第七讲 热力学第二定律 一、能量守恒定律 1．内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变． 理解： 1．能量的存在形式及相互转化． (1)各种运动形式都有对应的能：机械运动的物体有机械能，分子的热运动有内能，还有电磁能、化学能、原子能等． (2)各种形式的能可以相互转化．例如，利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧时，化学能转化为内能；列车刹车时轮子温度升高，机械能转化为内能． 2．与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的． 例如，物体的机械能守恒，必须是只有重力或系统内的弹力做功；而能量守恒定律是没有条件的，它是一切自然现象都遵守的基本规律． 3．能量守恒定律中的“转化”和“转移”． (1)某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等． (2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等． 二、第一类永动机不可能制成 1．第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器． 2．第一类永动机不可能制成的原因：违背能量守恒定律． 3．意义：正是历史上设计永动机的失败，才使后人的思考走上了正确的道路． 第一类永动机失败的原因分析． 如果没有外界热源供给热，则有U2－U1＝W，就是说，如果系统内能减少，即U2<U1，则W<0，系统对外做功是要以内能减少为代价的．若想源源不断地做功，就必须使系统不断回到初始状态，在无外界能量供给的情况下是不可能的 三．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． 四、 第二类永动机不可能制成 1.第一类永动机不可能制成的原因是违背了能量守恒定律． 2.第二类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第二定律． 3.两类永动机的比较 热力学第一定律和热力学第二定律的应用技巧 (1)应用热力学第一定律，一定要考虑改变物体内能的两种方式，只有做功和热传递两方面都确定，才能确定物体内能的变化． (2)热力学第二定律的应用，关键是对热现象宏观过程的方向性的理解，要抓住“自发”和“不引起其他变化”等所表述的物理意义． 五、熵增加原理 1.在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小，如果过程可逆，则熵不变；如果过程不可逆，则熵增加． ①每一个不可逆过程都会导致熵的增加． ②从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律：一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序程度更大的方向发展. 2.热力学第二定律的微观本质 一切不可逆过程总是沿着大量分子热运动无序程度增大的方向进行． 考点一：能量守恒定律 例1.下列说法正确的是（　　） A．条形磁体下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生了感应电流，说明电能是可以被创造的 B．太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了 C．“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能的 D．有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量是可以凭空产生的 【答案】C 【详解】A．条形磁体下落导致线圈中产生感应电流，这是机械能转化为电能的过程，A错误； B．根据能量守恒定律，太阳光照射到宇宙空间的能量并未消失，而是以其他形式存在或转移，B错误； C．“马儿跑”需要能量输入，“不吃草”意味着无能量来源，违背能量守恒定律，C正确； D．“全自动”手表的能量来源于环境（如人体运动或温度变化），并非凭空产生，D错误。 故选C。 例2.下列关于能量守恒定律的认识，不正确的是（　　） A．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明石子的能量消失了 B．对物体做功，物体的内能可能减小 C．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加 D．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加 【答案】A 【详解】A．根据能量守恒定律可知，石子从空中落下，最后停止在地面上，石子的能量并没有消失，石子的机械能转化成了内能，故A错误； B．做功与热传递可以改变物体的内能，对物体做功的同时，如果物体向外释放热，则物体的内能可能减小，故B正确； C．根据能量守恒定律可知，某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加，故C正确； D．根据能量守恒定律可知，某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加，故D正确。 本题选不正确的，故选A。 例3.能源是社会发展的基础。下列关于能量守恒和能源的说法正确的是（　　） A．能量是守恒的，能源是取之不尽，用之不竭的 B．能量的耗散反映了能量是不守恒的 C．开发新能源，是缓解能源危机的重要途径 D．对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减小，形成“能源危机” 【答案】C 【详解】A．能量是守恒的，能源是能够提供可利用能量的物质，并不是取之不尽，用之不竭的，故A错误； B．能量的耗散是一种形式能量转化为另一种形式的能量，能量守恒定律是自然界的规律之一，故B错误； C．开发新能源，是缓解能源危机的重要途径，故C正确； D．对能源的过度消耗将形成“能源危机”，但自然界的能量不变，故D错误。 故选C。 考点二：第一类永动机不可制成 例1.永动机是不可能制成的，这是因为（ ） A．不符合机械能守恒定律 B．做功产生的热量不符合热功当量 C．违背了热力学第一定律 D．找不到合适的材料和合理的设计方案 【答案】C 【详解】第一类永动机是指不需要消耗任何能量就能对外做功的机器，因此第一类永动机不可能制成不是因为找不到合适的材料和合理的设计方案，而是因为它违背了热力学第一定律。 故选C。 例2.如图所示，这是中国传统玩具饮水鸟。在鸟的面前放上一杯水，用手把鸟嘴浸到水里，小鸟“喝”了一口后，又直立起来。之后，无需人的干预，小鸟直立一会儿就会自己俯下身去使鸟嘴浸入水中“喝”水，然后又会直立起来。就这样周而复始，小鸟不停地点头“喝”水，则下列说法正确的是（　　） A．饮水鸟上下运动的能量来源于周围空气的内能 B．水杯中的水干了之后，小鸟还能点头“喝”水 C．这种玩具饮水鸟是一架永动机 D．此现象违背了热力学第一定律 【答案】A 【详解】A．玩具饮水鸟的内部结构如图所示，其原理是先在鸟嘴上滴一些水，水分蒸发过程中吸热，温度降低，压强减小，使得头部气压小于肚子中的气压，从而使肚子中的部分液体压入头部，使重心上移，鸟的身体变得不稳定而发生倾斜，倾斜的过程中肚子中的玻璃管口脱离液面，从而使头部的液体又回流到肚子中，使鸟的身体再回到开始的竖直状态，而刚才倾斜的过程中鸟嘴刚好又沾到了水，之后鸟回到竖直状态后，鸟嘴的水分蒸发，重复前面的运动过程，即饮水鸟上下运动的能量来源于周围空气的内能，A正确； B．根据上述分析可知，当水杯中的水干了之后，不能蒸发制冷，不能形成头部和肚子内空气的压强差，小鸟不能再上下运动，即小鸟不能点头“喝”水，B错误； CD．这种玩具饮水鸟仍然遵循能量守恒定律，此现象没有违背热力学第一定律，不是一架永动机，CD错误。 故选A。 考点三：热力学第二定律 例1.根据热力学第二定律，下列说法正确的是（　　） A．热量不能从低温物体传到高温物体 B．不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功 C．即使没有漏气和摩擦，也没有机体热量的损失，热机也不可能把燃料产生的热量完全转化成机械能 D．对能源的过度消耗使自然界的能量不断减少，形成“能源危机” 【答案】C 【详解】A．根据克劳修斯表述可知，热量不能自发的从低温物体传到高温物体，故A错误； B．根据开尔文表述可知，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错误； C．根据热力学第二定律，在循环过程中，热机从高温热源吸收的热量不可能全部转化为功，必须将一部分热量释放给低温热源，因此热机效率不可能达到100%，即热机不可能把燃料产生的热量完全转化成机械能，故C正确； D．根据能量守恒定律，自然界的总能量是守恒的，“能源危机”的本质是可被人类利用的高品质能量不断减少，并非总能量减少，故D错误。 故选C。 例2.关于热力学第二定律的表述，以下说法中，不正确的是（　　） A．开尔文表述为，不可能从单一热源取热，使之完全转化为有用功 B．热力学第二定律共有两种表述方式，它们是克劳修斯表述和开尔文表述 C．克劳修斯表述是关于热传导方向性的表述 D．开尔文表述是关于功热转换不可逆性的表述 【答案】A 【详解】A．开尔文表述为，不可能从单一热源取热，使之完全转化为有用功，而不引起其它变化，少了“而不引起其它变化”，故A错误； BCD．热力学第二定律共有两种表述方式，它们是克劳修斯表述和开尔文表述。 克劳修斯表述为：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，这是从热传导的方向性进行表述的； 开尔文表述为：不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为功（全部对外做功），而不产生其他影响（不引起其他变化）。这是从功热转换不可逆性进行表述的，故BCD正确。 由于本题选择错误的，故选A。 考点四：第二类永动机不可制成 例1.下列关于第二类永动机的说法，正确的是（　　） A．第二类永动机不可能制成，因为违反了能量守恒定律 B．第二类永动机不可能制成，因为机械能和内能的转化过程具有方向性 C．第二类永动机不可能制成，因为同时违反了能量守恒定律和热力学第二定律 D．第二类永动机不可能制成，因为没有足够精细的制作工艺 【答案】B 【详解】A．第二类永动机不违反能量守恒定律（热力学第一定律），因为能量转化过程在理论上守恒，故A错误； B．第二类永动机违反热力学第二定律（开尔文表述），因为机械能和内能的转化过程具有方向性，即不可能从单一热源吸热并全部转化为功而不引起其他变化，故B正确； C．第二类永动机仅违反热力学第二定律，不违反能量守恒定律，故C错误； D．第二类永动机不可能制成是由于物理定律（热力学第二定律）的限制，而非工艺问题，故D错误。 故选B。 例2.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填充到大米空隙中并且经过一段时间大米、小米也不会自动分开 B．将一滴红墨水滴入一杯清水中，墨水会均匀扩散到整杯水中，经过一段时间，墨水和清水也不会自动分开 C．冬季的夜晚，放在室外的物体随气温的降低，不会由内能自发地转化为机械能而动起来 D．汽车热机的效率不会达到100% 【答案】A 【详解】A．自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，大米和小米混合后小米能自发地填充到大米空隙中与热现象无关，所以不能用热力学第二定律解释。故A符合题意； B．热力学第二定律的内容可以表述为：自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性；将一滴红墨水滴入一杯清水中，会均匀扩散到整杯水中，墨水的扩散是分子热运动导致的不可逆过程，是这一规律的体现。经过一段时间，墨水和清水不会自动分开。故B不符合题意； C．根据热力学第二定律，内能无法自发地全部转化为机械能而不引起其他变化。因此放在室外的物体不会自发地将内能转化为机械能而动起来，该现象可以用热力学第二定律解释，故C不符合题意； D．热力学第二定律可表述为第二类永动机（效率100%）是不可能制成的。故D不符合题意。 故选A。 考点五：熵和熵增加原理 例1.下列说法正确的是（　　） A．制作一个装置从海水中吸收热量并全部用来做功而不产生其他影响是可行的 B．可发明一种制冷设备，使温度降至绝对零度 C．汽车尾气中各类有害气体排入大气后严重污染了空气，可想办法使它们自发地分离，既清洁了空气，又变废为宝 D．空间站气闸舱散逸到太空的空气无法自动回到气闸舱重复利用 【答案】D 【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，使之全部转化为功而不产生其他影响。海水是单一热源，全部转化为功且无其他影响是不可能的。因此该装置不可能实现，故A错误； B．根据热力学第三定律，不可能通过有限步骤使系统的温度达到绝对零度。绝对零度是低温的极限，只能无限接近，无法通过任何设备达到，故B错误； C．有害气体和空气混合是熵增的自发宏观过程，使混合气体自发分离是熵减过程，违反热力学第二定律的过程方向性，不可能实现，故C错误； D．空气分子散逸到真空是扩散过程（熵增），没有外界做功的前提下，无法自发回到气闸舱，符合热力学第二定律的宏观过程方向性，故D正确。 故选D。 例2.热现象过程中不可避免地出现能量的耗散现象。关于能量的耗散，下列说法中正确的是（　　） A．在一定条件下，能量在转化过程中总量减少了 B．能量守恒定律具有一定的局限性，存在是有前提条件的 C．大量能量的利用，导致能量的品质降低，从便于利用的能源变成不便于利用的能源 D．从能量转化的角度，反映出自然界中的宏观过程具有方向性 【答案】CD 【详解】A．能量虽然有耗散，但总的能量是守恒的，在转化的过程中总量不会减少，故A错误； B．能量守恒定律是自然界的普遍规律，适用于所有热过程，没有前提限制，故B错误； C．能量耗散表明在能源的利用过程中，能量在数量上并未减少，但是在可利用的品质上降低了，故C正确； D．根据热力学定律可知，宏观自然过程自发进行是有其方向性，能量耗散就是从能量转化的角度反映了这种方向性，故D正确。 故选CD。 一、单选题 1．下列对能量转化和守恒定律的认识错误的是（　　） A．某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加 B．某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加 C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的 D．石子从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了 【答案】D 【详解】AB．根据能量守恒定律得知，某种形式的能减少，其他形式的能一定增大；某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加，AB正确,不符题意； C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机，违反了能量的转化和守恒定律，不可能制成，C正确，不符题意； D．石子在运动和碰撞中机械能转化为了石子本身及周围物体的内能，能量并没有消失，D错误，符合题意。 故选D。 2．关于热学过程，下列说法正确的是（　　） A．自发的热传导是可逆的 B．气体向真空膨胀具有方向性 C．可以通过给物体加热而使它运动起来，但不产生其他影响 D．冰箱使热量从低温物体传递到高温物体，这是自发过程具有方向性的反例 【答案】B 【详解】A．自发的热传导过程中，热量只能自发从高温物体传递到低温物体，是不可逆的，故A错误； B．气体向真空膨胀是自发过程，只会自发向真空扩散，不会自发收缩，具有明确方向性，故B正确； C．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，使之完全变为有用功而不产生其他影响，因此无法仅通过加热使物体获得机械能（运动起来）且不产生其他影响，故C错误； D．冰箱使热量从低温物体传递到高温物体的过程中消耗了电能，需要外界做功，不属于自发过程，不违背自发过程的方向性，不是反例，故D错误。 故选B。 3．热力学是研究热能转化的科学，它是物理学中一个重要的分支。下列说法正确的是（　　） A．在水中撒入一些胡椒粉颗粒，小颗粒四处飘荡，说明小颗粒做布朗运动 B．能量耗散是从能量转化的角度，反映出自然界中的宏观过程具有方向性 C．永动机永远无法实现是因为它违背了热力学第二定律 D．在恒温体系中，理想气体的压强与体积成正比 【答案】B 【详解】A．胡椒粉颗粒较大，其运动是外力（如水流等）引起的，不是布朗运动（布朗运动是微小颗粒受分子撞击的无规则运动 ），故A错误； B．能量耗散表明能量转化具有方向性，符合热力学第二定律对宏观过程的描述，故B正确； C．永动机无法实现是因为违背能量守恒定律（第一类永动机）或违背热力学第二定律（第二类永动机 ），故C错误； D．根据理想气体状态方程 整理得 可知在恒温体系中，理想气体的压强与体积的倒数成正比，故D错误。 故选B。 4．如题图所示，相通的容器甲、乙间装有阀门K， 容器甲中充满气体， 容器乙内为真空， 整个系统与外界没有热交换。打开阀门K后，甲中的气体进入乙中，最终达到平衡，则（　　） A．气体体积膨胀，对外做功 B．气体分子平均动能增加，内能增加 C．气体体积变大，压强降低 D．乙中气体可能自发地全部退回到甲中 【答案】C 【详解】A．气体向真空膨胀（自由膨胀）时，气体不受外力，因此不对外做功（即W=0），故A错误； B．整个系统与外界无热交换（Q=0），且气体不对外做功（W=0），根据热力学第一定律可知，气体的内能变化量，可知气体温度不变，分子平均动能也不变，故B错误； C．气体温度不变、体积增大，根据可知，气体压强减小，故C正确； D．气体向真空的自由膨胀是不可逆过程，根据热力学第二定律，气体不可能自发地全部退回到甲容器中，故D错误。 故选C。 5．关于永动机和能量守恒定律，下列说法正确的是（    ） A．第一类永动机不可能制成．因为违背了能量守恒定律 B．第二类永动机不可能制成，因为违背了能量守恒定律 C．能量只会从一种形式转化为另一种形式，因此能源永远不会短缺 D．能量守恒定律只适用于机械能、内能、不适用于电能、光能、核能 【答案】A 【详解】A．第一类永动机的设计目标是不消耗能量却持续对外做功，违背了能量不会凭空产生的能量守恒定律，因此不可能制成，故A正确； B．第二类永动机的设计目标是将内能转化为机械能且不产生其他影响，它不违背能量守恒定律，违背的是宏观热现象具有方向性的热力学第二定律，故B错误； C．能量的转化和转移具有方向性，耗散到环境中的低品质内能无法被重新收集利用，可利用的能源会不断减少，因此会出现能源短缺，故C错误； D．能量守恒定律是自然界普遍适用的基本规律，适用于所有形式的能量转化、转移过程，包括电能、光能、核能等，故D错误。 故选A。 6．下列说法正确的是（　　） A．布朗运动是指悬浮在液体中的固体颗粒分子的无规则运动 B．当分子间距离减小时，分子间的斥力增大，引力减小 C．气体向真空的自由膨胀是可逆的 D．效率为的热机是不可能制成的 【答案】D 【详解】A．布朗运动是指悬浮在液体中的固体颗粒的无规则运动，不是分子的无规则运动，故A错误； B．当分子间距减小时，分子间的引力和斥力都增大，故B错误； C．气体向真空的自由膨胀过程中，气体分子的运动是无规则的，膨胀后气体分子无法自发地全部回到原来的真空区域，该过程具有方向性，是不可逆过程，故C错误； D．根据热力学第二定律，热机在工作时，必然有部分热量散失到低温热源，无法将吸收的热量全部转化为机械能，即效率为 100% 的热机（第二类永动机）不可能制成，故D正确。 故选D。 7．下列说法中正确的是（　　） A．在绝热条件下压缩气体，气体的内能一定增加 B．布朗运动是液体分子的运动，它说明分子永不停息地做无规则运动 C．第二类永动机不违反能量守恒定律，所以它是能制造出来的 D．若一定质量的理想气体在被压缩的同时放出热量，则气体内能一定减小 【答案】A 【详解】A．在绝热条件下压缩气体，外界对气体做功（W>0），且Q=0，由热力学第一定律ΔU=W+Q可知，内能一定增加，故A正确； B．布朗运动是悬浮微粒的无规则运动，反映了液体分子的无规则运动，但并非液体分子本身的运动，故B错误； C．第二类永动机虽不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律（涉及过程的方向性），因此无法制造，故C错误； D．气体被压缩时外界做功（W>0），同时放热（Q<0），由ΔU=W+Q可知，若W大于，则内能增加，故D错误。 故选A。 8．在潜水活动中，氧气瓶通过减压阀释放高压氧气供呼吸使用。当氧气迅速喷出时，下列说法正确的是（　　） A．该过程将机械能转化为内能 B．气体分子冲出阀门后能全部自发回到瓶内 C．气体通过做功方式改变了自身的内能 D．气体温度可能升高 【答案】C 【详解】AD．当高压氧气迅速喷出时，还来不及与外界发生热交换，即 气体体积膨胀对外做功，外界对气体做负功，即 根据热力学第一定律 可知 则内能减少，温度降低，该过程是内能转化为机械能，故AD错误； B．气体扩散后无法自发全部返回，违背热力学第二定律的熵增原理，故B错误； C．内能变化由气体做功引起（绝热条件下仅做功导致），故C正确。 故选C。 9．根据热力学定律，下列说法正确的是（　　） A．热量只能从高温物体向低温物体传递 B．一个宏观状态所对应的微观态越多，越无序，熵越小 C．符合能量守恒定律的宏观过程都可以自发地实现 D．物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功 【答案】D 【详解】A．热量在外界影响下可以从低温物体向高温物体传递，比如冰箱制冷， 选项A错误； B．一个宏观状态所对应的微观态越多，越无序，熵越大， 选项B错误； C．符合能量守恒定律的宏观过程不一定都能自发地实现，例如热量不能自发地从低温物体传到高温物体， 选项C错误； D．根据热力学第二定律的开尔文表述，物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功，但会引起其他变化， 选项D正确。 故选D。 二、多选题 10．关于能量和能量守恒，下列表述正确的是（　　） A．能量可以从一种形式转化为另一种形式 B．能量可以从一个物体转移到另一个物体 C．能量是守恒的，所以能源永不枯竭 D．满足能量守恒定律的物理过程一定能自发进行 E．第一类永动机不可能制成是因为违背了能量守恒定律 【答案】ABE 【详解】AB．根据能量守恒定律，能量可以从一种形式转化为另一种形式，也可以从一个物体转移到另一个物体，AB正确； C．能量与能源不同，能量是守恒的，但随着能量的耗散，能量可以利用的品质会下降，则依然要节约能源，C错误； D．自然界的宏观热现象的过程都有方向性，满足能量守恒定律的物理过程不一定能自发进行，D错误； E．第一类永动机不可能制成是因为它违背了能量守恒定律，E正确。 故选ABE。 11．下列关于第一类永动机的说法正确的是（　　） A．第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断对外做功的机器 B．随着科技的发展，第一类永动机是可以制成的 C．第一类永动机不可能制成的原因是技术问题 D．第一类永动机不可能制成的原因是违背了能量守恒定律 【答案】AD 【详解】A．第一类永动机的定义就是不消耗任何能量却能源源不断对外做功的机器，，A正确； B．第一类永动机违背了能量守恒定律，是不可能制成的，无论科技如何发展都无法实现，B错误； C．第一类永动机不可能制成的原因不是技术问题，而是违背了能量守恒定律，C错误； D．能量守恒定律表明能量既不会凭空产生也不会凭空消失，第一类永动机试图无中生有地产生能量对外做功，违背了这一定律，故D正确。 故选AD。 12．约翰·维尔金斯设计了一种磁力“永动机”，如图所示，在斜坡顶上放一块强有力的磁铁，斜坡上端有一个小孔，斜面下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道。维尔金斯认为∶如果在斜坡底端放一个小铁球，那么由于磁铁的吸引，小铁球就会向上运动，当小球运动到小孔P处时，它就要掉下，再沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端Q，由于有速度而可以对外做功，然后又被磁铁吸引回到上端，到小孔P处又掉下。关于维尔金斯“永动机”，正确的认识应该是（　　） A．一定不可能实现 B．如果忽略斜面的摩擦，维尔金斯“永动机”一定可以实现 C．如果忽略斜面的摩擦，铁球质量较小，磁铁磁性又较强，则维尔金斯“永动机”可以实现 D．违背能量守恒定律 【答案】AD 【详解】该思想违背了能量守恒定律，不可能实现。 故选AD。 13．根据能量转化和转移的方向性，下列判断正确的是（　　） A．电流的电能不可能全部转化为内能 B．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部转化为电能 C．热机中，燃气的内能不可能完全转化为机械能 D．能量不能被创造或被消灭 【答案】BCD 【详解】ABC．根据能量转化和转移的方向性可知，凡是与热现象有关的宏观过程都具有方向性，电流的电能可全部转化为内能（由电流热效应中的焦耳定律可知），而内能不可能全部转化为电能而不引起其他变化；机械能可全部转化成内能，而内能不可能全部转化成机械能而不引起其他变化；A错误，BC正确； D．根据能量守恒定律可知，能量不能被创造或被消灭，D正确。 故选BCD。 14．热泵空调广泛应用于家庭、车辆等诸多场景，其工作原理遵循卡诺循环的思想，其能效上限由卡诺循环决定，能效比（制热量与耗电量之比）在之间，高效节能。关于热泵空调，下列说法正确的是（    ） A．该设备使得热量能自发地由低温物体传递给高温物体 B．该设备的工作过程符合热力学第一、第二定律 C．该设备（压缩机）在绝热压缩制冷剂（视为理想气体）时，气体内能变大 D．该设备制热时，由室外吸收热量转移给室内，由能量守恒可知，热量转移的数值等于消耗的电能，效率能达到100% 【答案】BC 【详解】A．根据热力学第二定律，热量不能自发地从低温物体传递给高温物体。热泵空调需要消耗电能做功才能实现热量从低温物体向高温物体的转移，故A错误； B．热泵空调工作过程满足能量守恒，符合热力学第一定律；同时它依靠消耗外功实现热量转移，不违反热力学第二定律，故B正确； C．绝热压缩过程中，制冷剂与外界无热交换，即 压缩时外界对气体做功，即 根据热力学第一定律 可知 因此气体内能变大，故C正确； D．热泵制热时，总制热量等于从室外吸收的热量与消耗电能转化的热量之和，因此制热量大于消耗的电能，但从室外转移到室内的热量并不等于消耗的电能，效率也不可能达到，故D错误。 故选BC。 15．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。 16．关于热力学第二定律的说法正确的是（　　） A．热力学第二定律从宏观角度看，强调能量守恒，从微观角度看，强调统计规律 B．热量不能从低温物体传向高温物体 C．物体可以从单一热库吸收热量，使之完全变成功 D．在自然过程中，一个孤立系统的熵值不可能减小 【答案】CD 【详解】A．热力学第一定律强调能量守恒，热力学第二定律从宏观角度看强调过程的方向性，从微观角度看强调统计规律，故A错误； B．根据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向高温物体，但在外界做功的情况下可以从低温物体传向高温物体，故B错误； C．根据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，但如果不要求“不产生其他影响”，例如理想气体等温膨胀过程，物体可以从单一热库吸收热量，使之完全变成功，故C正确； D．根据熵增加原理，在自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小，即熵值不可能减小，故D正确； 故选CD。 17．下列宏观过程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，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，不会由内能自发地转化为机械能而动起来 D．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% 【答案】BCD 【详解】A．大米和小米混合后小米能自发地填充到大米空隙中，这种现象与温度无关，不是热现象，不能用热力学第二定律解释，故A错误； B．将一滴红墨水滴入一杯清水中，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，这种现象与温度有关，温度越高，分子运动越激烈，扩散越快，根据热力学第二定律，墨水和清水不会自动分开，故B正确； C．冬季的夜晚，放在室外的物体随气温的降低，物体的内能减少，根据热力学第二定律，内能不会自发地转化为机械能而动起来，故C正确； D．随着节能减排措施的不断完善，根据热力学第二定律，最终也不会使汽车热机的效率达到100%，故D正确。 故选BCD。 14 学科网（北京）股份有限公司 $期末复习讲义 粤教版（2019）选择性必修第三册复习讲义 第七讲 热力学第二定律 一、能量守恒定律 1．内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变． 理解： 1．能量的存在形式及相互转化． (1)各种运动形式都有对应的能：机械运动的物体有机械能，分子的热运动有内能，还有电磁能、化学能、原子能等． (2)各种形式的能可以相互转化．例如，利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧时，化学能转化为内能；列车刹车时轮子温度升高，机械能转化为内能． 2．与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的． 例如，物体的机械能守恒，必须是只有重力或系统内的弹力做功；而能量守恒定律是没有条件的，它是一切自然现象都遵守的基本规律． 3．能量守恒定律中的“转化”和“转移”． (1)某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等． (2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等． 二、第一类永动机不可能制成 1．第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器． 2．第一类永动机不可能制成的原因：违背能量守恒定律． 3．意义：正是历史上设计永动机的失败，才使后人的思考走上了正确的道路． 第一类永动机失败的原因分析． 如果没有外界热源供给热，则有U2－U1＝W，就是说，如果系统内能减少，即U2<U1，则W<0，系统对外做功是要以内能减少为代价的．若想源源不断地做功，就必须使系统不断回到初始状态，在无外界能量供给的情况下是不可能的 三．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． 四、 第二类永动机不可能制成 1.第一类永动机不可能制成的原因是违背了能量守恒定律． 2.第二类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第二定律． 3.两类永动机的比较 热力学第一定律和热力学第二定律的应用技巧 (1)应用热力学第一定律，一定要考虑改变物体内能的两种方式，只有做功和热传递两方面都确定，才能确定物体内能的变化． (2)热力学第二定律的应用，关键是对热现象宏观过程的方向性的理解，要抓住“自发”和“不引起其他变化”等所表述的物理意义． 五、熵增加原理 1.在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小，如果过程可逆，则熵不变；如果过程不可逆，则熵增加． ①每一个不可逆过程都会导致熵的增加． ②从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律：一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序程度更大的方向发展. 2.热力学第二定律的微观本质 一切不可逆过程总是沿着大量分子热运动无序程度增大的方向进行． 考点一：能量守恒定律 例1.下列说法正确的是（　　） A．条形磁体下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生了感应电流，说明电能是可以被创造的 B．太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了 C．“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能的 D．有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量是可以凭空产生的 例2.下列关于能量守恒定律的认识，不正确的是（　　） A．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明石子的能量消失了 B．对物体做功，物体的内能可能减小 C．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加 D．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加 例3.能源是社会发展的基础。下列关于能量守恒和能源的说法正确的是（　　） A．能量是守恒的，能源是取之不尽，用之不竭的 B．能量的耗散反映了能量是不守恒的 C．开发新能源，是缓解能源危机的重要途径 D．对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减小，形成“能源危机” 考点二：第一类永动机不可制成 例1.永动机是不可能制成的，这是因为（ ） A．不符合机械能守恒定律 B．做功产生的热量不符合热功当量 C．违背了热力学第一定律 D．找不到合适的材料和合理的设计方案 例2.如图所示，这是中国传统玩具饮水鸟。在鸟的面前放上一杯水，用手把鸟嘴浸到水里，小鸟“喝”了一口后，又直立起来。之后，无需人的干预，小鸟直立一会儿就会自己俯下身去使鸟嘴浸入水中“喝”水，然后又会直立起来。就这样周而复始，小鸟不停地点头“喝”水，则下列说法正确的是（　　） A．饮水鸟上下运动的能量来源于周围空气的内能 B．水杯中的水干了之后，小鸟还能点头“喝”水 C．这种玩具饮水鸟是一架永动机 D．此现象违背了热力学第一定律 考点三：热力学第二定律 例1.根据热力学第二定律，下列说法正确的是（　　） A．热量不能从低温物体传到高温物体 B．不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功 C．即使没有漏气和摩擦，也没有机体热量的损失，热机也不可能把燃料产生的热量完全转化成机械能 D．对能源的过度消耗使自然界的能量不断减少，形成“能源危机” 例2.关于热力学第二定律的表述，以下说法中，不正确的是（　　） A．开尔文表述为，不可能从单一热源取热，使之完全转化为有用功 B．热力学第二定律共有两种表述方式，它们是克劳修斯表述和开尔文表述 C．克劳修斯表述是关于热传导方向性的表述 D．开尔文表述是关于功热转换不可逆性的表述 考点四：第二类永动机不可制成 例1.下列关于第二类永动机的说法，正确的是（　　） A．第二类永动机不可能制成，因为违反了能量守恒定律 B．第二类永动机不可能制成，因为机械能和内能的转化过程具有方向性 C．第二类永动机不可能制成，因为同时违反了能量守恒定律和热力学第二定律 D．第二类永动机不可能制成，因为没有足够精细的制作工艺 例2.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填充到大米空隙中并且经过一段时间大米、小米也不会自动分开 B．将一滴红墨水滴入一杯清水中，墨水会均匀扩散到整杯水中，经过一段时间，墨水和清水也不会自动分开 C．冬季的夜晚，放在室外的物体随气温的降低，不会由内能自发地转化为机械能而动起来 D．汽车热机的效率不会达到100% 考点五：熵和熵增加原理 例1.下列说法正确的是（　　） A．制作一个装置从海水中吸收热量并全部用来做功而不产生其他影响是可行的 B．可发明一种制冷设备，使温度降至绝对零度 C．汽车尾气中各类有害气体排入大气后严重污染了空气，可想办法使它们自发地分离，既清洁了空气，又变废为宝 D．空间站气闸舱散逸到太空的空气无法自动回到气闸舱重复利用 例2.热现象过程中不可避免地出现能量的耗散现象。关于能量的耗散，下列说法中正确的是（　　） A．在一定条件下，能量在转化过程中总量减少了 B．能量守恒定律具有一定的局限性，存在是有前提条件的 C．大量能量的利用，导致能量的品质降低，从便于利用的能源变成不便于利用的能源 D．从能量转化的角度，反映出自然界中的宏观过程具有方向性 一、单选题 1．下列对能量转化和守恒定律的认识错误的是（　　） A．某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加 B．某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加 C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的 D．石子从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了 2．关于热学过程，下列说法正确的是（　　） A．自发的热传导是可逆的 B．气体向真空膨胀具有方向性 C．可以通过给物体加热而使它运动起来，但不产生其他影响 D．冰箱使热量从低温物体传递到高温物体，这是自发过程具有方向性的反例 3．热力学是研究热能转化的科学，它是物理学中一个重要的分支。下列说法正确的是（　　） A．在水中撒入一些胡椒粉颗粒，小颗粒四处飘荡，说明小颗粒做布朗运动 B．能量耗散是从能量转化的角度，反映出自然界中的宏观过程具有方向性 C．永动机永远无法实现是因为它违背了热力学第二定律 D．在恒温体系中，理想气体的压强与体积成正比 4．如题图所示，相通的容器甲、乙间装有阀门K， 容器甲中充满气体， 容器乙内为真空， 整个系统与外界没有热交换。打开阀门K后，甲中的气体进入乙中，最终达到平衡，则（　　） A．气体体积膨胀，对外做功 B．气体分子平均动能增加，内能增加 C．气体体积变大，压强降低 D．乙中气体可能自发地全部退回到甲中 5．关于永动机和能量守恒定律，下列说法正确的是（    ） A．第一类永动机不可能制成．因为违背了能量守恒定律 B．第二类永动机不可能制成，因为违背了能量守恒定律 C．能量只会从一种形式转化为另一种形式，因此能源永远不会短缺 D．能量守恒定律只适用于机械能、内能、不适用于电能、光能、核能 6．下列说法正确的是（　　） A．布朗运动是指悬浮在液体中的固体颗粒分子的无规则运动 B．当分子间距离减小时，分子间的斥力增大，引力减小 C．气体向真空的自由膨胀是可逆的 D．效率为的热机是不可能制成的 7．下列说法中正确的是（　　） A．在绝热条件下压缩气体，气体的内能一定增加 B．布朗运动是液体分子的运动，它说明分子永不停息地做无规则运动 C．第二类永动机不违反能量守恒定律，所以它是能制造出来的 D．若一定质量的理想气体在被压缩的同时放出热量，则气体内能一定减小 8．在潜水活动中，氧气瓶通过减压阀释放高压氧气供呼吸使用。当氧气迅速喷出时，下列说法正确的是（　　） A．该过程将机械能转化为内能 B．气体分子冲出阀门后能全部自发回到瓶内 C．气体通过做功方式改变了自身的内能 D．气体温度可能升高 9．根据热力学定律，下列说法正确的是（　　） A．热量只能从高温物体向低温物体传递 B．一个宏观状态所对应的微观态越多，越无序，熵越小 C．符合能量守恒定律的宏观过程都可以自发地实现 D．物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功 二、多选题 10．关于能量和能量守恒，下列表述正确的是（　　） A．能量可以从一种形式转化为另一种形式 B．能量可以从一个物体转移到另一个物体 C．能量是守恒的，所以能源永不枯竭 D．满足能量守恒定律的物理过程一定能自发进行 E．第一类永动机不可能制成是因为违背了能量守恒定律 11．下列关于第一类永动机的说法正确的是（　　） A．第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断对外做功的机器 B．随着科技的发展，第一类永动机是可以制成的 C．第一类永动机不可能制成的原因是技术问题 D．第一类永动机不可能制成的原因是违背了能量守恒定律 12．约翰·维尔金斯设计了一种磁力“永动机”，如图所示，在斜坡顶上放一块强有力的磁铁，斜坡上端有一个小孔，斜面下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道。维尔金斯认为∶如果在斜坡底端放一个小铁球，那么由于磁铁的吸引，小铁球就会向上运动，当小球运动到小孔P处时，它就要掉下，再沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端Q，由于有速度而可以对外做功，然后又被磁铁吸引回到上端，到小孔P处又掉下。关于维尔金斯“永动机”，正确的认识应该是（　　） A．一定不可能实现 B．如果忽略斜面的摩擦，维尔金斯“永动机”一定可以实现 C．如果忽略斜面的摩擦，铁球质量较小，磁铁磁性又较强，则维尔金斯“永动机”可以实现 D．违背能量守恒定律 13．根据能量转化和转移的方向性，下列判断正确的是（　　） A．电流的电能不可能全部转化为内能 B．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部转化为电能 C．热机中，燃气的内能不可能完全转化为机械能 D．能量不能被创造或被消灭 14．热泵空调广泛应用于家庭、车辆等诸多场景，其工作原理遵循卡诺循环的思想，其能效上限由卡诺循环决定，能效比（制热量与耗电量之比）在之间，高效节能。关于热泵空调，下列说法正确的是（    ） A．该设备使得热量能自发地由低温物体传递给高温物体 B．该设备的工作过程符合热力学第一、第二定律 C．该设备（压缩机）在绝热压缩制冷剂（视为理想气体）时，气体内能变大 D．该设备制热时，由室外吸收热量转移给室内，由能量守恒可知，热量转移的数值等于消耗的电能，效率能达到100% 15．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% 16．关于热力学第二定律的说法正确的是（　　） A．热力学第二定律从宏观角度看，强调能量守恒，从微观角度看，强调统计规律 B．热量不能从低温物体传向高温物体 C．物体可以从单一热库吸收热量，使之完全变成功 D．在自然过程中，一个孤立系统的熵值不可能减小 17．下列宏观过程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，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，不会由内能自发地转化为机械能而动起来 D．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% 14 学科网（北京）股份有限公司 $