高中物理人教版选修33教学案第十章第4节热力学第二定律

夕热力学其次定律

第4节

课前自主学习，基稳才能楼高

一、自然过程的方向性

1.热传导具有方向性：两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从;g遍物体传

给低温物体,而低温物体不行能自发地将热量传给高温物体，要实现低温物体向高温物体

传递热量，必需借助处界的关心，因而产生其他影响或引起其他变化。

2.气体的集中现象具有方向性：两种不同的气体可以自发地进入对方，最终成为匀称

的混合气体，但这种匀称的混合气体，决不会自发地分开而成为两种不同的气体。

3.机械能和内能的转化过程具有方向性：物体在水平面上运动，因摩擦而渐渐停止下

来，但绝不行能消失物体汲取原来传递出去的热量后，在地面上重新运动起来。

4.气体向真空膨胀具有方向性：气体可自发地向真空容器膨胀，但绝不行能消失气体

自发地沉着器中流出,容器变为真空。

5.一切与热现象有关的宏观自然过程都是丕任逆的。

6.热力学其次定律：反映宏观自然过程的左蝇的定律。

二、热力学其次定律的两种表述

1.克劳修斯表述

热量不能自发地从低调物体传到醺物体，这就是热力学其次定律的克劳修斯表述，

阐述的是热传递的方向性。

2.开尔文表述

不行能从单一热库汲取热量，使之完全变胜利，而不产生其他影响。(即机械能与内能

转化具有方向性)

3.对热力学其次定律的理解

热力学其次定律的两种表述是笠皱的，也可以表述为：气体向真空的自由膨胀是丕红

逆的。

4.其次类永动机

(1)定义：只从单一热库汲取热量.使之完全变为功而不引起其他变化的热机。

(2)其次类永动机不行能制成的缘由：虽然其次类永动机不违反能量守恒定律,但大量

的事实证明，在任何状况下，热机都不行能只有一个热库，热机要不断地把吸取的热量变

为有用的功，就不行防止地将一局部热量传给低温热库。

|动脑咫考炬做对

1.自主思索——判一判

(1)温度不同的两个物体接触时，热量会自发地从低温物体传给高温物体。(X)

(2)其次类永动机违反了热力学其次定律。(V)

(3)热机的效率可以到达100%。(X)

(4)一切与热现象有关的微观自然过程都是不行逆的。(X)

(5)其次类永动机违反了能量守恒定律。(X)

(6)只要对内燃机不断改良，就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能。(X)

2.合作探究——议一议

(I)温度不同的两个物体接触时，热量会从低温物体传给高温物体吗？

提示：会。温度不同的两个物体接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，要

使热量从低温物体传给高温物体，必需借助其他关心，如电冰箱的工作。

(2)两个不同的物体接触时，热量自发地从高温物体传递给低温物体。此处“自发地”

的含义是什么？

提示：“自发地”的含义是指没有任何外界影响或者其他关心。

(3)我们假想：创造一种热机，并用来对物体做功，将内能全部转化为动能，而不引起

其他变化，这是否可能？

提示：热机不能把它得到的内能全部转化为机械能，由于热机必需有热源和冷凝器，

热机工作时，总要向冷凝器放热，不行防止地要由工作物质带走一局部热量Q,即使是抱

负热机，没有摩擦，没有漏气等能量损失，它也不行能把汲取的热量百分之百地转化为机

械能，总要有一局部热量散发到冷凝器中。

字课堂讲练设计，举一能通类题

考点一对热力学其次定律的理解

9通知识

1.在热力学其次定律的表述中，“自发地"、"不产生其他影响〃、“单一热库〃、“不

行能〃的涵义

(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供应能量等。

(2)“不产生其他影响"的涵义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对四周环

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”：指温度匀称并且恒定不变的系统。假设一系统各局部温度不相同或

者温度不稳定，那么构成机器的工作物质可以在不同温度的两局部之间工作，从而可以对

外做功。据报道，有些国家已在讨论利用海水上下温度不同来发电。

(4)“不行能"：实际上热机或制冷机系统循环终了时，除了从单一热库汲取热量对外

做功，以及热量从低温热库传到高温热库以外，过程所产生的其他一切影响，不管用任何

的方法都不行能加以消退。

2.热力学其次定律的实质

热力学其次定律的每一种表述，都揭示了大量分子参加宏观过程的方向性，使人们熟

悉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.热力学其次定律的其他描述

(I)一切宏观自然过程的送行都具有方向性。

(2)气体向真空的自由膨胀是不行逆的。

(3)其次类永动机是不行能制成的。

5通题组

I.(多项选择)热力学其次定律指出()

A.气体的集中过程具有方向性

B.一切形式的能量间的相互转化都具有方向性

C.热机效率〃近1

D.大量分子参加的宏观过程具有方向性

解析：选AD由热力学其次定律知，气体的集中现象具有方向性，并不是一切形式的

能量间的相互转化都具有方向性，如动能和势能的相互转化，故A正确，B错误；热机效

率只能小于1,不行能等于1,故C错误；一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性，故

D正确。

2.（多项选择）关于热力学定律，以卜说法止确的选项是（）

A.为了增加物体的内能，必需对物体做功或向它传递热量

B.对某物体做功，必定会使该物体的内能增加

C.可以从单一热源汲取热量，使之完全变为功

D.不行能使热量从低温物体传向高温物体

E.功转变为热的实际宏观过程是不行逆过程

解析：选ACE转变内能的方法有做功和热传递两种，所以为了增加物体的内能，必

需对物体做功或向它传递热量，A项正确：对物体做功的同时物体向外界放热，那么物体

的内能可能不变或减小，B项错误：依据热力学其次定律可知，在对外界有影响的前提下，

可以从单一热源汲取热量，使之完全变为功，C项正确；在有外界做功的条件下，可以使

热量从低温物体传递到高温物体，D项错误；依据热力学其次定律可知，E项正确。

考点二

e通知识

i.两个定律比拟：①热力学第肯定律是能量守恒定律在热力学中的详细表现形式，在

转化的过程中，总的能量保持不变。②热力学其次定律是指在有限的时间和空间内，一切

和热现象有关的宏观自然过程具有不行逆性。

2.两类永动机的比拟

第一类永动机其次类永动机

不消耗任何能量，可以不断做功（或只赐将内能全部转化为机械能，而不引起其

设计要

予很小的能量启动后，可以永久运动下他变化（或只有一个热源，实现内能与机

求

去）械能的转化）

不行能

违反了能量守恒定律违反了热力学其次定律

的缘由

a通题组

1.（多项选择）以下说法中正确的选项是（）

A.第一类永动机不行能制成是由于它违反了能量守恒定律

B.其次类永动机不行能制成是由于它违反了能量守恒定律

C.热力学第肯定律和热力学其次定律是相互的

D.热力学其次定律的两种表述是等价的

解析：选ACD第一类永动机是想“创生”能量，违反了能量守恒定律，其次类永动

机是想使热机效率〃=1,违反了热力学其次定律（没有违反能量守恒定律），A正确，B错误;

热力学第肯定律是能量守恒定律在内能与其他形式能转换时的详细表达，热力学其次定律

指出了自然界中与熬现象有关的宏观过程都具有方向性。它们分别从不同侧面揭示了热现

象的本质，是相互的，热力学其次定律的两种表述是等价的，C、D正确。

2.关于两类永动机和热力学两大定律，以下说法正确的选项是（）

A.其次类永动机不行能制成是由于违反了热力学第肯定律

B.第一类永动机不行能制成是由于违反了热力学其次定律

C.由热力学第肯定律可知做功不肯定转变内能，热传递也不肯定转变内能，但同时做

功和热传递肯定会转变内能

D.由热力学其次定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的,从单一热库汲取热

量，完全变胜利也是可能的

解析：选D第一类永动机违反热力学第肯定律，其次类永动机违反热力学其次定律，

A、B错；由热力学第肯定律可知WHO,。工0,但AU=W+。可以等于0,C错；由热力

学其次定律可知D中现象是可能的，但不引起其他变化是不行能的，D对。

3.（多项选择）依据热力学其次定律，可知以下说法中正确的有（）

A.热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体

B.热量能够从高温物体传到低温物体，也可能从低温物体传到高温物体

C.机械能可以全部转化为热能，但热能不行能全部转化为机械能

D.机械能可以全部转化为热能，热能也可能全部转化为机械能

解析：选BD由热力学其次定律克劳修斯表述知，热量可以自发地从高温物体传给低

温物体，当外界对系统做功时，也可以使系统从低温物体吸取热量传到高温物体，冰箱就

是这样的装置，故A错误，B正确。机械能可以全部转化为内能，如在水平地面上运动的

物体，克服摩擦阻力做功，最终静止，这个过程中机械能全部转化为内能，当外界条件发

生变化时，内能也可以全部转化为机械能，如在等温膨胀过程中，系统汲取的热量全部转

化为对外界做的功，故C错误，D正确。

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一、基础题号熟

1.热力学定律说明自然界中进行的热现象的宏观过程（）

A.有的只遵守热力学第肯定律

B.有的只遵守热力学其次定律

C.有的既不遵守热力学第肯定律，也不遵守热力学其次定律

D.全部的都遵守热力学第一、其次定律

解析：选D热力学第一、其次定律是热力学的根本定律，对全部涉及热现象的宏观

过程都成立。应选项D正确，A、B、C错误。

2.（多项选择）依据热力学其次定律，以下推断正确的有（）

A.热机中燃气的内能不行能全部变成机械能

B.电流的能不行能全部变成内能

C.在火力发电机中，燃气的内能不行能全部变成电能

D.在热传导中，热量不行能自发地从低温物体传递给高温物体

解析：选ACD但凡与热现象有关的宏观热现象都具有方向性。无论采纳任何设备和

手段进行能量转化，总是遵循“机械能可全部转化为内能，而内能不能全部转化为机械

能"，故A正确。由电流热效应中的焦耳定律可知，电流的能可以全部转化为内能，故B

错误。火力发电机发电时，能*转化的过程为内能一机球能一电能，由于内能一机械能的

转化过程中会对外放出热量，故燃气的内能必定不能全部变为电能，C正确。热量从低温

物体传递到高温物体不能自发进行，必需借助外界的关心，结果会带来其他影响，这正是

热力学其次定律第一种表述的主要思想，故D正确。

3.以下宏观过程不能用热力学其次定律解释的是（）

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，会匀称集中到整杯水中，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到达100%

解析：选A热力学其次定律反映的是与热现象有关的宏观过程的方向性的规律，A

不属于热现象；由热力学其次定律可以解释B、C、D选项。

4.我们绝不会看到：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转

化为动能，使这个物体运动起来，其缘由是（）

A.违反了能量守恒定律

B.在任何条件下内能不行能转化成机械能，只有机械能才能转化成内能

C.机械能和内能的转化过程具有方向性，内能转化成机械能是有条件的

D.以上说法均不正确

解析：选C机械能和内能的相互转化，必需通过做功来实现，故C对。

5.以下关于热现象的描述正确的一项为哪一项（）

A.依据热力学定律，热机的效率可以到达100%

B.做功和热传递都是通过能量转化的方式转变系统内能的

C.温度是描述热运动的物理量，一个系统与另一个系统到达热平衡时两系统温度相同

D.物体由大量分子组成，其单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动也是无规

律的

解析：选C依据热力学其次定律可知，热机不行能从单一热源汉职热量全部用来做

功而不引起其他变化，因此，热机的效率不行能到达100%,选项A错误；做功是通过能

量转化转变系统的内能，热传递是通过能量的转移转变系统的内能，选项B错误；温度是

表示热运动的物理量，热传递过程中到达热平衡时，温度相同，选项C正确；单个分子的

运动是无规则的，大量分子的运动表现出统计规律，选项D错误。

6.（多项选择）如图I所示，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汲取箱体内的热量，经过冷凝器时制

冷剂液化,放出热量到箱体外。以下说法正确的选项是（）

图1

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移不断地把冰箱内的热量传到外界，是由于其消耗了电能

C.电冰箱的工作原理不违反热力学第肯定律

D.电冰箱的工作原理违反热力学第肯定律

解析：选BC热量不能自发地从低温物体传到高温物体，要想使热量从低温物体传到

高温物体必需借助于其他系统做功，A错误，B正确。热力学第肯定律适用于全部的热学过

程，C正确，D错误。

二、能力题号通

7.用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，

如图2