2024年人教版高中物理选择性必修第三册第三章热力学定律第4节热力学第二定律

4.热力学第二定律

1.了解热力学第二定律。了解能量与能源的区别以及能源的有限性。（物理观念）

2.能用热力学第二定律解释常见的不可逆过程，即自然界中的能量转化、转移以及方向

素养

性问题。（科学思维）

目标

3.了解热力学定律是建立在对自然现象的归纳、热机的讲究基础上的，领会科学与生产

实践的紧密联系（科学态度与责任）

教材梳理一一形成观念

一热力学第二定律的克劳修斯表述

1.热传导的方向性:一切与热现象有关的宏观自然过程都是丕可逆的。

2.克劳修斯表述:热量不能自发地从低温物体传到高温物体。（该表述阐述的是传热的方向性）

二热力学第二定律的开尔文表述

1.热机：

（1）热机工作的两个阶段：第一个阶段是燃烧燃料，把.燃料中的化学能变成工作物质的良能:第

二个阶段是工作物质对外做功,把自己的内能变成机械能,

（2）热机用于做功的热量一定小王它从高温热库吸收的热量。

2.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。（该表述阐

述了机械能与内能转化的方向性）

思考与判断

1.热量不会从低温物体传给高温物体。（）

2.机械能可以完全转化为内能,而内能不可能完全转化为机械能。（）

3.可以从单一热库吸收热量，使之完全变为功。（）

4.能源是取之不尽、用之不竭的。（）

提示:3.正确，1、2、4错误，由热力学第二定律的克劳修斯表述可知，热量会从低温物体传给

高温物体，但不会自发地从低温物体传到高温物体，故1错误;由热力学第二定律的开尔文表

述可知，内能可以完全转化为机械能，但一定会产生其他影响，故2错误;根据开尔文表述，在

引起其他变化的情况下，可以从单一热库吸收热量，使之完仝变为功，故3正确；能量是守恒的,

但能源是有限的,所以我们要节约能源，故4错误。

合作探究一一提升素养

热力学第二定律的应用

【情境探究】

如图是热量在传递过程中的情景。

Z0

两个温度不等的物体

放在一起时,它们之

间就存在一个热量的

传递过程！

［交流讨论］

(1)在自然过程中热量是如何传递的？

提示:热量由温度高的物体传递给温度低的物体，或由温度高的地方传递到温度低的地方。

(2)空调是如何传递热量的？

提示:空调可以通过电机做功，把热量从温度比较低的房间内传递到温度较高的房间外。

【核心归纳】

1.单一热库：指温度均匀并且恒定不变的系统。

2.其他影响：

(1)除J'从单一热库吸收的热量以及所做的功以外的其他一切影响。

(2)除「从低温物体吸收热量、高温物体得到热量外，其他一切影响和变化。

3.关于“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,过程所产生的其他一切影响，不论用何种曲折复杂的

办法都不可能加以消除。

4.适用条件：只能适用于由很大数目分子所构成的系统及有限范围内的宏观过程，而不适用于

少量的微观体系，也不能把它扩展到无限的宇宙。

【典题例析】

【典例1】(多选)关于电冰箱，下列说法正确的是()

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不断地把冰箱内的热量传到外界,是因为它消耗了电能

C.电冰箱的工作原理不违背热力学第一定律

D.电冰箱的工作原理违背热力学第二定律

【解题探究】(1)热量可以从低温物体传到高温物体吗？

提示:可以。

(2)电冰箱的工作原理违背热力学第二定律吗？

提示:不违背。

【解析】选B、Co由热力学笫二定律知，热量不能自发地由低温物体传到高温物体，除非施加

外部的影响和帮助,所以电冰箱把热量从低温内部传到高温外部,需要压缩机的帮助并消耗电

能，故A错误,B正确;热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律，是能的转化

和守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，故C正确；电冰箱的工作原理并不违背热力

学第二定律，故D错误。

【变式训练】

下列过程中可能发生的是()

A.某种物质从高温热源吸收20kJ的热量,全部转化为机械能而没有产生其他任何影响

B.打开一高压密闭容器，其内气体自发逸出后乂自发跑进去，恢复原状

C.利用其他手段,可以使低温物体温度更低,高温物体的温度更高

D.将两瓶不同液体混合,然后它们乂自发地各自分开

【解析】选Co根据热力学第二定律，热量不可能从低温物体自发地传递给高温物体，而不引

起其他的影响，但通过一些其他手段是可以实现的，故C项正确；内能转化为机械能不可能自

发地进行,要使内能全部转化为机械能必定要引起其他变化，故A项错误;气体膨胀具有方向

性，故B项错误;扩散现象也有方向性,故D项错误。

二热机和第二类永动机

【情境探究】

如图所示是制冷机和热机的工作过程示意图。

［交流讨论］

⑴制冷机工作时热量是自发地从低温热库传到高温热库吗？

提示:不是。热量从低温热库传到高温热库时需要有外界做功。

(2)热机工作时是否将从高温热店吸收的热量全部用来做功？

提示:否。热机工作时只将从高温热库吸收热量的一部分用来做功，剩余的释放到低温热库,

【核心归纳】

1.热机的特点：

（1）热机不仅仅只有一个热库。

⑵热机的效率不可能达到100%c

2.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，但内能不能在不产生其他影响的前提下全部转化成机械能。

（2）机械能和内能的转化过程具有方向性。

3.两类永动机的比较

项目第一类永动机第二类永动机

将内能全部转化为机械能，而

不消耗任何能量,可以不断做功（或只给予不引起其他变化（或只有一个

设计要求

很少的能量启动后,可以永远运动下去）热库，实现内能向机械能的转

化）

不可能制

违背了能量守恒定律违背了热力学第二定律

成的原因

【典题例析】

【典例2】在热学中，下列说法正确的是（）

A.第一类永动机不可制成是由于它违背了能量守恒定律

B.第二类永动机不可制成是由于它违背了能量守恒定律

C.热力学第二定律告诉我们机械能可以转化为内能,而内能不能转化为机械能

D.热量只能从高温物体传向低温物体，而不能从低温物体传向高温物体

【解析】选A。不消耗能量而不断对外做功的第一类永动机是不可能制成的，因为它违背了能

量守恒定律，故A正确；从单一热库吸收热量而对外做功的第二类永动机不违反能量守恒定律,

但违反了热力学第二定律，故B错误;热力学笫二定律告诉我们机械能可以转化为内能，而内

能在“一定的条件下”也能转化为机械能，故C错误;热量能从高温物体传向低温物体,在“一

定的条件下”也能从低温物体传向高温物体，故D错误。

【加固训练】

电能被广泛应用在动力、照明、化学、纺织、通信、广播等各个领域，是科学技术发展、人民

经济飞跃的主要动力。如图所示为火电站电能产生与使用过程中各阶段的能量转化效率，已知

1kg标准煤完全燃烧时产生的热量约为2.93X10,J。则（）

化石燃料半永蒸气的内能I丝叶片的机械能产逋前四％而询

A.发电站的发电效率约为40%

B.提高输送电压可以提高发电站的发电效率

C.1kg标准煤完全燃烧能输送到用户端的电能约为9.4X10“J

D.用户端消耗1kW・h的电能，发电站需要烧0.5kg的标准燥

【解析】选Co发电站的发电效率约为90%X40%X99%=35.64%,A