2024-2025学年高中物理第5章热力学定律第3节热力学第二定律第4节熵-无序程度的量度学案鲁科版选修3-3

第3节热力学其次定律第4节端——无序程度的量度

学习目标I】•热力学其次定律的两种不同表述以及对两种表述的理解..(重点)2.对端

和煽增加原理的理解.(难点)

》预习导学•0电的梳理知识•夯实基地.

一、自然过程的方向性

1.可逆过程和不行逆过程

(1)可逆过程：系统回到原来的状态，同时龌原来过程对外界的一切影响，则原来的

过程为可逆过程.

(2)不行逆过程：假如用任何方法都不能使系统与处里完全复原，则原来的过程为不行

逆过程.

2.热传导的方向性：温度不同的两个物体接触时，热量会自发地从遍逼物体传给低温

物体，但不会自发地从低遍物体传给遍温物体.这说明：热传导具有方向性.

3.功转变为热的方向性

在焦耳的叶轮搅水试验中，重物下落使水温上升，是抵蝇转化为内箧的过程：与此相

反过程，即水温自动降低，产生水流，推动叶片转动，带动重物上升的过程是不行能发生的，

尽管它不违反热力学第肯定律.这说明：功转变为热具有方向性.

4.热转变为功的方向性

(1)热机：消耗内能对外做功的装置.

(2)原理：热机必需工作在两个温度不同的热源之间,通过工作物质，将从高温热源汲

取的热量，一部分用来对外做功,另一部分完全损耗掉，损耗的热量不行能再自动地收集起

来.这说明：热转变为功具有如此.

5.结论：凡是与热现象有关的宏观过程都具有方应性.

二、热力学其次定律的表述

1.第一种表述(克劳修斯表述)：不行能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其他

变更.

2.其次种表述(开尔文表述)：不行能从里二热遮吸取热量，使之完全变为立她1，而

不引起其他变更.

热力学其次定律的这两种表述是笠峥.热现象的宏观过程是丕直逆的.

rrS9SE31

1.(1)一切与热现象有关的宏观自然过程都是不行逆的.：)

(2)热量不会自发从高温物体传给低温物体.()

(3)由冰箱能自发地把热量从低温物体传给高温物体.()

提示：(1)J(2)X(3)X

3.其次类永动机

(1)定义：从单一热源汲吸热量并使之完全转化为功而不产生其他影响的机器.

(2)其次类永动机不行能制成：一次类永动机并不违反热力苧第肯定律,但违反了热力

学其次定律.

(3)热力学其次定律的又一种表述：其次类永动机是不行能制成的.

。贫|0韵

2.(1)可以从单一热库汲取热量，使之完全变为功.()

(2)其次类永动机违反了能量守恒定律.()

(3)其次类永动机违反了热力学其次定律.()

提示：⑴J(2)X(3)V

三、有序和无序

1.热传导这个过程使无序程度增加.

2.机械能转变为内能的过程是大量分子的有序运动向无序运动的转化过程.

3.热力学其次定律的微观本质：一切不行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.

4.定义：用来量度系统无序程度的物理量叫做场.

5.燧增加原理：在孤立系统中，一切不行逆过程必定朝着场增加的方向进行,这就是

端增加原理.

孤立系统是指与外界既没有物质交换也没有能量交换的系统.

。团=韵

3.(1)端值越大代表着越有序.()

(2)一个宏观态所对应的微观态数目越多，则燧越大.()

(3)孤立系统的总端可能用大，也可能减小.()

提示：⑴X⑵J⑶X

俄多维课堂曰酚突破疑难•讲练提升.

知识点1热力学其次定律的理解

1.克劳修斯表述

“不行能使热量由低温物体传向高温物体而不引起其他变更”这句话包含以下三层意

思：

(1)热量会自发地从高温物体传给低温物体，在传递过程中不会对其他物体产生影响；

(2)假如有其他作用，热量有可能由低温物体传递到高温物体；

(3)假如没有其他作用，热量就不行能由低温物体传递到高温物体.

2.开尔文表述

“不行能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不引起其他变更”这句话包含以

下三层意思：

(1)从单一热源汲取热量，一•般来说只有部分转化为机械能，所以其次类永动机是不行

能制成的；

(2)机械能转化为内能是自然的,可以全部转化：

(3)假如引起其他变更，可能从单一热源汲取热量并把它全部用来做功.

。特别提醒“不能自发发生”不是不能发生，只是说明这种事务的发生是须要条件

的.

睡0(多选)关于热传导的方向性，下列说法正确的是()

A.热量能自发地由高温物体传给低温物体

B.热量能自发地由低温物体传给高温物体

C.在肯定条件下，热量也可以从低温物体传给高温物体

I).热量不行能从低温物体传给高温物体

［思路点拨］热传导具有方向性，即自然过程具有方向性.虽然热量不能自发地从低温

物体传向高温物体，但是有外界的影响和帮助，如在外力做功的状况下就可以实现热量从低

温物体传向高温物体.电冰箱就是一例.

［解析］在有外力做功的状况下，热量可以从低温物体传给高温物体，而热量只能自

发地从高温物体传给低温物体.

［答案］AC

*跟踪调练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.一切不违反能量守恒定律的物理过程都是可以实现的

C.由热力学其次定律可以推断物理过程能否自发进行

D.一切物理过程都不行能自发地进行

解析：选AC.由热力学其次定律的物理意义知，A、C正确，D错误.不违反能量守恒定

律的物理过程，假如违反热力学其次定律，也是无法实现的，故B错误.

知识点2热力学第一、其次定律的关系及应用

1.热力学第肯定律揭示了做功和热传递对变更物体内能的规律关系指明内

能不但可以转移，而且还能跟其他形式的能相互转化.热力学第肯定律是能量守恒定律在热

学中的一种表述形式，是从能的角度揭示不同物质运动形式相互转化的可能性，告诫人们：

第一类永动机不行能制成.热力学第肯定律只有一种表述形式.

2.热力学其次定律揭示了涉及热现象的宏观过程的方向性.如机械能可以全部转化为

内能，内能却不行能全部转化为机械能而不引起其他变更，进一步揭示了各种物理过程及其

运动形式的转化过程都具有方向件.告诫人们：其次类永动机不行能制成，.热力学其次定律

有多种表述形式.

3.两定律的关系：热力学第行定律是和热现象有关的物理过程中能量守恒的特别表达

形式，说明功及热量与内能变更的定量关系，而其次定律指出了能量转化与守恒能否实现的

条件和过程进行的方向，指出了一切变更过程的自然发展方向不行逆，除非靠外界影响.所

以二者相互独立，又相互补充.

4.第一类永动机违反了能的转化与守恒定律.其次类永动机虽然不违反能的转化和守

恒定律，但因为机械能和内能的转化过程是具有方向性的，热机作时从高温热源汲取的热

量只有一部分用来做功也转变为机械能，另一部分热量要排放给低温热源，也就是说,

热机在工作过程中必定排出部分热量，热机用于做机械功的热量仅是它从高温热源汲取热量

的一部分，绝不会是全部.所以其次类永动机是不行能制成的.

。特别提醒热力学其次定律的实质，即自然界中进行的全部涉及热现象的宏观过程都

具有方向性，理解的关键在于“自发”和“不引起其他变更”.另外，还要正确区分热力学

第泞定律和热力学其次定律.

题下列说法正确的是（）

A.对物体做功不行能使物体的温度上升

B.在绝热条件下压缩气体，气体的内能肯定增加

c.空调机作为制冷机运用时.，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，所以制

冷机的工作是不遵守热力学其次定律的

D.从单一热源汲取热量使之全部变成有用的机械功是不行能的

［解析］对物体做功可使物体的内能增加，温度上升，如用打气筒打气时筒壁变热，A

错误：由于是在绝热条件下，气体的内能肯定增加，B正确：在肯定条件下，热量可以由低

温物体传到高温物体，但引起了外界变更，C错误；从单一热源吸热，并使之全部变成有用

功也是可能的，只是会引起其他变更，D错误.

［答案］B

圆初僮2.（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.仟何条件下都不行以从单一热源汲取热量,使之完全变为功

解析：选AC.依据热力学第行定律A对、B错；依据热力学其次定律，若有外界的影响，

则可实现从单一热源吸热使之完全变为功以及使热量从低温物体传到高温物体，C对，I）错.

知识点3对熠和嫡增加原理的理解

i.牖是反映系统无序程度的物理量，正如温度反映物体内分子平均动能大小一样，系

统越混乱无序程度越大，这个系统的场就越大.

2.从微观的角度看，热力学其次定律是一个统计规律，一个孤立系统总是从燃小的状

态向端大的状态发展，而场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.

3.对于孤立的热力学系统而言，所发生的是由非平衡态向着平衡态的变更过程，因此,

总是朝着熠增加的方向进行.或者说，一个孤立系统的燃恒久不会减小.这就是燧增加原理.

4.在任何自然过程中，一个孤立系统的总炳不会减小，假如过程可逆，则端不变：假

如过程不行逆，则焉增加.

O特别提醒炳增加原理的适用对象是孤立系统，假如是非孤立系统，病有可能削减.

例3质量相同、温度相同的水，如图所示分别处于气态、液态和固态三种状态下，

它们的燃的大小有什么关系？为什么？

_ooooo

Jooooo

ooooio

OOOOO

液态固态

［思路点拨］本题考查物体三种状态的无序程度，三种状态中气态无序程度最大，燧最

大.

［解析］依据大量分子运动对系统无序程度的影响，热力学其次定律又有一种表述：

由大量分子组成的系统自发变更时，总是向着无序程度增加的方向发展，至少无序程度不会

削减，这也就是说，任何一个系统自发变更时，系统的燧要么增加，要么不变，但不会削减.质

量相同、温度相同的水，可以由固态自发地向液态、气态转化，所以，气态时的嫡最大，其

次是液态，固态时的烙最小.

［答案］见解析

W'跟陛M僮3.（多选）关于热力学其次定律的微观意义，下列说法中正确的是

（）

A.大量分子无规则的热运动能够自发转变为有序运动

B.热传递的自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程

C.热传递的自然过程是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转

化的过程

D.一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行

解析：选CD.热传递的过程中热量从温度高的物体向温度低的物体传递，是大量分子从

无序程度小的运动状态向无序程度人的运动状态转化，而不是从有序运动向无序运动状态的

转化；大量分子的运动不行能从无序运动自动转为有序运动：自然过程总是沿着分子热运动

的无序性增大的方向进行.A、B错误，C、D正确.自然过程的方向性是热力学其次定律的

本质.

随堂演练・◎⑥僧③以练促学•补短扬长

［随堂检测］

】•关于热力学定律和分子动理论，下列说法正确的是（）

A.肯定量气体汲取热量，其内能肯定增大

B.若两分子间距离减小，分子间引力和斥力都减小

C.若两分子间距离增大，分子势能肯定增大

D.若两分子间距离减小，分子间引力和斥力都增大

解析：选D.依据热力学第肯定律，A错；当X八时，两分子间作用力表现为斥力，距

离增大.分子力做正功，分子势能减小，C错；由分子力的特点知，B错，D对.

2.（多选）关于肯定量的气体，下列叙述正确的是（）

A.气体汲取的热量可以完全转化为功

B.气体体积增大时，其内能肯定削减

C.气体从外界汲取热量，其内能可能增加

D.外界对气体做功，气体内能可能削减

解析：选ACD.由热力学其次定律知，热量可以完全转化为功，但要引起其他变更，A

选项对.由热力学第肯定律△〃=秒+。知，变更物体内能的两种方式是做功和热传递，B项

只说明气体对外做功，没有考虑热传递，故B选项错，C、D选项对.

3.（多选）下列说法正确的是（）

A.热传递的过程是有方向性的

B.其次类永动机不行能制成，因为它违反能量守恒定律

C.其次类永动机不行能制成，因为机械能和内能的转化过程具有方向性

D.热力学其次定律表明，全部的物理过程都具有方向性

解析：选AC.依据热力学其次定律和试验事实都可以说明，热传递的过程是有方向性的，

热量可以从高温物体自发地传给低温物体，却不能由低温物体自发地传给高温物体，所以选

项A正确：其次类永动机是一种热机，它希望能够从单一热源吸热且全部用来做有用功而不

引起其他任何变更，这种设想并不违反能量守恒定律，但违反热力学其次定律，所以选项B

错误，选项C正确;热力学其次定律指出了全部与热现象有关的宏观物理过程都具有方向性，

并不是全部的物理过程都具有方向性，因此选项D错误.

4.多（选）下列说法中不正确的是（）

A.在任何自然过程中，一切参加者的总能量和总燧保持不变

B.炳无处不在，是系统有序程度的量度

C.一切不行逆过程在牖增加的同时，总是伴随着能量退降

D.由热力学其次定律可知，自然界的能量品质正在退化，可利用的能量越来越少

解析：选AB.在任何自然之程中由能量守恒可知，一切参加者的总能量保持不变，由嫡

增加原理知燧增加，故A错误；热力学系统的每一个过程，都有一个燧值，它是用来量度系

统无序程度的物理量，故B错误；燧增加的同时，一切不行逆过程总是使能量渐渐丢失做功

的本事，从可用状态转化为不行用状态，使可利用能量越来越少，故C、D正确.

5.热力学其次定律的开尔文表述指出：内能与机械能的转化具有方向性，清结合烯的

变更加以说明.

解析：机械运动是宏观状况下物体在空间位置上的变更.物体运动状态的变更完全遵循

牛顿运动定律所反映的因果关系，这是一种有序的运动.热运动是大量分子的无规则运动，

系统的一个宏观状态包含着大量的微观状态，这是一种无序的运动.机械运动向热运动的转

化，属于从有序向无序的转化，会导致炳的增加，符合热力学的规律，因此机械能可以仝部

转化为内能.反之，热运动向机械运动的转化，属于从无序向有序的转化，即从高燔向低燃

的转化，不符合燧增加原理..因此内能不行能全部转化为机械能而不引起其他变更.

答案：见解析

［课时作业］

一、单项选择题

1.下列关于燃的有关说法错误的是（）

A.燧是系统内分子运动无序性的量度

B.在自然过程中熠总是谣加的

C.热力学其次定律也叫做燧减小原理

D.燧值越大表示系统越无序

解析：选C.依据燧的定义知A正确.从燧的意义上说，系统自发变更时总是向着嫌增

加的方向发展，B正确.热力学其次定律也叫烯增加原理，C钳误.燃越大，系统越混乱，

无序程度越人，D正确.故选C.

2.关于永动机和热力学定律的探讨，下列叙述正确的是（）

A.其次类永动机违反能量守恒定律

B.物体对外界做功，其内能肯定削减

C.外界对物体做功，则物体的内能肯定增加

D.做功和热传递都可以变更物体的内能，但从能量转化或转移的观点来看这两种变更

方式是有区分的

解析：选D.其次类永动机是指从单一热源汲取热量全部用来做功的机器，它并不违反

能量守恒定律：内能的变更要看做功和热传递，只知热传递状况或者做功状况，都无法推断

物体内能的变更：做功和热传递都可以变更物体的内能，但变更方式是不同的，做功是能量

的转化，而热传递是能量的转移.

3.热力学其次定律使人们相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.只有部分具有方向性

C.没有方向性D.无法确定

解析：选A.自然界中涉及热现象的宏观过程都具有方向性，例如，热传导、气体自由

膨胀等.

4.关于热力学定律，下列说法正确的是（）

A.在肯定条件下物体的温度可以降到0K

B.物体从单一热源汲取的热量可全部用于做功

C.放出了热量的物体，其内能肯定减小

D.压缩气体总能使气体的温度上升

解析：选B.热力学零度，即我们所说的一27115°C,这个温度只能无限接近而不能达

到，A错误.由热力学其次定律知，物体不行能从单一热源汲取热量全部用来做功而不引起

其他变更，换句话说，在引起其他变更的状况下，物体可以从单一热源汲取热量全部用来做

功，所以B正确.依据热力学第肯定律，A"=7+。知，变更物体内能的方式是做功和热传

递，所以物体放出了热量其内能不肯定减小或对物体做功其内能不肯定增加I,故C、D错误.

5.如图所示，两个相通的容器只。间装有阀门反〃中充溢气体，尸手—

。内为真空，整个系统与外界没有热交换.打开阀门《后，P中的气体u'u

进入。中，最终达到平衡，则（）

A.气体体积膨胀，内能熠加

B.气体分子势能减小，内能增加

C.气体分子势能增加，压强可能不变

D.。中气体不行能自发地全部退回到夕中

解析：选D.气体自由膨胀，不做功，又因为绝热，由热力学第肯定律可知内能不变，A、

B错，气体体积膨胀，压强减小，C错，由热力学其次定律可知D对.

6.图中汽缸内盛有定量的志向气体，汽缸壁是导热的，缸外环境保持

恒温，活塞与汽缸壁的接触是光滑的，但不漏气.现将活塞杆缓慢向右移

动，这样气体将等温膨胀并通过杆对外做功.若已知志向气体为内能只与

温度有关，则下列说法正确的是（）

A.气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，此过程违反热力学其次定律

B.气体是从单一热源吸热，但并未全部用来对外做功，此过程不违反热力学其次定律

C.气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，此过程不违反热力学其次定律

D.以上三种说法都不对

解析：选C.由于气体始终通过汽缸与外界接触，外界温度不变，活塞杆与外界连接并

使其缓慢地向右移动的过程中，有足够时间进行热交换，所以汽缸内的气体温度也不变，要

保持其内能不变，该过程气体是从单一热源即外部环境汲取热量，即全部用来对外做功才能

保证内能不变，但此过程不违反热力学其次定律.此过程由外力对活塞做功来维持，假如没

有外力厂对活塞做功，此过程不行能发生.

二、多项选择题

7.下列说法中正确的是（）

A.系统经可逆绝热过程后燧不变

B.系统经可逆绝热过程后燧削减

C.系统经不行逆绝热过程后燧增加

D.系统经不行逆绝热过程后烯削减

解析：选AC.由炳增加原理，一切不行逆过程必定朝着炳增加的方向进行，故C正确，

D错误：系统经可逆绝热过程后，分子热运动的无序程度不变，•埼不变，故A正确，B错误.

8.依据热力学其次定律，下列说法正确的是（）

A.热机中燃气的内能不行能全部变成机械能

B.电能不行能全部转变戊内能

C.在火力发电机中，燃气的内能不行能全部转变成电能

D.在传热中，热量不行径自发地从低温物体传递给高温物体

解析：选ACD.凡是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.火力发电机发电时，能量转化的过程为内能一机械能一电能，因为内能一机械能

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，必需借助外界的帮助，结果会带来其他影响，这正是热

力学其次定律第一种（克氏）表述的主要思想，故D正确.由电流热效应中的焦耳定律可知，

电能可以全部转化为内能，故B错误.

9.如图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.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够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能

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.热量不行以自发地从冰箱内传到冰箱外，A错误；冰箱是通过压缩机消耗

了电能而'丈现制冷的，B正确；电冰箱的工作原理不违反热力学第肯定律，总能量是守恒的，

C正确，D错误.

10.古诗词中说：“高处不胜寒”.大气的温度随高度递减，通常每上升100米，气温降

低1℃.海水正好相反，深度越大水温越低.我国北方海疆，夏季表层海水温度可达30C,

40〜50米深处，水温便降到10°C以下，温差达20°C.东海黑潮流经的海面，表层水温常

年保持在25C左右，而800米深处，水温则常年低于5°C,温差也有20°C.海洋表层水

温与稍深处水温的明显差别蕴含着巨大的热能，利用海水的温差可以把热能转换成电能供人

利用.温差发电的基本原理就是借助一种工作介质，使表层海水中的热能向深层冷水中转移,

从而做功发电.例如运用低沸点的二氧化硫、氨或氨利昂做介质，在表层温水热力作用下汽

化、沸腾，吹动发电机发电，再利用深层冷水把工作介质凝聚成液态.如此循环不息，保持

发电机运行.关于温差发电的下列说法正确的是（）

A.不违反能量守恒定律

B.不违反热力学其次定律

C.经过科学家和工程师们的努力，温差发电的效率将会这到100$

D.温差发电是没有污染