高中物理选修3步步高同步讲义第三章 4　热力学第二定律

第三章RELIXVEDIERDINGLV4热力学第二定律梳理教材夯实基础/探究重点提升素养/课时对点练1.通过自然界中客观过程的方向性，了解热力学第二定律.2.了解热力学第二定律的两种不同表述，以及两种表述的物理实质.3.能运用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移以及宏

观自然过程的方向性问题.4.认识能量耗散，知道能源是有限的.学习目标内容索引梳理教材夯实基础Part1探究重点提升素养Part2课时对点练Part3梳理教材夯实基础Part

11.定义：在物理学中，反映宏观自然过程的

性的定律.2.热力学第二定律的克劳修斯表述：热量不能

地从

温物体传到

温物体.(该表述阐述的是传热的

性)3.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

变成工作物质的

；第二个阶段是工作物质对外

，把自己的内能变成

.一、热力学第二定律方向自发低高方向化学能内能做功机械能②热机用于做功的热量一定

它从高温热库吸收的热量，即W

Q.(2)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__

，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)4.热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是

(选填“等价”或“不等价”)的.小于<完全变成功等价1.能源：具有

的容易利用的储能物质.2.能量耗散：使用的能源转化成内能分散在环境中不能自动聚集起来驱动机器做功，这样的转化过程叫作“能量耗散”.3.能源的使用过程中虽然能的总量保持守恒，但能量的品质下降了，___

减少了.二、能源是有限的高品质能源1.判断下列说法的正误.(1)一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的.(

)(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)只要对内燃机不断地改进，内燃机得到的内能可以全部转化为机械能.(

)(5)能量耗散会导致总能量减少，也会导致能量品质降低.(

)×√√即学即用××2.热量总是自发地从高温物体传递给低温物体，这说明传热过程具有_______.冰箱工作时，能把冰箱内的热量传递到冰箱外，这________(填“违反”或“不违反”)热力学第二定律.返回方向性不违反探究重点提升素养Part

2一、对热力学第二定律的理解1.传热的方向性能否简单理解为“热量不会从低温物体传给高温物体”？导学探究答案不能.两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，使高温物体的温度降低，低温物体的温度升高，这个过程是自发进行的，不需要任何外界的影响或者帮助，有时我们也能实现热量从低温物体传给高温物体，如电冰箱，但这不是自发地进行的，需要消耗电能.2.如图所示是制冷机和热机的工作过程示意图，通过此图思考以下问题：(1)制冷机工作时热量是自发地从低温热库传到高温热库吗？导学探究答案不是(2)热机工作时能否将从高温热库吸收的热量全部用来做功？导学探究答案不能1.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，热量会自发地从高温物体传给低温物体，而低温物体不可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，必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起其他变化.知识深化(2)气体的扩散现象具有方向性两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为均匀的混合气体，但这种均匀的混合气体，决不会自发地分开，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地面上运动，因摩擦而逐渐停止下来，但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后，在地面上重新运动起来.知识深化(4)气体向真空膨胀具有方向性气体可自发地向真空容器内膨胀，但绝不可能出现气体自发地从容器中流出，使容器内变为真空.2.在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产生其他影响”“单一热库”“不可能”的含义(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提供能量等.知识深化知识深化(2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围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”：指温度均匀并且恒定不变的系统.若一系统各部分温度不相同或者温度不稳定，则构成机器的工作物质可以在不同温度的两部分之间工作，从而可以对外做功.据报道，有些国家已在研究利用海水上下层温度不同来发电.知识深化(4)“不可能”：实际上热机或制冷机系统循环时，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，不论用任何的办法都不可能加以消除.特别提醒

(1)热力学第二定律的两种表述是等价的.(2)热力学第二定律的实质：热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性.

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又自发跑进去，恢复原状C.利用其他手段，使低温物体的温度更低，高温物体的温度更高D.将两瓶不同液体混合，然后它们又自发地各自分开例1√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.

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.制冷系统将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气中，而不引起其他

变化D.如果没有摩擦漏气，热机效率可以达到100%例2√热力学第二定律揭示了与热现象有关的物理过程的方向性，机械能和内能的转化过程具有方向性，机械能可以全部转化为内能，而内能要全部转化为机械能必须借助外部的帮助，即会引起其他变化，A选项正确，B选项错误；传热过程也具有方向性，热量能自发地从高温物体传给低温物体，但是热量要从低温物体传到高温物体，必然要引起其他变化(外界对系统做功)，C选项错误；热机效率无法达到100%，D选项错误.1.一切物理过程均遵循能量守恒定律，但遵循能量守恒定律的物理过程不一定均能实现.2.热力学第二定律的两种表述分别对应着一种“不可能”，但都有一个前提条件“自发地”或“不产生其他影响”，如果去掉这种前提条件，就都是有可能的.例如电冰箱的作用就是使热量从低温物体传到高温物体，等温膨胀就是从单一热库吸收热量，使之完全用来做功，但不是自发地或是产生了其他影响.规律方法二、热力学第一定律和热力学第二定律的比较1.两定律的比较

热力学第一定律热力学第二定律区别是能量守恒定律在热力学中的表现，否定了创造能量和消灭能量的可能性，从而否定了第一类永动机是关于在有限空间和时间内，一切和热现象有关的物理过程、化学过程具有不可逆性的经验总结，从而否定了第二类永动机联系两定律分别从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律，二者既相互独立，又相互补充，都是热力学的理论基础2.两类永动机的比较

第一类永动机第二类永动机设计要求不消耗任何能量，可以不断做功(或只给予很少的能量启动后，可以永远运动下去)将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化(或只有一个热库，实现内能向机械能的转化)不可能制成的原因违背了能量守恒定律违背了热力学第二定律

对于热力学第一定律和热力学第二定律的理解，下列说法正确的是A.一定质量的气体膨胀对外做功100J，同时从外界吸收120J热量，则它

的内能增加20JB.物体从外界吸收热量，其内能一定增加，物体对外界做功，其内能一

定减少C.第二类永动机和第一类永动机一样，都违背了能量守恒定律D.凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在传热中，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例3√根据热力学第一定律知，ΔU＝W＋Q＝－100J＋120J＝20J，说明内能增加了20J，故A正确；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，ΔU的大小由W、Q共同决定，说明物体从外界吸收热量，其内能不一定增加，物体对外界做功，其内能不一定减少，故B错误；第二类永动机没有违背能量守恒定律，不能制成是因为它违背了热力学第二定律，故C错误；通过做功的方式可以使热量从低温物体传递给高温物体，如电冰箱制冷时热量从低温物体传递给高温物体，故D错误.

(2020·全国卷)下列关于能量转换过程的叙述，违背热力学第一定律的有_____，不违背热力学第一定律、但违背热力学第二定律的有____.(填正确答案标号)A.汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热B.冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低C.某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，而不产生

其他影响D.冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内例4BCA项符合热力学第一、第二定律.冷水和杯子温度不可能都变低，只能是一个升高一个降低，或温度都不变，B项描述违背了热力学第一定律.C项描述虽然不违背热力学第一定律，但违背了热力学第二定律.D项中冰箱消耗电能从而可以从低温环境中提取热量散发到温度较高的室内，不违背热力学第二定律.三、能源与能量耗散1.流动的水带动水磨做功，由于磨盘和粮食之间的摩擦和挤压，使磨盘和粮食的温度升高，水流的一部分机械能转变成了内能，这些内能最终流散到周围的环境中，我们没有办法把这些流散的内能重新收集起来加以利用.可见，内能与机械能相比，哪种能量的品质低？导学探究答案内能.2.如图所示是两幅宣传节约能源的图片.请问：既然能量是守恒的，我们为什么还要节约能源？导学探究答案能量是守恒的，但能量耗散却导致能量品质的降低，在利用它们的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的能量.能量与能源的区别1.能量是守恒的，既不会增加也不会减少.2.能源是具有高品质的容易利用的储能物质.3.能量耗散，能量总量不变，但能量品质会下降即能源减少，故我们要节约能源.知识深化

(2021·河北巨鹿中学高二期中)关于能量和能源，下列说法正确的是A.人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造B.在能源的利用过程中，由于能量在数量上并未减少，所以不需要节约

能源C.自然界中只要涉及热现象的宏观过程都具有方向性D.能量耗散现象说明：在能量转化的过程中，虽然能量的总量并不减少，

但能量品质提升了例5√根据能量守恒定律，能量是不能被创造的，选项A错误；在能源的利用过程中，虽然能量在数量上并未减少，但是能源的品质在降低，所以还需要节约能源，选项B错误；根据热力学第二定律可知，自然界中只要涉及热现象的宏观过程都具有方向性，选项C正确；能量耗散现象说明：在能量转化的过程中，虽然能量的总量并不减少，但能量品质降低了，选项D错误.返回课时对点练Part

3考点一对热力学第二定律的理解1.关于自然过程中的方向性，下列说法正确的是A.摩擦生热的过程是可逆的B.凡是符合能量守恒的过程一般都是可逆的C.涉及热现象的宏观自然过程都具有“单向性”或“不可逆性”D.空调机既能制冷又能制热，说明传热不存在方向性√基础对点练1234567892.把水和酒精混合后，用蒸发的方式又可以分开，然后液化恢复到原来的状态，这说明A.扩散现象没有方向B.将水和酒精分开时，引起了其他变化，故扩散具有方向性C.将水和酒精分开时，并没有引起化学变化，故扩散现象没有方向性D.用本题的实验，无法说明扩散现象是否具有方向性√123456789由题意可知，两者混合时是自动发生的，但两者分离时，要先加热后冷却，也就是说，向分离与向混合这两个方向的发展是可以通过过程是否自动完成、是否需要外加其他手段才能完成来区分的，因此，可以证明扩散是有方向性的，B正确，A、C、D错误.1234567893.如图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，吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外.下列说法中正确的是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.电冰箱的工作原理违背了热力学第二定律D.电冰箱的工作原理违背了热力学第一定律123456789√4.(2022·南通市高二开学考试)小华为参加电视台《异想天开》节目，提出了下列4个设想方案，从理论上讲可行的是A.制作一个装置从海水中吸收内能全部用来做功而不产生其他影响B.将屋顶盖上太阳能板，可用太阳能来解决照明和热水问题C.制作一种制冷设备，使温度降至绝对零度以下D.汽车尾气中各类有害气体排入大气后严重污染了空气，想办法使它们

自发分离，既清洁了空气，又变废为宝123456789√123456789根据热力学第二定律知，在不产生其他影响时，内能不能全部转化为机械能，因此从海水中吸收内能全部用来做功而不产生其他影响是不可能实现的，故A错误；利用太阳能最有前途的领域是通过太阳能电池将太阳能直接转化为电能再加以利用，解决照明和热水问题，故B正确；绝对零度是温度的极值，是不能达到的，故C错误；根据热力学第二定律可知，汽车尾气中各类有害气体不能自发分离，要在排气管上安装催化转化器，故D错误.5.(2021·盐城实验高中高二期中)关于两类永动机和热力学两大定律，下列说法正确的是A.第二类永动机不可能制成是因为违背了热力学第一定律B.第一类永动机不可能制成是因为违背了热力学第二定律C.由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，传热也不一定改变内能，

但同时做功和传热一定会改变内能D.由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单

一热库吸收热量，完全变成功也是可能的123456789√第一类永动机违背了能量守恒定律，第二类永动机违背了热力学第二定律，A、B错误；由热力学第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝W＋Q可以等于0，C错误；由热力学第二定律可知选项D中的现象是可能的，但会产生其他影响，D正确.123456789考点二能源与能量耗散6.(2022·江苏省高二学业考试)关于能量和能源，下列说法中正确的是A.能量在转化和转移过程中，其总量有可能增加B.能量在转化和转移过程中，其总量会不断减少C.能量在转化和转移过程中总量保持不变，故节约能源没有必要D.能量的转化和转移具有方向性.且现有可利用的能源有限，故必须节约

能源123456789√123456789能量在转化和转移过程中，总量是守恒的，但品质降低了，且现有可利用的能源有限，故必须节约能源，选项D正确.7.(2021·江苏宜兴市张渚高级中学高二期中)热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象.所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把散失的能量重新收集、加以利用.下列关于能量耗散的说法中正确的是A.能量耗散说明能量不守恒B.能量耗散不符合热力学第二定律C.能量耗散使能量的总量减少D.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√123456789能量耗散是指能量在转化和转移的过程中扩散到周围环境中无法再收集起来，满足能量守恒定律，也符合热力学第二定律，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上降低了.能量耗散反应了涉及热运动的宏观过程都具有方向性，所以A、B、