高二物理人教版同步学案 热力学第二定律（解析版）

人教版高中物理选修3・3学案

第十章：热力学定律10.3热力学第二定律

一、宏观过程的方向性

1.温度不同的两个物体接触时，热量会目例从高温物体传给低温物体，但不会自发

坡从低温物体传给高温物体，这说明热传导的过程具有方向性.

2.无数事实告诉我们，一切与热现象有关的宏观自然过程都是王亘逆的.

二、热力学第二定律的两种表述

1.热力学第二定律的克劳修斯表述：热量不能自发地从低遢物体传到高温物体.阐述

的是传热的方向性.

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)

3.M

(1)热机工作的两个阶段：第一个阶段是燃烧燃料，把燃料中的化学曾变成工作物质的

内能.第二个阶段是工作物质对9K功,把自己的内能变成机械能.

(2)热机的效率:热机输出的机械功W与燃料产生的热量Q的比值.用公式表示为/7=

W

?

4.热力学第二定律的其他描述

(1)一切宏观自然过程的进行都具有方宜性.

(2)气体向真空的自由膨胀是不可逆的.

(3)第二类永动机是不可能制成的.

5.第二类永动机

Q)定义：只从单一热库吸收热量，使之完全变为功而不引起其他变化的热机.

(2)第二类永动机不可能制成的原因：虽然第二类永动机不违反能量守恒定律,但大量

的事实证明，在任何情况下，熟机都不可能只有一个热库，热机要不断地把吸取的热量变为

有用的功，就不可避免地将一部分热量传给低温热库.

1.（1）一切与热现象有关的宏观自然过程都是的：

（2）热量能自发地从高温物体转移到低温物体，说明了热传递的。

（3）能量的耗散：其他形式的能转化为内能后不能再重复利用，这种现象叫作能量的耗

散。

（4）能量的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o

【答案】不可逆方向性方向性

【详解】

略

2.判断下列说法的正误

（1）由能量守恒定律知，能量是取之不尽用之不竭的，也不必要节约能源.（—）

（2）热量可以自发地由高温物体传向低温物体，也可以自发地从低温物体传向高温物

体.（一）

（3）大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源.（—）

（4）能量耗散就是能量的总量在减少.（—）

【答案】错误错误正确错误

【详解】

略

3.判断下列说法的正误。

（1）热量不会从低温物体传给高温物体。（一）

（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。（一）

（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。（—）

【答案】错误错误正确错误

【详解】

略

4.能量转化的不可逆性：科学家对有关自然现象和经验事实进行大量研究后发现：一切与

有关的宏观自然过程都是的。

【答案】热现象不可逆

【详解】

能量转化的不可逆性：科学家对有关自然现象和经验事实进行大量研究后发现：一•切与热

现象有关的宏观自然过程都是热现象的。

5.下列说法正确的是（）

A.气体的内能是分子热运动的动能之和，只能通过热传递来改变

B.功用以全部转化为热，但热量不能全部转化为功

C.气体的温度不变时，不会发生热传递

D.热量能够自发地从高温物冰传递到低温物体，也能自发地从低温物体传递到高温物体

【答案】C

【详解】

A.气体的内能是分子动能和分子势能之和，可以通过做功和热传递两种方式改变，故A

错误：

B.热力学第二定律开尔文表述：不可能从单•热源取热，杷佗全部变为功而不产牛其他

任何影响。只有在不产生其它影响的条件下，从单一热源吸热全部变功才是不可能的（被

客观规律所禁止的），也就是说第二定律并不禁止下列情形：存在其他变化时，热全部变

功，或者说：“从单一热源取热，把它全部变为功”并非不可能，但只有在发生其他变化

时，才能实现，故B错误：

C.气体的温度不变时，内能不变，在无外界做功情况下，由热力学第一定律知不会发生

热传递，故C正确：

D.热量能够自发地从高温物体传递到低温物体，但不能自发地从低温物体传递到高温物

体；在外界影响下，热量才能从低温物体传递到高温物体，故D错误。

故选C。

6.下列说法正确的是（）

A.内能不同的物体，分子热运动的平均动能可能相同

B.水滴中的花粉颗粒在不停地运动，证明水分子在永不停息地运动

C.液体与大气相接触，表面层分子受内部分子的作用表现为引力

D.如果气体分子总数不变，后气体温度升高，气体分子的平均动能增大，因此压强必然

增人

E.根据热力学第二定律可知热量能够从高温物体传到低温物体，但不可能从低温物体传到

高温物体

【答案】ABC

【详解】

A.内能包括分子势能和分子功能，温度是平均动能的标志，所以温度相同的物体分子热

运动的平均动能就相同，但内能可能不同，A正确：

B.花粉颗粒的无规则运动为布朗运动，是由于水分子撞击的不平衡性导致的，证明水分

子在永不停息地运动，B正确：

C.表面层分子受内部分子的作用表现为引力是由丁•液体表面分子间距离大于液体内部分

了•间的距离，c正确；

D.由叱=C可知，只知道温度升高而体积变化不确定，故无法确定压强的变化，D错

T

误：

E.由热力学第二定律可知，热量不能自发地从低温物体传向高温物体而不引起其他变

化，通过外力做功是可以把热量从低温物体转移到高温物体的，E错误。

故选ABCo

7.下列说法正确的是（）

A.空调既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性

B.第一类永动机不可能制成是因为它违背了能量守恒定律

C.对于一定质量的理想气体，只要温度升高其内能就一定增大

D.用温度计测量温度是根据热平衡的原理

【答案】BCD

【详解】

A.热传递存在方向性是说热量只能自发地从高温物体传向低温物体，空调的制冷过程是

热量从温度较高的室内传到温度较低的制冷剂，再通过压缩制冷剂将热量传到室外，而制

热过程也是类似这样进行的，A错误；

B.第一类永动机不可能制成是因为它违背了能量守恒定律，B正确；

C.理想气体内分子之间的相互作用忽略不计，所以理想气体的内能仅与温度有关，对于

一定质量的理想气体，只要温度升高其内能就一定增大，C正物：

D.用温度计测量温度是根据热平衡的原理，D正确。

故选BCD,

8.请整理热力学第二定律的不同表述，并说明它们分别对应着怎样的物理事实。

【答案】见解析

【详解】

1.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；

克劳修斯表述说明了热传导的方向性：

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.开尔文表述为：不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功（全部对外做功），而不

产生其他影响（不引起其他变化）。

开尔文表述说明了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，所以第二类永动机，即效率〃=100%的机器不可制成。

9.热力学第二定律的开尔文表述指出：内能与机械能的转化具有方向性。造结合无序程度

的变化加以解释。

【答案】见解析

【详解】

机械运动是宏观情况下物体在空间位置上的变化，物体运动状态的变化完全遵循牛顿运动

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。矶械运动向热运动的转化，

属于从有序向无序的转化，会导致无序程度的增加，符合热力学的规律，因此机械能可以

全部转化为内能。反之，热运动向机械运动的转化，属于从无序向有序的转化，不符合无

序程度增加的原理.因此内能向机械能的转化不能全部实现C

10.有人把热力学第二定律的克劳修斯表述简化为“热量不能由低温物体传到高温物体”，

这种说法是否正确？为什么？

【答案】不正确，原因见解析

【详解】

不正确。

应该是“热量不能由低温物体传到高温物体而不引起其他变化“，在引起其他变化的情况

下，热量也可以由低温物体传到高温物体。

II.试根据热力学第二定律分析下列两种说法是否正确，并说明理由。

(1)机械能可以全部转化为内能，但内能不能全部转化为机械能。

(2)热量能够从高温物体传递到低温物体，但不能从低温物体传递到高温物体。

【答案】见解析

【详解】

(1)热力学第二定律的一种表述为：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不

引起其他变化。热力学第二定律表明，机械能可以自发的全部转化为内能，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，因此，“内能不能全部转化为机械能”这部分

不正确。

(2)据热力学第二定律对热传递的方向性描述可知，热量可以自发的从高温物体传给低温物

体，热量也可以从低温物体传给高温物体，但必须借助外界的邛助，因此，“热量不能从低

温物体传递到高温物体”这部分不正确。

12.在一个密闭隔热的房间里，有一电冰箱正在工作，如果打开电冰箱的门，过一段时间

后房间的温度会如何变化？为什么？

【答案】升高，原因见解析

【详解】

冰箱只是把冰箱内的热量移到外面，但在绝热的密封舱中，冰箱门打开，整个房间和外界

没有热传递，由于整个过程中只有电在做功，产生焦耳热，电能转化为内能，根据能量守

恒可知室内温度升高。

13.如图(a)所亦:是根据热力学第二定律的克劳修斯衣述画出的乐总图：外界对制冷机做

功，使热量从低温物体传递到高温物体。请你根据热力学第二定律的开尔文表述完成示意

图(b)o

高温物体冏温物体

介。|

各制冷机热机

低温物体低温物体

(b)

高温物体

【答案】热机

低温物体

【详解】

热力学第二定律的开尔文表述为：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不

引起其他变化。热机从高温物体吸收热量用来对外做功，并向低温物体放出热量，如图所

示

高温物体

U0

热机

低温物体

14.设一台蒸汽机中，1kg煤完全燃烧后，产生2.9x10」的热量，其分配情况如下：锅炉

损失5.9xl(/j,传送蒸汽损失1.2x"j,蒸汽冷凝损失4.0x106J,废气带走损失

1.4X107J，机械磨损损失0.7〉：1(灯。试画出其能流图。这台蒸汽机输出的机械能是多少?

热机的效率是多少？

【答案】能流图见解析；3.2x10"：no%。

【详解】

能流图，