4.热力学第二定律
题组一 对热力学第二定律的理解
1.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
2.（多选）下列哪些过程具有方向性（ ）
A.传热过程
B.动能向势能的转化过程
C.气体的扩散过程
D.气体向真空中的膨胀过程
3.如图所示，汽缸内盛有一定质量的理想气体，汽缸壁是导热的，汽缸外环境保持恒温，活塞与汽缸壁的接触面是光滑的，但不漏气。现将活塞与杆连接，使其缓慢地向右移动，这样气体将等温膨胀并对外做功。若已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法正确的是（ ）
A.气体是从单一热库吸热，全部用来对外做功，所以此过程违反了热力学第二定律
B.气体是从单一热库吸热，但并未全部用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律
C.气体是从单一热库吸热，全部用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律
D.以上三种说法都不对
题组二 热力学第一定律、第二定律及两类永动机的比较
4.（多选）下列说法中正确的是（ ）
A.第一类永动机不可能制成，因为它违背了能量守恒定律
B.第二类永动机不可能制成，因为它违背了能量守恒定律
C.热力学第一定律和热力学第二定律是相互独立的
D.热力学第二定律的两种表述是等效的
5.关于热力学定律，下列表述正确的是（ ）
A.不可能使热量从低温物体传递到高温物体
B.效率为100％的热机不可能制成，是因为违反了能量守恒定律
C.一切自然过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行
D.外界对物体做功，物体的内能必定增加
6.（多选）（2024·辽宁盘锦高二期中）下列现象及关于热力学第一、第二定律的叙述正确的是（ ）
A.一定质量的理想气体在等温膨胀过程中，气体一定从外界吸收热量
B.热力学第一定律和热力学第二定律是从不同角度阐述了能量守恒定律
C.0 ℃的冰融化为0 ℃的水，此过程系统吸收热量，内能增加
D.“覆水难收（泼出去的水难以收回）”反映了与热现象有关的宏观过程具有方向性
题组三 能源的开发和利用
7.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，虽然能的总量并不减少，但能量品质提升了
8.已知某台汽油机的效率是20％，如果这台汽油机用来做有用功的能量是9×104 J，则这段时间里汽油机消耗了多少的汽油？（假设汽油的热值为4.5×107 J·kg－1）
9.（2024·辽宁沈阳高二期中）下列关于热力学定律的说法中，正确的是（ ）
A.热力学第一定律与热力学第二定律的实质是一样的
B.不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功
C.我们要节约能源的根本原因是能量在数量上减少了
D.即使没有摩擦、不必要的散热损失，热机也不可能把燃料产生的内能全部转化为机械能
10.气闸舱是空间站中供航天员进入太空或由太空返回用的气密性装置，其原理如图所示。座舱A与气闸舱B间装有阀门K，A中充满气体，B内为真空。航天员由太空返回到B时，将B封闭，打开阀门K，A中的气体进入B中，最终达到平衡。假设此过程中系统保持温度不变，舱内气体可视为理想气体，不考虑航天员的影响，则此过程中（ ）
A.气体膨胀做功，内能减小
B.气体从外界吸收热量
C.气体分子在单位时间内对A舱壁单位面积碰撞的次数减少
D.一段时间后，A内气体的密度可以自发地恢复到原来的密度
11.在人类经济发展中环境保护日益重要，而利用太阳能发电投资少，见效快。如果用太阳能替代化石燃料可以减少温室气体的排放，减轻污染，有利于环境保护。以农村住宅屋顶发电为例，如屋顶放置垂直太阳光线的光电池板，面积为10 m×5 m，已知太阳光垂直照射到地球表面的光能平均为1 400 J/（m2·s），如果太阳平均每天有6小时的垂直照射，现在的光电转化率大约为23％，那么这个屋顶在一天内发电大约有（ ）
A.10 000度 B.1 000度
C.100度 D.10度
12.某地的平均风速为5 m/s，已知空气密度是1.2 kg/m3，有一风车，它的车叶转动时可形成半径为12 m的圆面，如果这个风车能将此圆内10％的气流的动能转变为电能，则该风车带动的发电机功率是多少？
4.热力学第二定律
1.B 扩散现象是不同物质相互接触，彼此进入对方的现象，具有自发性，酒精具有易挥发的特性，用蒸发使酒精挥发，这个过程引起了其他变化，所以说扩散现象具有方向性，故B正确，A、C、D错误。
2.ACD 传热、气体的扩散和气体在真空中的膨胀都是与热现象有关的宏观自然过程，由热力学第二定律可知，它们都具有方向性，故A、C、D正确；动能向势能的转化与热现象无关，不具有方向性，故B错误。
3.C 此过程虽然是气体从单一热库吸热，全部用来对外做功，但引起了其他变化，所以此过程不违反热力学第二定律，故C正确。
4.ACD 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，选项A正确，B错误；热力学第一定律与热力学第二定律相辅相成，相互独立，选项C正确；热力学第二定律的两种表述是等效的，选项D正确。
5.C 热量能由低温物体传递到高温物体，此过程会引起其他的变化，A错误；效率为100％的热机不可能制成，不违反能量守恒定律，但它违反了热力学第二定律，因此它不可能制成，B错误；由熵增加原理可知，一切自然过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行，C正确；根据热力学第一定律，即ΔU＝W＋Q，物体的内能的变化与外界做功和物体的吸收热量有关，外界对物体做功，物体对外放热，物体的内能可能减小，D错误。
6.ACD 一定质量的理想气体在等温膨胀过程中，内能不变，即ΔU＝0，而W＜0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，则Q＞0，气体一定从外界吸收热量，故A正确；热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的体现，热力学第二定律则指出了能量转化的方向性，故B错误；0 ℃的冰融化为0 ℃的水，系统分子势能增加，分子平均动能不变，分子总动能不变，系统内能增加，故C正确；热力学第二定律的微观意义是一切自发过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行，泼出去的水相比盆中的水，分子无序性增加了，反映了与热现象有关的宏观过程具有方向性，故D正确。
7.C 根据能量守恒定律可知选项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，虽然能的总量并不减小，但能量品质降低了，选项D错误。
8.0.01 kg
解析：效率等于有用功与总功的比值，总功W总＝＝＝4.5×105 J；根据能量守恒定律可知，W总＝Q放＝qm，消耗的汽油质量为m＝＝ kg＝0.01 kg。
9.D 热力学第一定律反映了物体的内能变化与做功和传热的关系，而热力学第二定律则反映了热现象的宏观方向性，A错误；在外界的影响下，可以从单一热库吸收热量，使之完全变成功，B错误；我们要节约能源的根本原因是可利用能源的数量在不断减少，但能量的总量是不变的，C错误；根据热力学第二定律，即使没有摩擦、不必要的散热损失，热机也不可能把燃料产生的内能全部转化为机械能，也就是说，热机的效率不可能达到百分之百，D正确。
10.C 由于系统温度保持不变，所以气体内能不变，即ΔU＝0，气闸舱B内为真空，打开阀门K，A内的气体自由扩散，该过程气体不做功，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q＝0，既不吸热也不放热，故A、B错误；气体体积增大，则气体分子的数密度减小，温度不变，则分子的平均动能不变，则气体分子在单位时间对A舱壁单位面积碰撞的次数减少，故C正确；根据热力学第二定律可知，B中气体不能自发地退回到A中，即A内气体的密度不可能自发地恢复到原来的密度，故D错误。
11.C 由1度＝1 kW·h＝3.6×106 J，这个屋顶在一天内发电大约有E＝ηεSt＝1 400×10×5×6×3 600×23％ J≈100度，故C正确。
12.3.4 kW
解析：在时间t内作用于风车的气流质量为
m＝πr2vtρ
这些气流的动能为mv2，转变的电能为
E＝mv2×10％
故风车带动电动机功率为
P＝＝πr2ρv3×10％
代入数据解得P≈3.4 kW。
2 / 24.热力学第二定律
课标要求 素养目标
1.知道自然界中宏观过程的方向性。 2.了解热力学第二定律。 3.知道“第二类永动机”不可能实现的原因 1.了解热现象过程的不可逆性。（物理观念） 2.知道与热现象有关的宏观过程的方向性。（科学思维） 3.掌握热机的工作原理。（科学探究）
知识点一 热力学第二定律
1.热力学第二定律的克劳修斯表述
（1）传热的方向性：一切与热现象有关的宏观自然过程都是 。
（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。即传热的过程具有 。
2.热力学第二定律的开尔文表述
（1）热机
①热机的工作分为两个阶段：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 ；第二个阶段是工作物质对外做功，把自己的内能变成 。
②热机的效率η：热机输出的机械能W与燃料燃烧产生的热量Q的 。用公式表示为η＝ 。
（2）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 。
知识点二 能源是有限的
1.能量耗散：分散在环境中的内能不能自动聚集起来驱动机器 ，这样的转化过程叫作“能量耗散”。
2.能源：是指具有高品质的容易利用的储能物质。能源的使用过程中虽然能的总量保持守恒，但能量的 下降了。虽然能量总量不会减少，但能源会逐步减少，因此能源是有限的资源。
【情景思辨】
1.将一滴蓝色墨滴滴进清水中，墨滴将在水中扩散。问：
（1）墨滴在水中的扩散最终均匀吗？
（2）变得均匀的淡蓝色的水，能自动地把滴入水中的墨滴聚合到一块变为墨滴吗？
2.判断正误。
（1）一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。（ ）
（2）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。（ ）
（3）机械能可以全部转化为内能，而内能不能自发地全部转化为机械能。（ ）
（4）根据能量守恒定律可知，节约能源是没有必要的。（ ）
要点一 对热力学第二定律的理解
【探究】
覆水难收；破镜难圆；水从高山流到河谷，不可能自己再返回高山；一滴墨水滴入一杯清水，会均匀地扩散开来，不可能再自动地凝成一滴墨水……这些现象说明了什么道理？
【归纳】
1.几个概念的含义
（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。
（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。
2.热力学第二定律的实质
热力学第二定律的两种表述是等价的，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。
3.热力学过程方向性实例
（1）高温物体 低温物体
（2）功热
（3）气体体积V1气体体积V2（较大）
（4）不同气体A和B混合气体A、B
【典例1】 （多选）根据热力学第二定律可知，下列说法正确的是（ ）
A.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
B.没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源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过程中，不引起其他变化
D.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
尝试解答：
根据热力学第二定律，下列说法正确的是（ ）
A.电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递而不造成任何影响
B.机械能可以全部转化为内能，内能也可以自发地全部转化为机械能
C.可以制成一种热机，由热源吸取一定的热量而对外做功
D.冰可以融化为水，水也可以结成冰，这个现象违背了热力学第二定律
要点二 热力学第一定律、第二定律及两类永动机的比较
1.热力学第一定律与第二定律的比较
项目 热力学第一定律 热力学第二定律
定律揭示的问题 它从能量守恒的角度揭示了功、热量和内能改变量三者间的定量关系 它指出自然界中出现的宏观过程是有方向性的
机械能和内能的转化 当摩擦力做功时，机械能可以全部转化为内能 内能不可能在不引起其他变化的情况下全部转化为机械能
热量的传递 热量可以从高温物体自发地传到低温物体 热量不能自发地从低温物体传到高温物体
表述形式 只有一种表述形式 有多种表述形式
联系 两定律都是热力学基本定律，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 将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化
不可能的原因 违背了能量守恒定律 违背了热力学第二定律
【典例2】 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100 J，同时从外界吸收80 J的热量，则它的内能增大20 J
B.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.凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在传热中，热量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
D.热现象过程中不可避地出现能量耗散现象，能量耗散符合热力学第二定律
尝试解答：
1.关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说法正确的是（ ）
A.第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律
B.第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律
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，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的
2.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
要点三 能源的开发和利用
【探究】
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？
【归纳】
1.能量耗散是指能源的开发和利用使得能量转化为内能，分散到环境中无法重新收集起来加以利用的现象。
2.能量耗散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。
3.能量耗散虽然不会使能量的总量减少，却会导致能量品质的降低，它实际上是将能量从高度有用的形式降级为不大有用的形式。
4.能量耗散导致可利用能源减少，所以要节约能源。
【典例3】 关于能量和能源，下列说法中正确的是（ ）
A.化石能源是清洁能源，水能是可再生能源
B.能量的转化和转移具有方向性
C.人类在不断地开发新能源，所以能量可以被创造
D.能量耗散说明能量不能凭空产生，但可以凭空消失
尝试解答：
易错提醒
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）能源是能够提供可利用能量的物质。
（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。
1.（多选）关于能源的开发和利用，下列观点正确的是（ ）
A.无节制地利用能源，是一种盲目的短期行为
B.根据能量守恒定律，能源是取之不尽、用之不竭的
C.能源的开发和利用，必须同时加强对环境的保护
D.不断开发新能源，是缓解能源危机的主要途径
2.（多选）（2024·辽宁葫芦岛高二期中）下列对能量耗散理解正确的是（ ）
A.能量耗散从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性
B.能量耗散遵守能量守恒定律
C.能量耗散说明能量可以凭空消失
D.能量耗散说明能量在不断减少
3.（多选）下列关于能源的说法中正确的是（ ）
A.能源是取之不尽，用之不竭的
B.能源是有限的，特别是常规能源，如煤、石油、天然气等
C.大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源
D.核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭大
1.（2024·浙江台州高二期末）关于能源，下列说法正确的是（ ）
A.太阳能是一种清洁能源
B.煤炭和石油是可再生能源
C.水能、风能是不可再生能源
D.核废料没有放射性，对环境污染极少
2.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.实际的宏观过程都具有“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
3.（多选）下列现象能够发生，并且不违背热力学第二定律的是（ ）
A.一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热
B.蒸汽机把蒸汽的内能全部转化为机械能
C.桶中浑浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离
D.电冰箱通电后，把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体
4.关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述正确的是（ ）
A.热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化，而热力学第二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式的能，故这两条定律是相互矛盾的
B.内能可以全部转化为其他形式的能，只是会产生其他影响，故两条定律并不矛盾
C.两条定律都是有关能量的转化规律，它们不但不矛盾，而且没有本质区别
D.其实，能量守恒定律已经包含了热力学第一定律和热力学第二定律
4.热力学第二定律
【基础知识·准落实】
知识点一
1.（1）不可逆的 （2）方向性 2.（1）①内能 机械能
②比值 （2）完全变成功 方向性
知识点二
1.做功 2.品质
情景思辨
1.提示：（1）均匀。（2）不能。
2.（1）√ （2）× （3）√ （4）×
【核心要点·快突破】
要点一
知识精研
【探究】 提示：自然界的宏观过程不可能自动地逆向进行。要使它们逆向进行，就必须由外界对它们施加作用。
【典例1】 AD 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，选项A正确，B错误；热传递过程也具有方向性，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），选项C错误，D正确。
素养训练
C 电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递，在该过程中压缩机做功，即会产生其他的变化，故A错误；机械能可以全部转化为内能，内能不可以自发地全部转化为机械能，故B错误；可以制成一种热机，由热源吸取一定的热量而对外做功，如各种内燃机，但注意吸收的热量不是全部用来对外做功，故C正确；冰可以融化成水，水也可以结成冰，这两个过程伴随能量的转移，不是自发进行的，这个现象没有违背热力学第二定律，故D错误。
要点二
知识精研
【典例2】 D 根据热力学第一定律知ΔU＝W＋Q＝－100 J＋80 J＝－20 J，它的内能减小20 J，故A错误；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知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；通过做功的方式可以让热量从低温物体传递给高温物体，如电冰箱，故C错误；能量耗散过程体现了宏观自然过程的方向性，符合热力学第二定律，故D正确。
素养训练
1.D 第一类永动机违反了能量守恒定律，第二类永动机违反了热力学第二定律，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D项中现象是可能的，但会引起其他变化，D正确。
2.B C
解析：A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。
要点三
知识精研
【探究】 提示：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。
【典例3】 B 化石能源不是清洁能源，水能是可再生能源，故A错误；根据热力学第二定律可知，不同形式的能量之间可以相互转化，能量在转化和转移中具有方向性，故B正确；能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变，故C、D错误。
素养训练
1.ACD 能源是有限的，必须合理利用能源，A正确；尽管能量守恒，但使用过程中会有能量耗散，常规能源并不是取之不尽，用之不竭的，B错误；能源利用推动人类进步的同时会破坏人类生存的环境，必须加强环境保护，C正确；开发新能源可以缓解常规能源的不足，D正确。
2.AB 能量耗散遵守能量守恒定律，能量既不能凭空消失，也不能减少，而是以不同形式存在。能量耗散是指在能量转化的过程中，其他形式的能量最终转化为内能，流散到周围环境中，无法利用，使能量的可利用率越来越低，反应了能量流动的方向性，故选A、B。
3.BC 尽管能量守恒，但能量耗散后无法重新收集利用，所以能源是有限的，特别是常规能源，A错误，B正确；常规能源的利用比新能源核能的利用对环境影响大，C正确，D错误。
【教学效果·勤检测】
1.A 太阳能是一种清洁能源，故A正确；煤炭和石油是不可再生能源，故B错误；水能、风能是可再生能源，故C错误；核废料具有放射性，对环境污染极大，故D错误。
2.C 摩擦生热的过程是不可逆的，故A错误；能量守恒具有单向性，一般是不可逆，故B错误；实际的宏观过程都具有“单向性”或“不可逆性”，故C正确；空调机既能制冷又能制热，并不能说明传热不存在方向性，而是在相应的过程中，要引起其他方面的变化，故D错误。
3.CD 热茶温度比周围温度高，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，故A项不能发生；蒸汽机工作过程，一方面由于摩擦产生内能，另一方面蒸汽机要向周围环境散热，蒸汽机把蒸汽的内能全部转化为机械能是不可能的，故B项不能发生；由于泥沙比水的密度大，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离，故C项能发生，也不违背热力学第二定律；通电后冰箱内压缩机工作，把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体，故D项能发生，也不违背热力学第二定律。
4.B 热力学第一定律揭示了内能与其他形式能之间的转化关系，是能量守恒定律在热力学中的具体体现。热力学第二定律则进一步阐明了内能与其他形式能之间转化的方向性，二者表述的角度不同，本质不同，相互补充，并不矛盾，故C、D错误，B正确；内能在一定条件下可以全部转化为机械能，热量也可以由低温物体传递到高温物体，但是会引起其他变化，如电冰箱制冷机工作需要消耗电能，故A错误。
4 / 5(共67张PPT)
4.热力学第二定律
课标要求 素养目标
1.知道自然界中宏观过
程的方向性。 2.了解热力学第二定
律。 3.知道“第二类永动
机”不可能实现的原因 1.了解热现象过程的不可逆性。（物理观
念）
2.知道与热现象有关的宏观过程的方向
性。（科学思维）
3.掌握热机的工作原理。（科学探究）
目 录
01.
基础知识·准落实
02.
核心要点·快突破
03.
教学效果·勤检测
04.
课时训练·提素能
基础知识·准落实
梳理归纳 自主学习
01
知识点一 热力学第二定律
1. 热力学第二定律的克劳修斯表述
（1）传热的方向性：一切与热现象有关的宏观自然过程都是
。
（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。
即传热的过程具有 。
不
可逆的
方向性
①热机的工作分为两个阶段：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 ；第二个阶段是工作
物质对外做功，把自己的内能变成 。
②热机的效率η：热机输出的机械能W与燃料燃烧产生的热量
Q的 。用公式表示为η＝ 。
内能
机械能
比值
2. 热力学第二定律的开尔文表述
（1）热机
（2）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 。
完全变成
功
方向性
知识点二 能源是有限的
1. 能量耗散：分散在环境中的内能不能自动聚集起来驱动机器
，这样的转化过程叫作“能量耗散”。
2. 能源：是指具有高品质的容易利用的储能物质。能源的使用过程中
虽然能的总量保持守恒，但能量的 下降了。虽然能量总量
不会减少，但能源会逐步减少，因此能源是有限的资源。
做
功
品质
【情景思辨】
1. 将一滴蓝色墨滴滴进清水中，墨滴将在水中扩散。问：
（1）墨滴在水中的扩散最终均匀吗？
提示：均匀。
（2）变得均匀的淡蓝色的水，能自动地把滴入水中的墨滴聚合到
一块变为墨滴吗？
提示：不能。
2. 判断正误。
（1）一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。
（ √ ）
（2）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。 （ × ）
（3）机械能可以全部转化为内能，而内能不能自发地全部转化为
机械能。 （ √ ）
（4）根据能量守恒定律可知，节约能源是没有必要的。
（ × ）
√
×
√
×
核心要点·快突破
互动探究 深化认知
02
要点一 对热力学第二定律的理解
【探究】
覆水难收；破镜难圆；水从高山流到河谷，不可能自己再返回高山；
一滴墨水滴入一杯清水，会均匀地扩散开来，不可能再自动地凝成一
滴墨水……这些现象说明了什么道理？
提示：自然界的宏观过程不可能自动地逆向进行。要使它们逆向进
行，就必须由外界对它们施加作用。
【归纳】
1. 几个概念的含义
（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。
（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。
2. 热力学第二定律的实质
热力学第二定律的两种表述是等价的，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。
（3）气体体积V1 气体体积V2（较大）
（4）不同气体A和B 混合气体A、B
3. 热力学过程方向性实例
（1）高温物体 低温物体
（2）功 热
【典例1】 （多选）根据热力学第二定律可知，下列说法正确的是
（ ）
A. 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
B. 没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部
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过程中，不引
起其他变化
D. 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
解析：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，
选项A正确，B错误；热传递过程也具有方向性，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），选项C错误，D正确。
根据热力学第二定律，下列说法正确的是（ ）
A. 电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递而
不造成任何影响
B. 机械能可以全部转化为内能，内能也可以自发地全部转化为机 械能
C. 可以制成一种热机，由热源吸取一定的热量而对外做功
D. 冰可以融化为水，水也可以结成冰，这个现象违背了热力学第二
定律
解析： 电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体
传递，在该过程中压缩机做功，即会产生其他的变化，故A错误；机
械能可以全部转化为内能，内能不可以自发地全部转化为机械能，故
B错误；可以制成一种热机，由热源吸取一定的热量而对外做功，如
各种内燃机，但注意吸收的热量不是全部用来对外做功，故C正确；
冰可以融化成水，水也可以结成冰，这两个过程伴随能量的转移，不
是自发进行的，这个现象没有违背热力学第二定律，故D错误。
要点二 热力学第一定律、第二定律及两类永动机的比较
1. 热力学第一定律与第二定律的比较
项目 热力学第一定律 热力学第二定律
定律揭示的问
题 它从能量守恒的角度揭示了功、热量和内能改变量三者间的定量关系 它指出自然界中出现的宏观过程是有方向性的
机械能和内能
的转化 当摩擦力做功时，机械能可以全部转化为内能 内能不可能在不引起其他变化的情况下全部转化为机械能
项目 热力学第一定律 热力学第二定律
热量的传递 热量可以从高温物体
自发地传到低温物体 热量不能自发地从低温物体
传到高温物体
表述形式 只有一种表述形式 有多种表述形式
联系 两定律都是热力学基本定律，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 将内能全部转化为机械能，
而不引起其他变化
不可能的原因 违背了能量守恒定律 违背了热力学第二定律
【典例2】 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100 J，同时从外界吸收80 J的热量，
则它的内能增大20 J
B. 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. 凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在传热中，热量能从
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
D. 热现象过程中不可避地出现能量耗散现象，能量耗散符合热力学
第二定律
解析：根据热力学第一定律知ΔU＝W＋Q＝－100 J＋80 J＝－20 J，
它的内能减小20 J，故A错误；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知
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；通过做功的方式可以让热量从低温物体传递
给高温物体，如电冰箱，故C错误；能量耗散过程体现了宏观自然过
程的方向性，符合热力学第二定律，故D正确。
1. 关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说法正确的是（ ）
A. 第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律
B. 第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律
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，
从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的
解析： 第一类永动机违反了能量守恒定律，第二类永动机违反
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D
项中现象是可能的，但会引起其他变化，D正确。
2. 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
B
C
解析：A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。
要点三 能源的开发和利用
【探究】
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？
提示：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。
【归纳】
1. 能量耗散是指能源的开发和利用使得能量转化为内能，分散到环境
中无法重新收集起来加以利用的现象。
2. 能量耗散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。
3. 能量耗散虽然不会使能量的总量减少，却会导致能量品质的降低，
它实际上是将能量从高度有用的形式降级为不大有用的形式。
4. 能量耗散导致可利用能源减少，所以要节约能源。
【典例3】 关于能量和能源，下列说法中正确的是（ ）
A. 化石能源是清洁能源，水能是可再生能源
B. 能量的转化和转移具有方向性
C. 人类在不断地开发新能源，所以能量可以被创造
D. 能量耗散说明能量不能凭空产生，但可以凭空消失
解析：化石能源不是清洁能源，水能是可再生能源，故A错误；根据
热力学第二定律可知，不同形式的能量之间可以相互转化，能量在转
化和转移中具有方向性，故B正确；能量既不会凭空消失，也不会凭
空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到
另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变，故
C、D错误。
易错提醒
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）能源是能够提供可利用能量的物质。
（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。
1. （多选）关于能源的开发和利用，下列观点正确的是（ ）
A. 无节制地利用能源，是一种盲目的短期行为
B. 根据能量守恒定律，能源是取之不尽、用之不竭的
C. 能源的开发和利用，必须同时加强对环境的保护
D. 不断开发新能源，是缓解能源危机的主要途径
解析： 能源是有限的，必须合理利用能源，A正确；尽管能量守恒，但使用过程中会有能量耗散，常规能源并不是取之不尽，用之不竭的，B错误；能源利用推动人类进步的同时会破坏人类生存的环境，必须加强环境保护，C正确；开发新能源可以缓解常规能源的不足，D正确。
2. （多选）（2024·辽宁葫芦岛高二期中）下列对能量耗散理解正确
的是（ ）
A. 能量耗散从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性
B. 能量耗散遵守能量守恒定律
C. 能量耗散说明能量可以凭空消失
D. 能量耗散说明能量在不断减少
解析： 能量耗散遵守能量守恒定律，能量既不能凭空消失，也不能减少，而是以不同形式存在。能量耗散是指在能量转化的过程中，其他形式的能量最终转化为内能，流散到周围环境中，无法
利用，使能量的可利用率越来越低，反应了能量流动的方向性，故
选A、B。
3. （多选）下列关于能源的说法中正确的是（ ）
A. 能源是取之不尽，用之不竭的
B. 能源是有限的，特别是常规能源，如煤、石油、天然气等
C. 大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源
D. 核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭大
解析： 尽管能量守恒，但能量耗散后无法重新收集利用，所以能源是有限的，特别是常规能源，A错误，B正确；常规能源的利用比新能源核能的利用对环境影响大，C正确，D错误。
教学效果·勤检测
强化技能 查缺补漏
03
1. （2024·浙江台州高二期末）关于能源，下列说法正确的是（ ）
A. 太阳能是一种清洁能源
B. 煤炭和石油是可再生能源
C. 水能、风能是不可再生能源
D. 核废料没有放射性，对环境污染极少
解析： 太阳能是一种清洁能源，故A正确；煤炭和石油是不可
再生能源，故B错误；水能、风能是可再生能源，故C错误；核废
料具有放射性，对环境污染极大，故D错误。
2. 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. 实际的宏观过程都具有“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
解析： 摩擦生热的过程是不可逆的，故A错误；能量守恒具有
单向性，一般是不可逆，故B错误；实际的宏观过程都具有“单向
性”或“不可逆性”，故C正确；空调机既能制冷又能制热，并不
能说明传热不存在方向性，而是在相应的过程中，要引起其他方面
的变化，故D错误。
3. （多选）下列现象能够发生，并且不违背热力学第二定律的是（ ）
A. 一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热
B. 蒸汽机把蒸汽的内能全部转化为机械能
C. 桶中浑浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，
泥、水自动分离
D. 电冰箱通电后，把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体
解析： 热茶温度比周围温度高，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，故A项不能发生；蒸汽机工作过程，一方面由于摩擦产生内能，另一方面蒸汽机要向周围环境散热，蒸汽机把蒸汽的内能全部转化为机械能是不可能的，故B项不能发生；由于泥沙比水的密度大，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离，故C项能发生，也不违背热力学第二定律；通电后冰箱内压缩机工作，把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体，故D项能发生，也不违背热力学第二定律。
4. 关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述正确的是（ ）
A. 热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化，而热力
学第二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式的能，故这两
条定律是相互矛盾的
B. 内能可以全部转化为其他形式的能，只是会产生其他影响，故两
条定律并不矛盾
C. 两条定律都是有关能量的转化规律，它们不但不矛盾，而且没有
本质区别
D. 其实，能量守恒定律已经包含了热力学第一定律和热力学第二 定律
解析： 热力学第一定律揭示了内能与其他形式能之间的转化关
系，是能量守恒定律在热力学中的具体体现。热力学第二定律则进
一步阐明了内能与其他形式能之间转化的方向性，二者表述的角度
不同，本质不同，相互补充，并不矛盾，故C、D错误，B正确；
内能在一定条件下可以全部转化为机械能，热量也可以由低温物体
传递到高温物体，但是会引起其他变化，如电冰箱制冷机工作需要
消耗电能，故A错误。
04
课时训练·提素能
分层达标 素养提升
题组一 对热力学第二定律的理解
1. 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
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解析： 扩散现象是不同物质相互接触，彼此进入对方的现象，
具有自发性，酒精具有易挥发的特性，用蒸发使酒精挥发，这个过
程引起了其他变化，所以说扩散现象具有方向性，故B正确，A、
C、D错误。
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2. （多选）下列哪些过程具有方向性（ ）
A. 传热过程
B. 动能向势能的转化过程
C. 气体的扩散过程
D. 气体向真空中的膨胀过程
解析： 传热、气体的扩散和气体在真空中的膨胀都是与热现象有关的宏观自然过程，由热力学第二定律可知，它们都具有方向性，故A、C、D正确；动能向势能的转化与热现象无关，不具有方向性，故B错误。
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3. 如图所示，汽缸内盛有一定质量的理想气体，汽缸壁是导热的，汽
缸外环境保持恒温，活塞与汽缸壁的接触面是光滑的，但不漏气。
现将活塞与杆连接，使其缓慢地向右移动，这样气体将等温膨胀并
对外做功。若已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法正确
的是（ ）
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A. 气体是从单一热库吸热，全部用来对外做功，所以此过程违反了热力学第二定律
B. 气体是从单一热库吸热，但并未全部用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律
C. 气体是从单一热库吸热，全部用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律
D. 以上三种说法都不对
解析：此过程虽然是气体从单一热库吸热，全部用来对外做功，但引起了其他变化，所以此过程不违反热力学第二定律，故C正确。
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题组二 热力学第一定律、第二定律及两类永动机的比较
4. （多选）下列说法中正确的是（ ）
A. 第一类永动机不可能制成，因为它违背了能量守恒定律
B. 第二类永动机不可能制成，因为它违背了能量守恒定律
C. 热力学第一定律和热力学第二定律是相互独立的
D. 热力学第二定律的两种表述是等效的
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解析： 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，选项A正确，B错误；热力学第一定律与热力学第二定律相辅相成，相互独立，选项C正确；热力学第二定律的两种表述是等效的，选项D正确。
5. 关于热力学定律，下列表述正确的是（ ）
A. 不可能使热量从低温物体传递到高温物体
B. 效率为100％的热机不可能制成，是因为违反了能量守恒定律
C. 一切自然过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行
D. 外界对物体做功，物体的内能必定增加
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解析： 热量能由低温物体传递到高温物体，此过程会引起其他
的变化，A错误；效率为100％的热机不可能制成，不违反能量守
恒定律，但它违反了热力学第二定律，因此它不可能制成，B错
误；由熵增加原理可知，一切自然过程总是沿着分子热运动无序性
增大的方向进行，C正确；根据热力学第一定律，即ΔU＝W＋Q，
物体的内能的变化与外界做功和物体的吸收热量有关，外界对物体
做功，物体对外放热，物体的内能可能减小，D错误。
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6. （多选）（2024·辽宁盘锦高二期中）下列现象及关于热力学第
一、第二定律的叙述正确的是（ ）
A. 一定质量的理想气体在等温膨胀过程中，气体一定从外界吸收热
量
B. 热力学第一定律和热力学第二定律是从不同角度阐述了能量守恒
定律
C. 0 ℃的冰融化为0 ℃的水，此过程系统吸收热量，内能增加
D. “覆水难收（泼出去的水难以收回）”反映了与热现象有关的宏
观过程具有方向性
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解析： 一定质量的理想气体在等温膨胀过程中，内能不变，即ΔU＝0，而W＜0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，则Q＞0，气体一定从外界吸收热量，故A正确；热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的体现，热力学第二定律则指出了能量转化的方向性，故B错误；0 ℃的冰融化为0 ℃的水，系统分子势能增加，分子平均动能不变，分子总动能不变，系统内能增加，故C正确；热力学第二定律的微观意义是一切自发过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行，泼出去的水相比盆中的水，分子无序性增加了，反映了与热现象有关的宏观过程具有方向性，故D正确。
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题组三 能源的开发和利用
7. 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，虽然能的总量并不减
少，但能量品质提升了
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解析： 根据能量守恒定律可知选项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，虽然能的总量并不减小，但能量
品质降低了，选项D错误。
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8. 已知某台汽油机的效率是20％，如果这台汽油机用来做有用功的能
量是9×104 J，则这段时间里汽油机消耗了多少的汽油？（假设汽
油的热值为4.5×107 J·kg－1）
答案：0.01 kg
解析：效率等于有用功与总功的比值，总功W总＝＝＝
4.5×105 J；根据能量守恒定律可知，W总＝Q放＝qm，消耗的汽油
质量为m＝＝ kg＝0.01 kg。
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9. （2024·辽宁沈阳高二期中）下列关于热力学定律的说法中，正确
的是（ ）
A. 热力学第一定律与热力学第二定律的实质是一样的
B. 不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功
C. 我们要节约能源的根本原因是能量在数量上减少了
D. 即使没有摩擦、不必要的散热损失，热机也不可能把燃料产生的
内能全部转化为机械能
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解析： 热力学第一定律反映了物体的内能变化与做功和传热的
关系，而热力学第二定律则反映了热现象的宏观方向性，A错误；
在外界的影响下，可以从单一热库吸收热量，使之完全变成功，B
错误；我们要节约能源的根本原因是可利用能源的数量在不断减
少，但能量的总量是不变的，C错误；根据热力学第二定律，即使
没有摩擦、不必要的散热损失，热机也不可能把燃料产生的内能全
部转化为机械能，也就是说，热机的效率不可能达到百分之百，D
正确。
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10. 气闸舱是空间站中供航天员进入太空或由太空返回用的气密性装
置，其原理如图所示。座舱A与气闸舱B间装有阀门K，A中充满
气体，B内为真空。航天员由太空返回到B时，将B封闭，打开阀
门K，A中的气体进入B中，最终达到平衡。假设此过程中系统保
持温度不变，舱内气体可视为理想气体，不考虑航天员的影响，
则此过程中（ ）
A. 气体膨胀做功，内能减小
B. 气体从外界吸收热量
C. 气体分子在单位时间内对A舱壁单位面积碰撞的次数减少
D. 一段时间后，A内气体的密度可以自发地恢复到原来的密度
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解析： 由于系统温度保持不变，所以气体内能不变，即ΔU＝
0，气闸舱B内为真空，打开阀门K，A内的气体自由扩散，该过
程气体不做功，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q＝0，既
不吸热也不放热，故A、B错误；气体体积增大，则气体分子的数
密度减小，温度不变，则分子的平均动能不变，则气体分子在单
位时间对A舱壁单位面积碰撞的次数减少，故C正确；根据热力学
第二定律可知，B中气体不能自发地退回到A中，即A内气体的密
度不可能自发地恢复到原来的密度，故D错误。
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11. 在人类经济发展中环境保护日益重要，而利用太阳能发电投资
少，见效快。如果用太阳能替代化石燃料可以减少温室气体的排
放，减轻污染，有利于环境保护。以农村住宅屋顶发电为例，如
屋顶放置垂直太阳光线的光电池板，面积为10 m×5 m，已知太
阳光垂直照射到地球表面的光能平均为1 400 J/（m2·s），如果太
阳平均每天有6小时的垂直照射，现在的光电转化率大约为23％，
那么这个屋顶在一天内发电大约有（ ）
A. 10 000度 B. 1 000度
C. 100度 D. 10度
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解析： 由1度＝1 kW·h＝3.6×106 J，这个屋顶在一天内发电
大约有E＝ηεSt＝1 400×10×5×6×3 600×23％ J≈100度，故C
正确。
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12. 某地的平均风速为5 m/s，已知空气密度是1.2 kg/m3，有一风车，
它的车叶转动时可形成半径为12 m的圆面，如果这个风车能将此
圆内10％的气流的动能转变为电能，则该风车带动的发电机功率
是多少？
答案：3.4 kW
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解析：在时间t内作用于风车的气流质量为
m＝πr2vtρ
这些气流的动能为mv2，转变的电能为
E＝mv2×10％
故风车带动电动机功率为
P＝＝πr2ρv3×10％
代入数据解得P≈3.4 kW。
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