第3、4节 热力学第二定律 熵——系统无序程度的量度
(强基课——逐点理清物理观念)
课标要求 学习目标
通过自然界中宏观过程的方向性，了解热力学第二定律。 1.了解热力学第二定律的内涵，知道自然界宏观过程的方向性；了解熵的概念和熵增加原理；了解能量与能源的区别以及能源的有限性。2.能用证据说明第二类永动机是不可能实现的；能有依据地质疑，提出有创意的建议。
逐点清(一) 热力学第二定律
[多维度理解]
1．可逆过程与不可逆过程
(1)可逆过程：一个系统由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态，如果存在另一过程，它能使______和______完全复原，即系统回到原来的状态，同时消除原来过程对外界的一切影响，则________过程称为可逆过程。
(2)不可逆过程：如果用任何方法都不能使______与______完全复原，则原来的过程称为不可逆过程。
2．热传递的方向性
热量可以自发地由______物体传给低温物体，而______自发地由低温物体传给高温物体。
3．功转化为热的方向性
机械能全部转化为内能的过程是能______进行的，内能全部转化为机械能的过程是不能自发进行的。功热转化这一热现象是不可逆的，具有方向性。
4．热力学第二定律的两种表述
(1)克劳修斯表述：不可能使热量从__________传向__________而不引起其他变化。(说明热传导的方向性)
(2)开尔文表述：不可能从__________吸取热量，使之完全用来______而不引起其他变化。(说明机械能与内能转化的方向性)
1．对两种表述的理解
(1)热力学第二定律的两种表述看上去似乎没有什么联系，然而实际上它们是等价的。
(2)“不引起其他变化”是指使热量从低温物体传递到高温物体时外界不消耗任何功或从单一热源吸收热量全部用来做功而外界及系统都不发生任何变化。
(3)克劳修斯表述是说热量不能自发地从低温物体转移到高温物体。如果外界消耗一定量的功，把热量从低温物体转移到高温物体是完全可能的，如电冰箱和空调机的制冷过程。
(4)开尔文表述表明了在引起其他变化或产生其他影响的条件下，热量能够完全转化为功，如理想气体的等温自由膨胀，内能不变，吸收的热量全部转化为功，但却引起了体积的膨胀。
2．热力学第一定律与热力学第二定律的区别与联系
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，二者既相互独立，又相互补充，都是热力学的理论基础
[全方位练明]
1．判断下列说法是否正确。
(1)热量可以自发地从高温物体传递给低温物体。( )
(2)热量不可能从低温物体传递到高温物体。( )
(3)一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。( )
2．(2024·宁德高二质检)(多选)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。下列有关说法正确的是( )
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二定律
D．电冰箱和常见家用空调虽然都是制冷设备，但制冷原理却完全不相同
3．关于热力学两大定律，下列说法不正确的是( )
A．热力学第一定律和热力学第二定律是相互独立的
B．热力学第二定律的两种表述是等效的
C．由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能
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使之完全变成功也是可能的
逐点清(二) 第二类永动机
[多维度理解]
1．定义
从__________吸取热量并使之______转化为功而不引起其他变化的机器。
2．第二类永动机不可能制成
第二类永动机并不违背热力学__________，但违背了热力学____________。
3．热力学第二定律的又一表述
第二类永动机是________实现的。
1．热机的特点
(1)热机不仅仅只有一个热库。
(2)热机的效率不可能达到100%。
2．两类永动机的比较
第一类永动机 不消耗任何能量，可以不断做功(或只给予很小的能量启动后，可以永远运动下去)
第二类永动机 将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化(或只有一个热源，实现内能与机械能的转化)
[全方位练明]
1．(多选)关于热机的效率，下列说法正确的是( )
A．有可能达到80%
B．有可能达到100%
C．有可能超过80%
D．一定能达到100%
2．在热力学中，下列说法正确的是( )
A．第一类永动机不可能制成是由于它违背了能量守恒定律
B．第二类永动机不可能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
逐点清(三) 熵——系统无序程度的量度
[多维度理解]
1．有序和无序：生活中符合__________的现象称为有序，反之称为无序。
2．热力学第二定律的微观本质：与热现象有关的自然发生的宏观过程总是沿着大量分子热运动无序程度______的方向进行。
3．熵：用来量度系统__________的物理量。
4．熵增加原理：在孤立系统中的宏观过程必然朝着________的方向进行。
5．熵与能量退降：在熵增加的同时，一切不可逆过程总是使得能量从________状态转化为__________状态，即能量的品质退化了。
1．对熵的理解
(1)熵是反映系统无序程度的物理量，系统越混乱，无序程度越大，这个系统的熵就越大。
(2)在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小，如果过程可逆，则熵不变；如果过程不可逆，则熵增加。
2．对熵增加原理的理解
(1)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化过程，因此，总是朝着熵增加的方向进行。或者说，一个孤立系统的熵永远不会减小。这就是熵增加原理。
(2)从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律，一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，熵值越大代表着越无序，所以自发的宏观过程总是向无序程度增大的方向发展。
[全方位练明]
1．判断下列说法是否正确。
(1)熵是物体内分子运动无序程度的量度。( )
(2)在孤立系统中，一个自发的过程总是向熵减少的方向进行。( )
(3)热力学第二定律的微观实质是熵是增加的。( )
(4)熵值越大，代表系统分子运动越无序。( )
2．(多选)下面关于热力学第二定律微观意义的说法正确的是( )
A．从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律
B．一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行
C．有的自然过程沿着分子热运动无序性增大的方向进行，有的自然过程沿着分子热运动无序性减小的方向进行
D．在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小
第3、4节 热力学第二定律 熵——系统无序程度的量度
逐点清(一)
[多维度理解]
1．(1)系统 外界 原来的 (2)系统 外界 2.高温 不能 3.自发 4.(1)低温物体 高温物体 (2)单一热源 做功
[全方位练明]
1．(1)√ (2)× (3)√
2．选BC 由热力学第二定律可知，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，除非有外界的影响或帮助，电冰箱把热量从温度较低的内部传到温度较高的外部，需要压缩机的帮助并消耗电能，故A错误，B正确；电冰箱的工作原理没有违反热力学第二定律，电冰箱和常见家用空调的制冷原理相同，故D错误，C正确。
3．选C 热力学第二定律有几种不同的表述形式，但它们是等效的，它与热力学第一定律是各自独立的，A、B正确；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中现象是可能的，但不引起其他变化是不可能的，D正确。
逐点清(二)
[多维度理解]
1．单一热源 完全 2.第一定律 第二定律 3.不可能
[全方位练明]
1．选AC 根据热力学第二定律，热机的效率永远也达不到100%。
2．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背能量守恒定律，但违背了热力学第二定律，故B错误；热力学第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。
逐点清(三)
[多维度理解]
1．某种规则 2.增大 3.无序程度 4.熵增加 5.可利用 不可利用
[全方位练明]
1．(1)√ (2)× (3)√ (4)√
2．选AD 从热力学第二定律的微观本质看，一切不可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，热力学第二定律是一个统计规律，故A正确，B、C错误；任何自然过程总是朝着无序程度增大的方向进行，也就是朝着熵增加的方向进行，故D正确。
4 / 5(共65张PPT)
热力学第二定律 熵——系统无序程度的量度
(强基课——逐点理清物理观念)
第3、4节
课标要求 学习目标
通过自然界中宏观过程的方向性，了解热力学第二定律。 1.了解热力学第二定律的内涵，知道自然界宏观过程的方向性;了解熵的概念和熵增加原理;了解能量与能源的区别以及能源的有限性。
2.能用证据说明第二类永动机是不可能实现的;能有依据地质疑，提出有创意的建议。
1
逐点清(一) 热力学第二定律
2
逐点清(二) 第二类永动机
3
逐点清(三) 熵——系统无序
程度的量度
4
课时跟踪检测
CONTENTS
目录
逐点清(一) 热力学第二定律
1.可逆过程与不可逆过程
(1)可逆过程：一个系统由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态，如果存在另一过程，它能使______和______完全复原，即系统回到原来的状态，同时消除原来过程对外界的一切影响，则________过程称为可逆过程。
(2)不可逆过程：如果用任何方法都不能使_____与______完全复原，则原来的过程称为不可逆过程。
多维度理解
系统
外界
原来的
系统
外界
2.热传递的方向性
热量可以自发地由_______物体传给低温物体，而______自发地由低温物体传给高温物体。
3.功转化为热的方向性
机械能全部转化为内能的过程是能_______进行的，内能全部转化为机械能的过程是不能自发进行的。功热转化这一热现象是不可逆的，具有方向性。
高温
不能
自发
4.热力学第二定律的两种表述
(1)克劳修斯表述：不可能使热量从___________传向__________而不引起其他变化。(说明热传导的方向性)
(2)开尔文表述：不可能从___________吸取热量，使之完全用来_______而不引起其他变化。(说明机械能与内能转化的方向性)
低温物体
高温物体
单一热源
做功
1.对两种表述的理解
(1)热力学第二定律的两种表述看上去似乎没有什么联系，然而实际上它们是等价的。
(2)“不引起其他变化”是指使热量从低温物体传递到高温物体时外界不消耗任何功或从单一热源吸收热量全部用来做功而外界及系统都不发生任何变化。
(3)克劳修斯表述是说热量不能自发地从低温物体转移到高温物体。如果外界消耗一定量的功，把热量从低温物体转移到高温物体是完全可能的，如电冰箱和空调机的制冷过程。
(4)开尔文表述表明了在引起其他变化或产生其他影响的条件下，热量能够完全转化为功，如理想气体的等温自由膨胀，内能不变，吸收的热量全部转化为功，但却引起了体积的膨胀。
2.热力学第一定律与热力学第二定律的区别与联系
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，二者既相互独立，又相互补充，都是热力学的理论基础
1.判断下列说法是否正确。
(1)热量可以自发地从高温物体传递给低温物体。 ( )
(2)热量不可能从低温物体传递到高温物体。 ( )
(3)一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 ( )
全方位练明
√
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2.(2024·宁德高二质检)(多选)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。下列有关说法正确的是 ( )
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二定律
D.电冰箱和常见家用空调虽然都是制冷设备，但制冷原理却完全不相同
√
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解析：由热力学第二定律可知，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，除非有外界的影响或帮助，电冰箱把热量从温度较低的内部传到温度较高的外部，需要压缩机的帮助并消耗电能，故A错误，B正确;电冰箱的工作原理没有违反热力学第二定律，电冰箱和常见家用空调的制冷原理相同，故D错误，C正确。
3.关于热力学两大定律，下列说法不正确的是 ( )
A.热力学第一定律和热力学第二定律是相互独立的
B.热力学第二定律的两种表述是等效的
C.由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能
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使之完全变成功也是可能的
√
解析：热力学第二定律有几种不同的表述形式，但它们是等效的，它与热力学第一定律是各自独立的，A、B正确;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中现象是可能的，但不引起其他变化是不可能的，D正确。
逐点清(二) 第二类永动机
1.定义
从__________吸取热量并使之______转化为功而不引起其他变化的机器。
2.第二类永动机不可能制成
第二类永动机并不违背热力学_________，但违背了热力学__________。
3.热力学第二定律的又一表述
第二类永动机是_________实现的。
多维度理解
单一热源
完全
第一定律
第二定律
不可能
1.热机的特点
(1)热机不仅仅只有一个热库。
(2)热机的效率不可能达到100%。
2.两类永动机的比较
第一类 永动机 不消耗任何能量，可以不断做功(或只给予很小的能量启动后，可以永远运动下去)
第二类 永动机 将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化(或只有一个热源，实现内能与机械能的转化)
1.(多选)关于热机的效率，下列说法正确的是 ( )
A.有可能达到80% B.有可能达到100%
C.有可能超过80% D.一定能达到100%
解析：根据热力学第二定律，热机的效率永远也达不到100%。
全方位练明
√
√
2.在热力学中，下列说法正确的是 ( )
A.第一类永动机不可能制成是由于它违背了能量守恒定律
B.第二类永动机不可能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：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背能量守恒定律，但违背了热力学第二定律，故B错误;热力学第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。
逐点清(三) 熵——系统
无序程度的量度
1.有序和无序：生活中符合___________的现象称为有序，反之称为无序。
2.热力学第二定律的微观本质：与热现象有关的自然发生的宏观过程总是沿着大量分子热运动无序程度______的方向进行。
3.熵：用来量度系统___________的物理量。
多维度理解
某种规则
增大
无序程度
4.熵增加原理：在孤立系统中的宏观过程必然朝着________的方向进行。
5.熵与能量退降：在熵增加的同时，一切不可逆过程总是使得能量从_______状态转化为__________状态，即能量的品质退化了。
熵增加
可利用
不可利用
1.对熵的理解
(1)熵是反映系统无序程度的物理量，系统越混乱，无序程度越大，这个系统的熵就越大。
(2)在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小，如果过程可逆，则熵不变;如果过程不可逆，则熵增加。
2.对熵增加原理的理解
(1)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化过程，因此，总是朝着熵增加的方向进行。或者说，一个孤立系统的熵永远不会减小。这就是熵增加原理。
(2)从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律，一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，熵值越大代表着越无序，所以自发的宏观过程总是向无序程度增大的方向发展。
1.判断下列说法是否正确。
(1)熵是物体内分子运动无序程度的量度。 ( )
(2)在孤立系统中，一个自发的过程总是向熵减少的方向进行。 ( )
(3)热力学第二定律的微观实质是熵是增加的。 ( )
(4)熵值越大，代表系统分子运动越无序。 ( )
全方位练明
√
×
√
√
2.(多选)下面关于热力学第二定律微观意义的说法正确的是 ( )
A.从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律
B.一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行
C.有的自然过程沿着分子热运动无序性增大的方向进行，有的自然过程沿着分子热运动无序性减小的方向进行
D.在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小
√
√
解析：从热力学第二定律的微观本质看，一切不可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，热力学第二定律是一个统计规律，故A正确，B、C错误;任何自然过程总是朝着无序程度增大的方向进行，也就是朝着熵增加的方向进行，故D正确。
课时跟踪检测
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A级——基础达标
1.下列过程中熵减小的是( )
A.晶体熔化为液体
B.水蒸发成为水蒸气
C.水凝固成冰
D.红墨水滴入一杯清水中
√
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解析：水凝固成冰的过程中，分子的无序程度减小，也就是熵减小，故C正确;晶体熔化为液体，水蒸发成为水蒸气，红墨水滴入一杯清水中，分子无序程度增加，故A、B、D错误。
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2.(多选)根据热力学第二定律，下列判断正确的是 ( )
A.热机中燃气的内能不可能全部转化为机械能
B.电能不可能全部变成内能
C.在火力发电机中，燃气的内能可能全部转化成电能
D.在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体
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解析：与热现象有关的宏观自然过程都具有方向性，无论采用什么设备和手段进行能量转化，总是遵循“在没有引起其他变化的情况下，机械能可全部转化为内能，而内能不能全部转化为机械能”，A正确;由焦耳定律可知，电能可以全部转化为内能，B错误;火力发电机发电时，能量转化的过程为化学能→内能→机械能→电能，因为燃气的内能向机械能的转化过程中会对外放出热量，故燃气的内能不可能全部转化为电能，C错误;热量从低温物体传递到高温物体不能自发进行，必须有外界的帮助，D正确。
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3.下列过程中，可能发生的是 ( )
A.某工作物质从高温热库吸收20 kJ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，其内气体自发溢出后又自发跑进去，恢复原状
C.利用其他手段，使低温物体温度更低，高温物体的温度更高
D.将两瓶不同液体自发混合，然后又自发地各自分开
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解析：根据热力学第二定律，热量不可能从低温物体传给高温物体，而不引起其他的变化，但通过一些物理过程是可以实现的，故C项正确;内能全部转化为机械能而没有产生其他影响是不可能的，故A项错误;气体膨胀具有方向性，故B项错误;扩散现象也具有方向性，D项错误。
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4.(2024·泉州高二阶段练习)下列叙述均和热力学定律相关，其中正确的是 ( )
A.不违背能量守恒定律的机器都能制成
B.电冰箱的制冷系统能够把冰箱内的热量传到外界，它违背了热力学第二定律
C.能量退降过程中能量是不守恒的
D.从能量转化的角度看，能量退降反映了自然界中宏观过程具有方向性
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解析：第二类永动机不违背能量守恒定律，但不能制成，故A错误;电冰箱能把冰箱内的热量传到外界，但同时要消耗电能，不违背热力学第二定律，故B错误;能量退降过程中能量也是守恒的，故C错误;能量退降反映了能量转化的方向性，故D正确。
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5.(多选)下列关于热力学定律的说法正确的是 ( )
A.如果两个系统均与第三个系统处于热平衡状态，这两个系统的温度一定相等
B.外界对某系统做正功，该系统的内能一定增加
C.可以找到一种材料做成墙壁，冬天供暖时吸收热量温度升高，向房间释放热量供暖，然后再把热量吸收回去，形成循环供暖，只需要短时间供热后即可停止外界供热
D.低温系统可以向高温系统传递热量
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解析：如果两个系统均与第三个系统处于热平衡状态，这两个系统的温度一定相等，故A正确;根据ΔU=W+Q可知，外界对系统做正功即W>0，系统有可能同时对外放热即Q<0，那么系统内能的变化不确定，故B错误;根据热力学第二定律，选项C中所述的现象是不可能实现的，故C错误;低温系统向高温系统传递热量是可以实现的，前提是要引起其他变化，故D正确。
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6.(2024·浙江温州高二联考)第19届亚运会在杭州盛大开幕。此次亚运会开幕式将实体烟花燃放改成电子烟花表演展示，通过数字技术、光学投影等展现烟花绽放场景，传递出中国绿色低碳环保且负责任的发展中大国形象。以下说法正确的是 ( )
A.能量在使用过程中总量保持不变，故无需节约用电，可尽情燃放电子烟花
B.不断开发新能源，发展新技术，是缓解能源危机、加强环境保护的重要手段
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C.电子烟花技术将电能全部转化为光能和内能，过程中不存在能量退降
D.相比于传统烟花，使用电子烟花完全无污染
解析：能量在使用过程中虽然总量保持不变，但品质越来越差，即可利用率越来越低，所以必须节约能源，故A错误;不断开发新能源，发展新技术，是缓解能源危机、加强环境保护的重要手段，B正确;电子烟花技术不能将电能全部转化为光能和内能，过程中也存在能量退降，C错误;相比于传统烟花，使用电子烟花污染较少，但也不是完全无污染，D错误。
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7.(多选)用两种不同材料的金属丝组成一个回路，接触点1插在热水中，接触点2插在冷水中，如图所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象。关于这一现象的正确说法是 ( )
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A.这一实验不违背热力学第二定律
B.在实验过程中，热水温度降低，冷水温度升高
C.在实验过程中，热水的内能全部转化成电能，电能则部分转化成冷水的内能
D.在实验过程中，热水的内能只有部分转化成电能，电能则全部转化成冷水的内能
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解析：自然界中的任何自然现象或过程都不违反热力学第二定律，本实验现象也不违反热力学第二定律，A正确;整个过程中能量守恒且传热有方向性，B正确;在实验过程中，热水中的内能除转化为电能外，还升高了金属丝的温度，内能不能全部转化为电能;电能除转化为冷水的内能外，还升高了金属丝的温度，电能不能全部转化为冷水的内能，C、D错误。
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8.如图所示，气缸内盛有一定量的理想气体，气缸壁是导热的，气缸外环境保持恒温，活塞与气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，因此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
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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(有外力控制着活塞缓慢地移动，而非自动进行的)，所以此过程不违反热力学第二定律。
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9.关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列说法中不正确的是 ( )
A.一定质量的理想气体经历一缓慢的绝热膨胀过程，气体的内能减少
B.气体向真空的自由膨胀是不可逆的
C.热力学第一定律也可表述为第一类永动机不可能制成
D.热力学第二定律可描述为“不可能使热量由低温物体传递到高温物体”
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解析：一定质量的理想气体经历一缓慢的绝热膨胀过程，则Q=0，W<0，根据ΔU=W+Q可知，气体的内能减少，故A正确;热力学第二定律表明：自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的，故气体向真空的自由膨胀是不可逆的，故B正确;热力学第一定律也可表述为第一类永动机不可能制成，故C正确;热力学第二定律可描述为“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”，故D错误。
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10.利用空调将热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外环境，这个过程_______(选填“是”或“不是”)自发过程。该过程空调消耗了电能，空调排放到室外环境的热量_______ (选填“大于”“等于”或“小于”)从室内吸收的热量。
解析：利用空调将热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外环境，需要空调的压缩机工作，不是自发过程;由于该过程消耗了电能，产生了电热，空调排放到室外环境的热量应等于电热加上从室内吸收的热量，即空调排放到室外环境的热量大于从室内吸收的热量。
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不是
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B级——综合应用
11.(多选)空调市场上有很多变频空调，据专家介绍，变频空调比定频的要节能。因为定频空调开机时就等同于汽车启动时，很耗能，是正常运行的5~7倍，空调在工作时达到设定温度就停机，等温度高了再继续启动，这样频繁的启动，耗电多。而变频空调启动时有一个由低到高的过程，运行过程是通过自动变速来保持室内温度的，从开机到关机中间不停机，而是达到设定温度后就降到最小功率运行，所以比较省电。阅读上述介绍后，以下说法合理的是( )
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A.变频空调节能，运行中不遵守能量守恒定律
B.变频空调运行中做功少，转化能量多
C.变频空调在同样工作条件下运行效率高、省电
D.变频空调与定频空调做同样功时，消耗同样电能
解析：自然界的一切过程都遵守能量守恒定律，A错误;功是能量转化的量度，做同样的功，消耗同样电能，B错误，D正确;由变频空调的工作特点可知其省电的原因是效率高，C正确。
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12.2024年5月28日18时58分，经过约8.5小时
的出舱活动，神舟十八号乘组航天员密切协同，
在空间站机械臂和地面科研人员的配合支持下，完成了空间站空间碎片防护装置安装、舱外设备设施巡检等任务，出舱活动取得成功。气闸舱是实验舱中供航天员进入太空或由太空返回用的气密性装置。气闸舱的工作原理简化图如图所示，座舱A充满一定质量的理想气体，座舱B内为真空。打开阀门K，气体会自发扩散至B中，气体最终达到平衡，整个系统不漏气且与外界没有热交换，下列说法正确的是 ( )
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A.平衡后，气体系统的熵值在减小
B.座舱A中气体自发扩散过程中，气体对外做功，内能减小
C.平衡后，座舱B中气体可能自发的全部回到座舱A中
D.平衡后，气体分子单位时间内，与器壁单位面积的碰撞次数减少
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解析：由于气体分子无规则运动的空间变大，所以无序性增加，即熵增加，故A错误;气体自由扩散，没有对外做功，又因为整个系统不漏气且与外界没有热交换，气体内能不变，故B错误;根据热力学第二定律可知，一切宏观热现象均具有方向性，座舱B中气体不可能自发地全部回到座舱A中，故C错误;气体温度不变，体积增大，压强减小，单位体积内的气体分子数减少，单位时间内对单位器壁面积的碰撞次数减少，故D正确。
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13.(2024·德州高二质检)“二氧化碳跨临界直冷制冰”是北京冬奥会的“中国方案”，图甲中国家速滑馆5 000 m2的冰面全由它制成，冰面温差可控制在±0.5 ℃以内。其制冰过程可简化为图乙中的循环过程，其中横轴为温度T，纵轴为压强 p;过程A→B：一定量的二氧化碳在压缩机的作用下变为高温高压的超临界态(一种介于液态和气态之间、分子间有强烈相互作用的特殊状态);过程B→C：二氧化碳在冷凝器中经历一恒压过程向外放热而变成高压液体;过程C→D：二氧化碳进入蒸发器中蒸发，进而使与蒸发器接触的水降温而凝固;过程D→A：二氧化碳经历一恒压过程回到初始状态。下列说法正确的是 ( )
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A.过程A→B中，每个二氧化碳分子的动能都将增大
B.过程B→C中，二氧化碳始终遵循理想气体的实验定律
C.过程D→A中，若二氧化碳可看作理想气体，则该过程中二氧化碳将吸热
D.整个循环过程中，热量从低温水向高温二氧化碳传递，违反热力学第二定律
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解析：过程A→B中，温度升高，二氧化碳分子的平均动能将增大，但不是每个二氧化碳分子的动能都将增大，故A错误;过程B→C中，二氧化碳在C是液态，不是气体，不符合理想气体实验定律的条件，故B错误;过程D→A中，若二氧化碳可看作理想气体，压强不变，温度升高，体积增大，因温度升高，故二氧化碳的内能增大，又由于体积增大，二氧化碳对外做功，所以该过程中二氧化碳将吸热，故C正确;整个循环过程中，热量从低温水向高温二氧化碳传递，该过程引起了其他的变化，所以不违反热力学第二定律，故D错误。
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14.(多选)利用“涡流效应”可实现冷热
气体的分离。如图，一冷热气体分离装置
由喷嘴、涡流室、环形管、分离挡板和冷
热两端管等构成。高压氮气由喷嘴切向流入涡流室中，然后以螺旋方式在环形管中向右旋转前进，分子热运动速率较小的气体分子将聚集到环形管中心部位，而分子热运动速率较大的气体分子将聚集到环形管边缘部位。气流到达分离挡板处时，中心部位气流与分离挡板碰撞后反向，从A端流出，边缘部位气流从B端流出。下列说法正确的是 ( )
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A.A端为冷端，B端为热端
B.A端流出的气体分子热运动平均速率一定小于B端流出的
C.A端流出的气体内能一定大于B端流出的
D.该装置气体进出过程满足能量守恒定律，但违背了热力学第二定律
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解析：依题意，A端流出的气体分子热运动速率较小，B端流出的气体分子热运动速率较大，所以从A端流出的气体分子热运动平均速率小于从B端流出的，同种气体分子热运动平均速率较大，其对应的温度也就较高，所以A端为冷端，B端为热端，故A、B正确;从A端流出的气体分子平均动能小于从B端流出的气体分子平均动能，内能的多少还与分子数有关，不能得出从A端流出的气体内能一定大于从B端流出的气体内能，故C错误;该装置将冷热气体进行分离，喷嘴处有高压，即通过外界做功而实现的，并非自发进行的，没有违背热力学第二定律;温度较低的从A端流出，温度较高的从B端流出，也符合能量守恒定律，故D错误。
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4课时跟踪检测(十) 热力学第二定律
熵——系统无序程度的量度
A级——基础达标
1．下列过程中熵减小的是( )
A．晶体熔化为液体
B．水蒸发成为水蒸气
C．水凝固成冰
D．红墨水滴入一杯清水中
2．(多选)根据热力学第二定律，下列判断正确的是( )
A．热机中燃气的内能不可能全部转化为机械能
B．电能不可能全部变成内能
C．在火力发电机中，燃气的内能可能全部转化成电能
D．在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体
3．下列过程中，可能发生的是( )
A．某工作物质从高温热库吸收20 kJ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，其内气体自发溢出后又自发跑进去，恢复原状
C．利用其他手段，使低温物体温度更低，高温物体的温度更高
D．将两瓶不同液体自发混合，然后又自发地各自分开
4．(2024·泉州高二阶段练习)下列叙述均和热力学定律相关，其中正确的是( )
A．不违背能量守恒定律的机器都能制成
B．电冰箱的制冷系统能够把冰箱内的热量传到外界，它违背了热力学第二定律
C．能量退降过程中能量是不守恒的
D．从能量转化的角度看，能量退降反映了自然界中宏观过程具有方向性
5．(多选)下列关于热力学定律的说法正确的是( )
A．如果两个系统均与第三个系统处于热平衡状态，这两个系统的温度一定相等
B．外界对某系统做正功，该系统的内能一定增加
C．可以找到一种材料做成墙壁，冬天供暖时吸收热量温度升高，向房间释放热量供暖，然后再把热量吸收回去，形成循环供暖，只需要短时间供热后即可停止外界供热
D．低温系统可以向高温系统传递热量
6．(2024·浙江温州高二联考)第19届亚运会在杭州盛大开幕。此次亚运会开幕式将实体烟花燃放改成电子烟花表演展示，通过数字技术、光学投影等展现烟花绽放场景，传递出中国绿色低碳环保且负责任的发展中大国形象。以下说法正确的是( )
A．能量在使用过程中总量保持不变，故无需节约用电，可尽情燃放电子烟花
B．不断开发新能源，发展新技术，是缓解能源危机、加强环境保护的重要手段
C．电子烟花技术将电能全部转化为光能和内能，过程中不存在能量退降
D．相比于传统烟花，使用电子烟花完全无污染
7.(多选)用两种不同材料的金属丝组成一个回路，接触点1插在热水中，接触点2插在冷水中，如图所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象。关于这一现象的正确说法是( )
A．这一实验不违背热力学第二定律
B．在实验过程中，热水温度降低，冷水温度升高
C．在实验过程中，热水的内能全部转化成电能，电能则部分转化成冷水的内能
D．在实验过程中，热水的内能只有部分转化成电能，电能则全部转化成冷水的内能
8.如图所示，气缸内盛有一定量的理想气体，气缸壁是导热的，气缸外环境保持恒温，活塞与气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，因此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
9．关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列说法中不正确的是( )
A．一定质量的理想气体经历一缓慢的绝热膨胀过程，气体的内能减少
B．气体向真空的自由膨胀是不可逆的
C．热力学第一定律也可表述为第一类永动机不可能制成
D．热力学第二定律可描述为“不可能使热量由低温物体传递到高温物体”
10．利用空调将热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外环境，这个过程________(选填“是”或“不是”)自发过程。该过程空调消耗了电能，空调排放到室外环境的热量________(选填“大于”“等于”或“小于”)从室内吸收的热量。
B级——综合应用
11．(多选)空调市场上有很多变频空调，据专家介绍，变频空调比定频的要节能。因为定频空调开机时就等同于汽车启动时，很耗能，是正常运行的5～7倍，空调在工作时达到设定温度就停机，等温度高了再继续启动，这样频繁的启动，耗电多。而变频空调启动时有一个由低到高的过程，运行过程是通过自动变速来保持室内温度的，从开机到关机中间不停机，而是达到设定温度后就降到最小功率运行，所以比较省电。阅读上述介绍后，以下说法合理的是( )
A．变频空调节能，运行中不遵守能量守恒定律
B．变频空调运行中做功少，转化能量多
C．变频空调在同样工作条件下运行效率高、省电
D．变频空调与定频空调做同样功时，消耗同样电能
12．2024年5月28日18时58分，经过约8.5小时的出舱活动，神舟十八号乘组航天员密切协同，在空间站机械臂和地面科研人员的配合支持下，完成了空间站空间碎片防护装置安装、舱外设备设施巡检等任务，出舱活动取得成功。气闸舱是实验舱中供航天员进入太空或由太空返回用的气密性装置。气闸舱的工作原理简化图如图所示，座舱A充满一定质量的理想气体，座舱B内为真空。打开阀门K，气体会自发扩散至B中，气体最终达到平衡，整个系统不漏气且与外界没有热交换，下列说法正确的是( )
A．平衡后，气体系统的熵值在减小
B．座舱A中气体自发扩散过程中，气体对外做功，内能减小
C．平衡后，座舱B中气体可能自发的全部回到座舱A中
D．平衡后，气体分子单位时间内，与器壁单位面积的碰撞次数减少
13．(2024·德州高二质检)“二氧化碳跨临界直冷制冰”是北京冬奥会的“中国方案”，图甲中国家速滑馆5 000 m2的冰面全由它制成，冰面温差可控制在±0.5 ℃以内。其制冰过程可简化为图乙中的循环过程，其中横轴为温度T，纵轴为压强p；过程A→B：一定量的二氧化碳在压缩机的作用下变为高温高压的超临界态(一种介于液态和气态之间、分子间有强烈相互作用的特殊状态)；过程B→C：二氧化碳在冷凝器中经历一恒压过程向外放热而变成高压液体；过程C→D：二氧化碳进入蒸发器中蒸发，进而使与蒸发器接触的水降温而凝固；过程D→A：二氧化碳经历一恒压过程回到初始状态。下列说法正确的是( )
A．过程A→B中，每个二氧化碳分子的动能都将增大
B．过程B→C中，二氧化碳始终遵循理想气体的实验定律
C．过程D→A中，若二氧化碳可看作理想气体，则该过程中二氧化碳将吸热
D．整个循环过程中，热量从低温水向高温二氧化碳传递，违反热力学第二定律
14．(多选)利用“涡流效应”可实现冷热气体的分离。如图，一冷热气体分离装置由喷嘴、涡流室、环形管、分离挡板和冷热两端管等构成。高压氮气由喷嘴切向流入涡流室中，然后以螺旋方式在环形管中向右旋转前进，分子热运动速率较小的气体分子将聚集到环形管中心部位，而分子热运动速率较大的气体分子将聚集到环形管边缘部位。气流到达分离挡板处时，中心部位气流与分离挡板碰撞后反向，从A端流出，边缘部位气流从B端流出。下列说法正确的是( )
A．A端为冷端，B端为热端
B．A端流出的气体分子热运动平均速率一定小于B端流出的
C．A端流出的气体内能一定大于B端流出的
D．该装置气体进出过程满足能量守恒定律，但违背了热力学第二定律
课时跟踪检测(十)
1．选C 水凝固成冰的过程中，分子的无序程度减小，也就是熵减小，故C正确；晶体熔化为液体，水蒸发成为水蒸气，红墨水滴入一杯清水中，分子无序程度增加，故A、B、D错误。
2．选AD 与热现象有关的宏观自然过程都具有方向性，无论采用什么设备和手段进行能量转化，总是遵循“在没有引起其他变化的情况下，机械能可全部转化为内能，而内能不能全部转化为机械能”，A正确；由焦耳定律可知，电能可以全部转化为内能，B错误；火力发电机发电时，能量转化的过程为化学能→内能→机械能→电能，因为燃气的内能向机械能的转化过程中会对外放出热量，故燃气的内能不可能全部转化为电能，C错误；热量从低温物体传递到高温物体不能自发进行，必须有外界的帮助，D正确。
3．选C 根据热力学第二定律，热量不可能从低温物体传给高温物体，而不引起其他的变化，但通过一些物理过程是可以实现的，故C项正确；内能全部转化为机械能而没有产生其他影响是不可能的，故A项错误；气体膨胀具有方向性，故B项错误；扩散现象也具有方向性，D项错误。
4．选D 第二类永动机不违背能量守恒定律，但不能制成，故A错误；电冰箱能把冰箱内的热量传到外界，但同时要消耗电能，不违背热力学第二定律，故B错误；能量退降过程中能量也是守恒的，故C错误；能量退降反映了能量转化的方向性，故D正确。
5．选AD 如果两个系统均与第三个系统处于热平衡状态，这两个系统的温度一定相等，故A正确；根据ΔU＝W＋Q可知，外界对系统做正功即W>0，系统有可能同时对外放热即Q<0，那么系统内能的变化不确定，故B错误；根据热力学第二定律，选项C中所述的现象是不可能实现的，故C错误；低温系统向高温系统传递热量是可以实现的，前提是要引起其他变化，故D正确。
6．选B 能量在使用过程中虽然总量保持不变，但品质越来越差，即可利用率越来越低，所以必须节约能源，故A错误；不断开发新能源，发展新技术，是缓解能源危机、加强环境保护的重要手段，B正确；电子烟花技术不能将电能全部转化为光能和内能，过程中也存在能量退降，C错误；相比于传统烟花，使用电子烟花污染较少，但也不是完全无污染，D错误。
7．选AB 自然界中的任何自然现象或过程都不违反热力学第二定律，本实验现象也不违反热力学第二定律，A正确；整个过程中能量守恒且传热有方向性，B正确；在实验过程中，热水中的内能除转化为电能外，还升高了金属丝的温度，内能不能全部转化为电能；电能除转化为冷水的内能外，还升高了金属丝的温度，电能不能全部转化为冷水的内能，C、D错误。
8．选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(有外力控制着活塞缓慢地移动，而非自动进行的)，所以此过程不违反热力学第二定律。
9．选D 一定质量的理想气体经历一缓慢的绝热膨胀过程，则Q＝0，W<0，根据ΔU＝W＋Q可知，气体的内能减少，故A正确；热力学第二定律表明：自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的，故气体向真空的自由膨胀是不可逆的，故B正确；热力学第一定律也可表述为第一类永动机不可能制成，故C正确；热力学第二定律可描述为“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”，故D错误。
10．解析：利用空调将热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外环境，需要空调的压缩机工作，不是自发过程；由于该过程消耗了电能，产生了电热，空调排放到室外环境的热量应等于电热加上从室内吸收的热量，即空调排放到室外环境的热量大于从室内吸收的热量。
答案：不是 大于
11．选CD 自然界的一切过程都遵守能量守恒定律，A错误；功是能量转化的量度，做同样的功，消耗同样电能，B错误，D正确；由变频空调的工作特点可知其省电的原因是效率高，C正确。
12．选D 由于气体分子无规则运动的空间变大，所以无序性增加，即熵增加，故A错误；气体自由扩散，没有对外做功，又因为整个系统不漏气且与外界没有热交换，气体内能不变，故B错误；根据热力学第二定律可知，一切宏观热现象均具有方向性，座舱B中气体不可能自发地全部回到座舱A中，故C错误；气体温度不变，体积增大，压强减小，单位体积内的气体分子数减少，单位时间内对单位器壁面积的碰撞次数减少，故D正确。
13．选C 过程A→B中，温度升高，二氧化碳分子的平均动能将增大，但不是每个二氧化碳分子的动能都将增大，故A错误；过程B→C中，二氧化碳在C是液态，不是气体，不符合理想气体实验定律的条件，故B错误；过程D→A中，若二氧化碳可看作理想气体，压强不变，温度升高，体积增大，因温度升高，故二氧化碳的内能增大，又由于体积增大，二氧化碳对外做功，所以该过程中二氧化碳将吸热，故C正确；整个循环过程中，热量从低温水向高温二氧化碳传递，该过程引起了其他的变化，所以不违反热力学第二定律，故D错误。
14．选AB 依题意，A端流出的气体分子热运动速率较小，B端流出的气体分子热运动速率较大，所以从A端流出的气体分子热运动平均速率小于从B端流出的，同种气体分子热运动平均速率较大，其对应的温度也就较高，所以A端为冷端，B端为热端，故A、B正确；从A端流出的气体分子平均动能小于从B端流出的气体分子平均动能，内能的多少还与分子数有关，不能得出从A端流出的气体内能一定大于从B端流出的气体内能，故C错误；该装置将冷热气体进行分离，喷嘴处有高压，即通过外界做功而实现的，并非自发进行的，没有违背热力学第二定律；温度较低的从A端流出，温度较高的从B端流出，也符合能量守恒定律，故D错误。
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