4 热力学第二定律
[物理观念] (1)高温物体 低温物体 借助外界的帮助 (3)热量 (4)自发地 (5)不可逆
[教材链接] (1)①自发地 传热 ②热量 功 机械能与内能转化 (3)等价
例1 ABD [解析] 热量可以在外界做功的情况下从低温物体向高温物体传递,但不能自发进行,故A正确;空调机在制冷过程中,从室内吸收的热量少于向室外放出的热量,故B正确;不可能从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化,故C错误;根据热力学第二定律,即使没有漏气、摩擦、不必要的散热等损失,热机也不可以把燃料产生的内能全部转化为机械能,故D正确.
[科学态度与责任] 热力学第二定律
例2 B C
[解析] A中汽油的化学能转化为热机的机械能和内能,符合热力学第一定律.B中冷水倒入保温杯,若冷水和杯子的温度都降低,内能都变小,无其他力做功,能量消失,违背了热力学第一定律.C中热机工作时,从高温热源吸收的热量不可能全部转化为功,效率不可能达到100%,违背了热力学第二定律.D中冰箱可以通过做功从箱内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.
变式 B [解析] 热力学第一定律是能量守恒在热现象中的体现,而热力学第二定律则指出内能和其他形式的能发生转化的方向性,两者并不矛盾,选项A、C、D错误,B正确.
[教材链接] (1)高品质 (2)内能 (3)品质 能源
例3 A [解析] 根据能量守恒定律可知,在能源使用过程中,能量在数量上并未减少,A正确,C错误;虽然总能量不会减少,但是由于能量的品质降低,无法再利用,故还需要节约能源,B错误;根据能量守恒定律可知,能量不会被创造,也不会消失,D错误.
素养提升
示例 B [解析] 熵是分子运动无序程度的量度,熵越大,分子运动无序程度越大,故A、D正确;孤立系统中发生的任何实际过程,其能量的总值保持不变,而其熵值是增加的,故B错误,C正确.
随堂巩固
1.C [解析] 摩擦生热的过程是不可逆的,故A错误;符合能量守恒定律的过程具有单向性,一般是不可逆的,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;空调既能制冷又能制热,并不能说明传热不存在方向性,故D错误.
2.B [解析] 热力学第二定律是物理学家通过对大量自然现象的分析,又总结了生产和生活经验得到的结论,是一个经验定律,它并不能通过理论和实验来证明,但它符合客观事实,因此是正确的,它揭示了热现象宏观过程的方向性,使人们认识到第二类永动机不可能制成,对我们认识自然和利用自然有着重要的指导意义,故B正确.
3.ABC [解析] 由于城市上空的气温比周围环境要高,因此可以根据“热岛效应”进行发电,故A正确;根据热力学第二定律知道,在不产生其他影响时,可以设计一种装置使行人走路时的一部分能量转化为电能,故B正确;太阳能是目前非常有效的清洁能源,可通过太阳能电池将太阳能转化为电能再加以利用,故C正确;有害气体和其他各类气体是自发地混合在一起的,而无法自发地分离,如果要进行分离则必须借助外力,故D错误.
4.BD [解析] 热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律,是能量守恒定律的具体表现,适用于所有的热学过程,故C错误;根据热力学第二定律,热量不能自发地从低温物体传到高温物体,必须借助于其他系统做功,故A错误,B正确;压缩机工作时会发热,将一部分电能转化为内能消耗掉,这种影响没法消除,故D正确.
5.C [解析] 自然界的能量总和是守恒的,能量不会减少,也不会消失,但有些能量使用以后品质下降,不可能再被利用,人类可以利用的能源是有限的,节约能源不仅能使我们长久利用能源,而且可以减小常规能源在使用中带来的污染,节约能源对人类社会的发展有很大的意义,故A、B、D错误,C正确.4 热力学第二定律
学习任务一 热力学第二定律
[物理观念] 热现象中的方向性
(1) 传热具有方向性:两个温度不同的物体相互接触时,热量会自发地从 传给 ,而低温物体不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 ,因而产生其他影响或引起其他变化.
(2) 物质的扩散现象具有方向性:两种不同的物质可以自发地进入对方,最后成为均匀的混合物质,但这种均匀的混合物质不会自发地分开而成为两种不同的物质.
(3) 有摩擦的机械运动具有方向性:物体在水平面上运动,因摩擦而逐渐停止,但不可能出现物体吸收原来传递出去的 后在地面上重新运动起来.
(4)气体的膨胀具有方向性:气体可以自发地向真空容器中膨胀,但不可能出现气体 从容器中流出而使容器变为真空.
(5)一切与热现象有关的宏观自然过程都是 的.
[教材链接] 阅读教材“热力学第二定律”相关内容,完成下列填空:
(1)热力学第二定律的两种表述
①克劳修斯表述:热量不能 从低温物体传到高温物体.表述阐述的是 的方向性.
②开尔文表述: 不可能从单一热库吸收 ,使之完全变成 ,而不产生其他影响.该表述阐述了 的方向性.
(2)热机
①热机工作时从高温热库吸收的热量Q,只有一部分用来做功W,转变为机械能,另一部分热量要排放给低温热库,故W②即使没有漏气和摩擦,也没有机体热量的损失,燃料产生的热量也不可能完全转化成机械能,工质吸收的热量不会全部变成功,即热机效率不可能达到100%.
(3)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.
例1 (多选)[2024·山东烟台二中月考] 根据热力学定律,下列说法正确的是 ( )
A.电冰箱的工作表明,热量可以从低温物体向高温物体传递
B.空调机在制冷过程中,从室内吸收的热量少于向室外放出的热量
C.科技的不断进步使得人类有可能生产出从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化的热机
D.即使没有漏气、摩擦、不必要的散热等损失,热机也不可以把燃料产生的内能全部转化为机械能
[反思感悟]
【要点总结】
1.对热力学第二定律的理解
(1) “自发地”过程就是在不受外界干扰的条件下进行的自然过程.
(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)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.
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,进而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.
学习任务二 热力学第一定律和热力学第二定律的比较和应用
[物理观念]
(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
不需要任何动力或燃料却可以源源不断地对外做功的机器 从单一热源吸热,全部用来对外做功而不引起其他变化的机器
违背能量守恒定律,不可能实现 不违背能量守恒定律,但违背热力学第二定律,不可能实现
[科学态度与责任] 地球上有大量的海水,它的总质量约为1.4×1018 t,如果这些海水的温度降低0.1 ℃,将要放出5.8×1023 J的热量,这相当于1800万个功率为100万千瓦的核电站一年的发电量,这么巨大的能量,人们却不去开发研究是因为这种利用海水的内能发电的过程,违背了 ,不会研究成功.
例2 [2020·全国卷Ⅱ] 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
[反思感悟]
变式 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转化的规律,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
[反思感悟]
【要点总结】
热力学第一定律和热力学第二定律是构成热力学知识的理论基础,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.
(1)热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的一种表述形式,对自然过程没有任何限制,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:第一类永动机不可能制成.
(2)热力学第二定律揭示了有关热的物理过程都具有方向性,明确哪些过程可以自发地进行,哪些过程必须借助于外界条件才能进行.告诫人们:第二类永动机不可能制成.
学习任务三 能源是有限的
[教材链接] 阅读教材“能源是有限的”相关内容,完成下列填空:
(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 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不变,但能量的 下降了, 减少了.
例3 关于能量和能源,下列说法正确的是 ( )
A.在能源利用的过程中,能量在数量上并未减少
B.由于自然界中总的能量守恒,所以不需要节约能源
C.能量耗散说明能量在转化过程中不断减少
D.人类在不断地开发和利用新能源,所以能量可以被创造
[反思感悟]
【要点总结】
能量与能源的区别
(1)自然界中的能量是守恒的,既不会增加也不会减少.
(2)能量耗散是能量从高品质能源向低品质能量转化的过程.
(3)能量总量不变,但能量的品质会下降即能源减少,故我们要节约能源.
熵与熵增加原理
熵用来描述一个系统的无序程度.根据熵的含义,热力学系统处于非平衡态时的分子热运动有一定的有序性,因此,其熵值较小;当其达到平衡态后,其分子热运动的无序性达到极高程度,其熵值达到最大值.
从微观角度看,热力学第二定律是一个统计规律:对于不与外界进行物质和能量交换的一个孤立热力学系统而言,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,一个孤立系统总的熵值总是不减少的,这
就是熵增加原理,也就是热力学第二定律的另一种表述形式.熵增加原理的适用对象是孤立系统,如果是非孤立系统,熵有可能减少.
示例 [2024·浙江杭州四中期末] 下面关于熵的说法错误的是 ( )
A.熵是物体内分子运动无序程度的量度
B.在孤立系统中,一个自发的过程熵总是向减少的方向进行
C.热力学第二定律的微观实质是熵是增加的
D.熵值越大,代表系统分子运动越无序
1.(热现象的方向性)[2024·河南郑州一中月考] 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.凡是符合能量守恒定律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.空调既能制冷又能制热,说明传热不存在方向性
2.(热力学第二定律)[2024·湖北宜昌一中月考] 关于热力学第二定律,下列说法正确的是 ( )
A.热力学第二定律是通过实验总结出来的实验定律
B.热力学第二定律是通过大量自然现象的不可逆性总结出来的经验定律
C.热力学第二定律是物理学家从理论推导出来的结果
D.热力学第二定律没有理论和实验的依据,因此没有实际意义
3.(热力学定律的应用)(多选)某校中学生参加中央电视台“异想天开”栏目的活动,他们提出了下列四个设想方案.从理论上讲可行的方案是( )
A.城市上空的气温比周围环境要高,利用城市上空的热源来进行发电
B.在繁华的马路上设计一种装置,使行人走路时的一部分能量转化为电能
C.将屋顶都盖上太阳能板,可用太阳能来解决家庭照明和热水供应问题
D.想办法使汽车尾气中的各类有害气体自发地分离开,再将干净的气体排到空气中
4.(热力学定律的应用) (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.电冰箱的工作原理违背热力学第一定律
D.电冰箱除了将热量从低温热库传到高温热库外,工作过程中所产生的其他影响,无论用任何办法都不可能加以消除
5.(能量与能源)[2024·广东佛山一中月考] 下列说法中正确的是 ( )
A.自然界的能量总和是守恒的,因此节约能源毫无意义
B.能量被使用后就消失了,所以要节约能源
C.能源在使用过程中虽然能量的总量保持不变,但能量的品质下降了,所以要节约能源
D.能量耗散说明自然界的能量在不断减少4 热力学第二定律
1.BC [解析] 在引起其他变化的情况下,可以从单一热源吸热使之完全变成功,A错误;机械能可以全部转化为内能,内能在引起其他变化时也可以全部转化为机械能,B正确;热机的效率不能达到100%,C正确;降低海水温度所需要的能量比释放出来的能量多,不能起到节约能源的作用,D错误.
2.AD [解析] 由热机的定义我们可以判断,选项A正确,B错误;内燃机在工作时内能的损失有多种途径,所以内燃机不可能把内能全部转化为机械能,选项C错误,D正确.
3.BCD [解析] 热力学第二定律反映的是与热现象有关的宏观自然过程的方向性的规律,选项A不属于热现象,A错误;由热力学第二定律,可知B、C、D正确.
4.BD [解析] 热平衡状态对应两物体的温度相同,但两物体内能相同时,温度不一定相同,故A错误;热量可以从低温物体传递到高温物体,例如电冰箱,但需要消耗能量,故B正确;自然界中有的能量便于利用,有的不便于利用,因此要节约能源,故C错误;一定质量的理想气体经过绝热压缩,外界对气体做功,由热力学第一定律可知,气体的内能增大,故D正确.
5.CD [解析] 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A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B错误;第二类永动机没有违反能量守恒定律,热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的反映,因此第二类永动机没有违反热力学第一定律,不能制成是因为它违反了热力学第二定律,故C正确;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.
6.B [解析] 虽然能量守恒,但可利用的资源是有限的,需要节约能源,故A错误;由热力学第一定律ΔU=Q+W可知气体吸收热量的同时对外做功,内能可能不变,故B正确;根据热力学第二定律说明热量不能自发地从低温物体传递到高温物体,但若通过外力做功是可以把热量从低温物体传到高温物体的,例如冰箱制冷,故C错误;第二类永动机无法制成是违反了热力学第二定律,故D错误.
7.D [解析] 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,其满足能量守恒定律,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,能量耗散反映出涉及热运动的宏观过程都具有方向性,A、B、C错误,D正确.
8.B [解析] 与热现象有关的能量守恒过程,还要满足热力学第二定律,才能自发地发生,A错误; 世界上有多种形式的能量,如煤、石油、生物能等都来自太阳辐射的能量,B正确;传热、摩擦生热和气体自由膨胀都是不可逆过程,C错误;能的转化过程符合能量守恒定律,但能量的形式发生改变,可以利用的能量越来越少,因此会发生能源危机,D错误.
9.BCD [解析] 根据热力学第一定律ΔU=W+Q可知,一定质量的理想气体放出热量,Q为负值,但若外界同时对气体做功,W为正,则其内能不一定减少,分子平均动能不一定减少,A错误;热力学第二定律是反映与热现象有关的宏观自然过程的方向性的定律,B正确;由热力学第二定律的开尔文表述可知热机的效率不可能达到100%,C正确;一定质量的理想气体膨胀时对外界做功,W为负值,当吸热Q<|W|时内能减少,当吸热Q>|W|时内能增加,当吸热Q=|W|时内能不变,故它的内能可能减少,D正确.
10.B [解析] 根据热力学第二定律,可知不可能从单一热源吸收热量使之全部用来做功,而不产生其他影响,所以从热水中吸收的热量Q1应该大于电流做的功W,即Q1>W,故A错误,B正确;根据能量守恒定律和热力学第二定律,可知从热水中吸收的热量转化成了两部分,一部分是电能W,另一部分是冷水吸收的热量Q2,即Q1=W+Q2,故C、D错误.
11.C [解析] 此现象说明了机械能和内能之间转化的方向性,并不违反能量守恒定律,因此,C正确,A、B、D错误.
12.C [解析] 从单一热源吸热,并全部用来对外做功,可通过引起其他变化(消耗其他形式的能量)来实现,并不违反热力学第二定律,故选项C正确.
13.C [解析] 可把汽缸内的气体看成理想气体,当活塞压缩气体时,气体温度要发生变化,根据=C可知,只有当气体的温度不变时,气体的压强才与体积成反比,故A错误;气体膨胀时,气体压强要发生变化,根据=C可知,只有当气体的压强不变时,气体的体积才与热力学温度成正比,故B错误;发动机工作时,气体从外界吸收热量温度升高,内能增加,且气体同时对外做功,可知吸收的热量大于对外做的功,故C正确;根据热力学第二定律可知,气体不可能从单一热源吸热并全部用来对外做功而不引起其他变化,故D错误.
14.B [解析] 绝热压缩空气前后,温度升高,分子平均动能增大,选项A错误;绝热压缩空气,温度升高,气体内能一定增大,选项B正确;压缩空气储能的过程涉及热运动的能量转换过程,任何转换过程效率都不可能达到100%,选项C错误;压缩空气膨胀推动发电机工作,是气体体积增大对外做功,内能减少,选项D错误.
15.(1)7.5×102 J (2)75% (3)见解析
[解析] (1)根据热机原理,得
W=Q1-Q2=1×103 J-2.5×102 J=7.5×102 J
(2)根据热机的效率的定义,得
η=×100%=×100%=75%
(3)效率不可能达到100%,因为无论如何,我们不可能把热量损失减小至零.4 热力学第二定律建议用时:40分钟
◆ 知识点一 热力学第二定律
1.(多选)[2024·山东烟台二中月考] 下列说法正确的是( )
A.不可以从单一热源吸热使之完全变成功
B.机械能可以全部转化为内能,内能也可以全部转为机械能,但要引起其他变化
C.热机的效率不能达到100%
D.通过降低海水温度所释放出来的能量可以供人类使用,从而起到节约能源的作用
2.(多选)下列关于热机的说法中正确的是( )
A.热机是把内能转化成机械能的装置
B.热机是把机械能转化为内能的装置
C.只要对内燃机不断进行革新,它就可以把气体的内能全部转化为机械能
D.即使没有漏气,同时没有摩擦等能量损失,内燃机也不能把内能全部转化为机械能
3.(多选)[2024·湖南长郡中学月考] 下列宏观过程能用热力学第二定律解释的是 ( )
A.大米和小米混合后,小米能自发地填充到大米空隙中,经过一段时间,大米、小米不会自动分开
B.一滴红墨水滴入一杯清水中,会均匀扩散到整杯水中,经过一段时间,墨水和清水不会自动分开
C.冬季的夜晚,随着气温的降低,放在室外的物体不会将内能自发地转化为机械能而动起来
D.随着节能减排措施的不断完善,最终也不会使汽车热机的效率达到100%
◆ 知识点二 热力学第一定律和热力学第二定律的比较和应用
4.(多选)下列说法中正确的是 ( )
A.有三个系统a、b、c,若a与b内能相等,b与c内能相等,则根据热平衡定律可知,a与c接触时一定不会发生热交换
B.热量可以从低温物体传递到高温物体
C.自然界的能量是守恒的,所以我们可以不必节约能源
D.一定质量的理想气体经过绝热压缩,其内能一定增大
5.(多选)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.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
B.凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性,在热传递中,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
C.第二类永动机违反了热力学第二定律,没有违反热力学第一定律
D.热现象过程中不可避免地出现能量耗散现象,能量耗散符合热力学第二定律
6.[2024·重庆一中月考] 下列关于热力学定律和能量守恒定律的说法,正确的是 ( )
A.由于能量是守恒的,所以不需要节约能源
B.气体吸收热量的同时对外做功,内能可能不变
C.热量不能从低温物体传到高温物体
D.第二类永动机无法制成是因为违反了能量守恒定律
◆ 知识点三 能源是有限的
7.[2024·重庆八中月考] 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.能量耗散说明能量消失了
B.能量耗散不符合热力学第二定律
C.能量耗散过程中能量不守恒
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
8.[2024·深圳中学月考] 下列说法中正确的是( )
A.所有的能量守恒过程都能自发地发生
B.世界上有多种形式的能量,如煤、石油、生物能等都来自太阳辐射的能量
C.传热、摩擦生热和气体自由膨胀都是可逆过程
D.能的转化过程符合能量守恒定律,因此不会发生能源危机
9.(多选)下列说法正确的是 ( )
A.一定质量的理想气体放出热量,则分子平均动能一定减少
B.热力学第二定律是反映与热现象有关的宏观自然过程的方向性的定律
C.根据热力学第二定律可知,热机的效率不可能达到100%
D.一定质量的理想气体膨胀时对外界做了功,它的内能可能减少
10.[2024·兰州一中月考] 如图所示,两种不同的金属组成一个回路,接触头1置于热水杯中,接触头2置于冷水杯中,此时回路中电流计发生偏转,这是温差电现象,假设此过程电流做功为W,接触头1从热水中吸收的热量为Q1,冷水从接触头2吸收的热量为Q2, 根据热力学第二定律可得 ( )
A.Q1=W
B.Q1>W
C.Q1D.Q1+Q2=W
11.[2024·贵州贵阳一中月考] 我们绝不会看到一个放在水平地面上的物体,靠降低温度可以把内能自发地转化为动能而运动起来.其原因是 ( )
A.这违反了能量守恒定律
B.在任何条件下内能都不可能转化成机械能,只有机械能才会转化成内能
C.机械能和内能的转化过程具有方向性,内能转化成机械能是有条件的
D.以上说法均不正确
12.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,缸外环境保持恒温,活塞与汽缸壁的接触面是光滑的,且不漏气.现通过活塞杆使活塞缓慢地向右移动,这样气体将等温膨胀对外做功.关于此过程,下列说法中正确的是 ( )
A.气体是从单一热源吸热,并全部用来对外做功,因此该过程违反热力学第二定律
B.气体是从单一热源吸热,但并未全部用来对外做功,所以该过程违反热力学第二定律
C.气体是从单一热源吸热,并全部用来对外做功,但此过程不违反热力学第二定律
D.以上说法都不对
13.[2024·云南昆明一中月考] 如图所示为斯特林发动机玩具,在酒精灯加热情况下,汽缸内的活塞往复运动,通过传动轴带动飞轮持续转动,则 ( )
A.活塞压缩气体时,气体的压强与体积成反比
B.气体膨胀时,气体的体积与热力学温度成正比
C.发动机工作时,气体吸收的热量大于对外做功
D.气体能从单一热源吸热并全部用来对外做功而不引起其他变化
14.[2024·江苏扬州中学月考] 压缩空气储能(CAES)是一种利用压缩空气来储存能量的新型储能技术,绝热压缩空气储能方式是压缩空气并将产生的热能储存在各种介质当中,比如混凝土、石头、矿洞矿石中等.需要发电的时候让压缩空气推动发电机工作,这种方式能够将压缩空气储能的效率提升.对于上述过程的理解,下列说法正确的是 ( )
A.绝热压缩空气,分子平均动能不变
B.绝热压缩空气,温度升高,气体内能一定增大
C.该方式能够将压缩空气储能的效率提升到100%
D.压缩空气推动发电机工作,是气体对外做功,内能增大
15.[2024·湖南文昌中学月考] 汽车内燃机汽缸内汽油燃烧时,气体体积膨胀推动活塞对外做功,已知在某次对外做功的过程中汽油燃烧释放的化学能为1×103 J,因尾气排放、汽缸发热等对外散失的热量为2.5×102 J,则:
(1)该内燃机对外所做的功为多少
(2)该内燃机的效率为多少
(3)随着科技的进步,不断设法减小热量损失,则内燃机的效率不断提高,效率有可能达到100%吗 为什么 (共75张PPT)
4 热力学第二定律
学习任务一 热力学第二定律
学习任务二 热力学第一定律和热力学第二定律的比较和应用
学习任务三 能源是有限的
素养提升
随堂巩固
◆
练习册
备用习题
学习任务一 热力学第二定律
［物理观念］ 热现象中的方向性
(1) 传热具有方向性:两个温度不同的物体相互接触时,热量会自发地从__________传给__________,而低温物体不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________________,因而产生其他影响或引起其他变化.
高温物体
低温物体
借助外界的帮助
(2) 物质的扩散现象具有方向性:两种不同的物质可以自发地进入对方,最后成为均匀的混合物质,但这种均匀的混合物质不会自发地分开而成为两种不同的物质.
(3) 有摩擦的机械运动具有方向性:物体在水平面上运动,因摩擦而逐渐停止,但不可能出现物体吸收原来传递出去的______后在地面上重新运动起来.
热量
(4) 气体的膨胀具有方向性:气体可以自发地向真空容器中膨胀,但不可能出现气体________从容器中流出而使容器变为真空.
(5) 一切与热现象有关的宏观自然过程都是________的.
自发地
不可逆
［教材链接］ 阅读教材“热力学第二定律”相关内容,完成下列填空:
(1) 热力学第二定律的两种表述
① 克劳修斯表述:热量不能________从低温物体传到高温物体.表述阐述的是______的方向性.
② 开尔文表述: 不可能从单一热库吸收______,使之完全变成____,而不产生其他影响.该表述阐述了__________________的方向性.
自发地
传热
热量
功
机械能与内能转化
(2)热机
①热机工作时从高温热库吸收的热量，只有一部分用来做功，转变为机械能，另一部分热量要排放给低温热库，故.
②即使没有漏气和摩擦，也没有机体热量的损失，燃料产生的热量也不可能完全转化成机械能，工质吸收的热量不会全部变成功，即热机效率不可能达到.
(3) 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.
等价
例1 (多选)[2024·山东烟台二中月考] 根据热力学定律，下列说法正确的是( )
A.电冰箱的工作表明，热量可以从低温物体向高温物体传递
B.空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量
C.科技的不断进步使得人类有可能生产出从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化的热机
D.即使没有漏气、摩擦、不必要的散热等损失，热机也不可以把燃料产生的内能全部转化为机械能
√
√
√
[解析] 热量可以在外界做功的情况下从低温物体向高温物体传递，但不能自发进行，故A正确；
空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量，故
B正确；
不可能从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化，故C错误；
根据热力学第二定律，即使没有漏气、摩擦、不必要的散热等损失，热机也不可以把燃料产生的内能全部转化为机械能，故D正确.
【要点总结】
1.对热力学第二定律的理解
(1) “自发地”过程就是在不受外界干扰的条件下进行的自然过程.
(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)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.
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,进而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.
学习任务二 热力学第一定律和热力学第二定律的比较和应用
［物理观念］
(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
不需要任何动力或燃料却可以源源不断地对外做功的机器 从单一热源吸热,全部用来对外做功而不引起其他变化的机器
违背能量守恒定律,不可能实现 不违背能量守恒定律,但违背热力学第二定律,不可能实现
［科学态度与责任］ 地球上有大量的,它的总质量约为,如果这些海水的温度降低,将要放出的热量,这相当于1800万个功率为100万千瓦的核电站一年的发电量,这么巨大的能量,人们却不去开发研究是因为这种利用海水的内能发电的过程,违背了________________,不会研究成功.
热力学第二定律
例2 [2020·全国卷Ⅱ] 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中汽油的化学能转化为热机的机械能和内能，符合热力学第一定律
中冷水倒入保温杯，若冷水和杯子的温度都降低，内能都变小，无其他力做功，能量消失，违背了热力学第一定律
中热机工作时，从高温热源吸收的热量不可能全部转化为功，效率不可能达到，违背了热力学第二定律
中冰箱可以通过做功从箱内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.
变式 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转化的规律，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] 热力学第一定律是能量守恒在热现象中的体现，而热力学第二定律则指出内能和其他形式的能发生转化的方向性，两者并不矛盾，选项A、C、D错误，B正确.
【要点总结】
热力学第一定律和热力学第二定律是构成热力学知识的理论基础,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.
(1)热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的一种表述形式,对自然过程没有任何限制，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：第一类永动机不可能制成.
(2)热力学第二定律揭示了有关热的物理过程都具有方向性，明确哪些过程可以自发地进行,哪些过程必须借助于外界条件才能进行.告诫人们：第二类永动机不可能制成.
学习任务三 能源是有限的
［教材链接］ 阅读教材“能源是有限的”相关内容，完成下列填空：
(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______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不变，但能量的______下降了，______减少了.
高品质
内能
品质
能源
例3 关于能量和能源，下列说法正确的是( )
A.在能源利用的过程中，能量在数量上并未减少
B.由于自然界中总的能量守恒，所以不需要节约能源
C.能量耗散说明能量在转化过程中不断减少
D.人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造
[解析] 根据能量守恒定律可知，在能源使用过程中，能量在数量上并未减少，A正确，C错误；
虽然总能量不会减少，但是由于能量的品质降低，无法再利用，故还需要节约能源，B错误；
根据能量守恒定律可知，能量不会被创造，也不会消失，D错误.
√
【要点总结】
能量与能源的区别
(1)自然界中的能量是守恒的，既不会增加也不会减少.
(2)能量耗散是能量从高品质能源向低品质能量转化的过程.
(3)能量总量不变，但能量的品质会下降即能源减少，故我们要节约能源.
素养提升
熵与熵增加原理
熵用来描述一个系统的无序程度.根据熵的含义，热力学系统处于非平衡态时的分子热运动有一定的有序性，因此，其熵值较小；当其达到平衡态后，其分子热运动的无序性达到极高程度，其熵值达到最大值.
从微观角度看，热力学第二定律是一个统计规律：对于不与外界进行物质和能量交换的一个孤立热力学系统而言，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，一个孤立系统总的熵值总是不减少的，这就是熵增加原理，也就是热力学第二定律的另一种表述形式.熵增加原理的适用对象是孤立系统，如果是非孤立系统，熵有可能减少.
示例 [2024·浙江杭州四中期末] 下面关于熵的说法错误的是( )
A.熵是物体内分子运动无序程度的量度
B.在孤立系统中，一个自发的过程熵总是向减少的方向进行
C.热力学第二定律的微观实质是熵是增加的
D.熵值越大，代表系统分子运动越无序
[解析] 熵是分子运动无序程度的量度，熵越大，分子运动无序程度越大，故A、D正确；
孤立系统中发生的任何实际过程，其能量的总值保持不变，而其熵值是增加的，故B错误，C正确.
√
1. (多选)倒一杯热水,然后加入适量的糖后,糖会全部溶于水中,但一段时间后又观察到杯底部有糖结晶.关于这个过程,下列叙述正确的是( )
A.溶解过程是自发的,结晶过程也是自发的,因此热力学第二定律是错误的
B.溶解过程是有序向无序转变的过程
C.结晶过程是有序向无序转变的过程
D.结晶过程不是自发的,因为有外界的影响
[解析]溶解过程是自发的,是有序向无序转变的过程;结晶过程不是自发的,通常是由于水温降低或水的蒸发引起,是由无序向有序的转变过程,故选项B、D正确,选项A、C错误.
√
√
2. 17世纪70年代,英国赛斯特城的约翰·维尔金斯设计了一种磁力“永动机”,如图所示,在斜坡顶上放一块强有力的磁铁,斜坡上端有一个小孔,斜坡下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道,维尔金斯认为:如果在斜坡底端放一个小铁球,那么由于磁铁的吸引,小铁球就会向上运动,当小球运动到小孔P处时,它就要掉下,再沿着斜坡下的弯曲轨道返回斜坡底端Q,由于有速度而可以对外做功,然后又被磁铁吸引回到上端,到小孔P处又掉下.下列关于维尔金斯“永动机”,正确的认识应该是( )
A.满足能量守恒定律,所以可能实现
B.如果忽略斜坡的摩擦,维尔金斯“永动机”一定可以实现
C.如果忽略斜坡的摩擦,铁球质量较小,磁铁磁性又较强,
则维尔金斯“永动机”可以实现
D.违背能量守恒定律,不可能实现
√
[解析]维尔金斯“永动机”不可能实现,因为它违背了能量守恒定律.铁球上升过程中,磁场力对铁球做正功,使铁球增加了机械能;但铁球下落时,同样也受到磁场力,而且磁场力做负功,这个负功与上升过程的正功相互抵消,可见,维尔金斯“永动机”不可能源源不断向外提供能量,所以,维尔金斯“永动机”不可能实现.故选D.
3.下列说法正确的是 ( )
A.第二类永动机不可能制成的原因是违背能量守恒定律
B.热力学第二定律可表述为所有与热现象有关的宏观过程都具有方向性
C.因为能量守恒,所以能源危机是不可能的
D.摩擦力做功的过程,必定有机械能转化为内能
√
[解析] 第二类永动机不可能制造成功的原因是违背热力学第二定律,但不违背能量守恒定律,选项A错误;
热力学第二定律可表述为所有与热现象有关的宏观过程都具有方向性,选项B正确;
能量的使用过程中虽然能的总量保持不变,但能量的品质下降了,故要节约能源,选项C错误;
静摩擦力做功的过程,没有机械能转化为内能,选项D错误.
4. (多选)关于第二类永动机,下列说法正确的是 ( )
A.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,这样的热机叫作第二类永动机
B.第二类永动机违反了能量守恒定律,所以不可能制成
C.第二类永动机不可能制成,说明机械能可以全部转化为内能,内能却不可能全部转化为机械能
D.第二类永动机不可能制成,说明机械能可以全部转化为内能,内能却不可能全部转化为机械能,同时不引起其他变化
√
√
[解析]根据第二类永动机的定义可知,选项A正确;
第二类永动机不违反能量守恒定律,但是违反热力学第二定律,选项B错误;
机械能可以全部转化为内能,内能在引起其他变化时也可以全部转化为机械能,选项C错误,选项D正确.
5.下列过程中,可能实现的是 ( )
A.水的温度自动下降时释放的内能全部转化为机械能
B.内燃机汽缸内气体的内能全部转化为机械能
C.在粗糙水平面上运动的物体,它的动能转化为内能,使物体温度升高
D.静止在光滑水平面上的物体,温度降低时释放的内能可以转化为物体的动能,使物体运动起来
√
[解析]根据能量转化和转移的方向性可知,物体温度下降释放的内能不可能在不引起其他变化的情况下完全转化为机械能,故A、B错误;
在粗糙水平面上运动的物体,它的动能会转化为内能,使物体温度升高,故C正确;
静止在光滑水平面上的物体,温度降低时释放的内能在非特定的情况下会向周围释放,并不会使物体运动起来,故D错误.
1.(热现象的方向性)[2024·河南郑州一中月考] 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.凡是符合能量守恒定律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；
符合能量守恒定律的过程具有单向性，一般是不可逆的，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；
空调既能制冷又能制热，并不能说明传热不存在方向性，故D错误.
√
2.(热力学第二定律)[2024·湖北宜昌一中月考] 关于热力学第二定律，下列说法正确的是( )
A.热力学第二定律是通过实验总结出来的实验定律
B.热力学第二定律是通过大量自然现象的不可逆性总结出来的经验定律
C.热力学第二定律是物理学家从理论推导出来的结果
D.热力学第二定律没有理论和实验的依据，因此没有实际意义
√
[解析] 热力学第二定律是物理学家通过对大量自然现象的分析，又总结了生产和生活经验得到的结论，是一个经验定律，它并不能通过理论和实验来证明，但它符合客观事实，因此是正确的，它揭示了热现象宏观过程的方向性，使人们认识到第二类永动机不可能制成，对我们认识自然和利用自然有着重要的指导意义，故B正确.
3.(热力学定律的应用)(多选)某校中学生参加中央电视台“异想天开”栏目的活动，他们提出了下列四个设想方案.从理论上讲可行的方案是( )
A.城市上空的气温比周围环境要高，利用城市上空的热源来进行发电
B.在繁华的马路上设计一种装置，使行人走路时的一部分能量转化为电能
C.将屋顶都盖上太阳能板，可用太阳能来解决家庭照明和热水供应问题
D.想办法使汽车尾气中的各类有害气体自发地分离开，再将干净的气体排到空气中
√
√
√
[解析] 由于城市上空的气温比周围环境要高，因此可以根据“热岛效应”进行发电，故A正确；
根据热力学第二定律知道，在不产生其他影响时，可以设计一种装置使行人走路时的一部分能量转化为电能，故B正确；
太阳能是目前非常有效的清洁能源，可通过太阳能电池将太阳能转化为电能再加以利用，故C正确；
有害气体和其他各类气体是自发地混合在一起的，而无法自发地分离，如果要进行分离则必须借助外力，故D错误.
4.(热力学定律的应用) (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.电冰箱的工作原理违背热力学第一定律
D.电冰箱除了将热量从低温热库传到高温热库外，工作过程中所产生的其他影响，无论用任何办法都不可能加以消除
√
√
[解析] 热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律，是能量守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，故C错误；
根据热力学第二定律，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，必须借助于其他系统做功，故A错误，B正确；
压缩机工作时会发热，将一部分电能转化为内能消耗掉，这种影响没法消除，故D正确.
5.(能量与能源)[2024·广东佛山一中月考] 下列说法中正确的是()
A.自然界的能量总和是守恒的，因此节约能源毫无意义
B.能量被使用后就消失了,所以要节约能源
C.能源在使用过程中虽然能量的总量保持不变，但能量的品质下降了，所以要节约能源
D.能量耗散说明自然界的能量在不断减少
√
[解析] 自然界的能量总和是守恒的，能量不会减少，也不会消失，但有些能量使用以后品质下降，不可能再被利用，人类可以利用的能源是有限的，节约能源不仅能使我们长久利用能源，而且可以减小常规能源在使用中带来的污染，节约能源对人类社会的发展有很大的意义，故A、B、D错误，C正确.
练 习 册
知识点一 热力学第二定律
1.(多选)[2024·山东烟台二中月考] 下列说法正确的是( )
A.不可以从单一热源吸热使之完全变成功
B.机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部转为机械能，但要引起其他变化
C.热机的效率不能达到
D.通过降低海水温度所释放出来的能量可以供人类使用，从而起到节约能源的作用
√
√
[解析] 在引起其他变化的情况下，可以从单一热源吸热使之完全变成功，A错误；
机械能可以全部转化为内能，内能在引起其他变化时也可以全部转化为机械能，B正确；
热机的效率不能达到，C正确；
降低海水温度所需要的能量比释放出来的能量多，不能起到节约能源的作用，D错误.
2.(多选)下列关于热机的说法中正确的是( )
A.热机是把内能转化成机械能的装置
B.热机是把机械能转化为内能的装置
C.只要对内燃机不断进行革新，它就可以把气体的内能全部转化为机械能
D.即使没有漏气，同时没有摩擦等能量损失，内燃机也不能把内能全部转化为机械能
[解析] 由热机的定义我们可以判断，选项A正确，B错误;
内燃机在工作时内能的损失有多种途径，所以内燃机不可能把内能全部转化为机械能，选项C错误，D正确.
√
√
3.(多选)[2024·湖南长郡中学月考] 下列宏观过程能用热力学第二定律解释的是( )
A.大米和小米混合后，小米能自发地填充到大米空隙中，经过一段时间，大米、小米不会自动分开
B.一滴红墨水滴入一杯清水中，会均匀扩散到整杯水中，经过一段时间，墨水和清水不会自动分开
C.冬季的夜晚，随着气温的降低，放在室外的物体不会将内能自发地转化为机械能而动起来
D.随着节能减排措施的不断完善，最终也不会使汽车热机的效率达到
√
√
√
[解析] 热力学第二定律反映的是与热现象有关的宏观自然过程的方向性的规律，选项A不属于热现象，A错误；
由热力学第二定律，可知B、C、D正确.
知识点二 热力学第一定律和热力学第二定律的比较和应用
4.(多选)下列说法中正确的是( )
A.有三个系统、、,若与内能相等,与内能相等,则根据热平衡定律可知,与接触时一定不会发生热交换
B.热量可以从低温物体传递到高温物体
C.自然界的能量是守恒的,所以我们可以不必节约能源
D.一定质量的理想气体经过绝热压缩,其内能一定增大
√
√
[解析] 热平衡状态对应两物体的温度相同,但两物体内能相同时,温度不一定相同,故A错误;
热量可以从低温物体传递到高温物体,例如电冰箱,但需要消耗能量,故
B正确;
自然界中有的能量便于利用,有的不便于利用,因此要节约能源,故C错误;
一定质量的理想气体经过绝热压缩,外界对气体做功,由热力学第一定律可知,气体的内能增大,故D正确.
5.(多选)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.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
B.凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，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
C.第二类永动机违反了热力学第二定律，没有违反热力学第一定律
D.热现象过程中不可避免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，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A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B错误；
第二类永动机没有违反能量守恒定律，热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的反映，因此第二类永动机没有违反热力学第一定律，不能制成是因为它违反了热力学第二定律，故C正确；
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.
6.[2024·重庆一中月考] 下列关于热力学定律和能量守恒定律的说法，正确的是( )
A.由于能量是守恒的，所以不需要节约能源
B.气体吸收热量的同时对外做功，内能可能不变
C.热量不能从低温物体传到高温物体
D.第二类永动机无法制成是因为违反了能量守恒定律
√
[解析] 虽然能量守恒，但可利用的资源是有限的，需要节约能源，故A错误；
由热力学第一定律可知气体吸收热量的同时对外做功，内能可能不变,故B正确；
根据热力学第二定律说明热量不能自发地从低温物体传递到高温物体，但若通过外力做功是可以把热量从低温物体传到高温物体的，例如冰箱制冷，故C错误；
第二类永动机无法制成是违反了热力学第二定律，故D错误.
知识点三 能源是有限的
7.[2024·重庆八中月考] 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.能量耗散说明能量消失了
B.能量耗散不符合热力学第二定律
C.能量耗散过程中能量不守恒
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
√
[解析] 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，其满足能量守恒定律，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，能量耗散反映出涉及热运动的宏观过程都具有方向性，A、B、C错误，D正确.
8.[2024·深圳中学月考] 下列说法中正确的是( )
A.所有的能量守恒过程都能自发地发生
B.世界上有多种形式的能量，如煤、石油、生物能等都来自太阳辐射的能量
C.传热、摩擦生热和气体自由膨胀都是可逆过程
D.能的转化过程符合能量守恒定律，因此不会发生能源危机
√
[解析] 与热现象有关的能量守恒过程，还要满足热力学第二定律，才能自发地发生，A错误；
世界上有多种形式的能量，如煤、石油、生物能等都来自太阳辐射的能量，B正确；
传热、摩擦生热和气体自由膨胀都是不可逆过程，C错误；
能的转化过程符合能量守恒定律，但能量的形式发生改变，可以利用的能量越来越少，因此会发生能源危机，D错误.
9.(多选)下列说法正确的是( )
A.一定质量的理想气体放出热量，则分子平均动能一定减少
B.热力学第二定律是反映与热现象有关的宏观自然过程的方向性的定律
C.根据热力学第二定律可知，热机的效率不可能达到
D.一定质量的理想气体膨胀时对外界做了功，它的内能可能减少
√
√
√
[解析] 根据热力学第一定律可知，一定质量的理想气体放出热量，为负值，但若外界同时对气体做功，为正，则其内能不一定减少，分子平均动能不一定减少，A错误；
热力学第二定律是反映与热现象有关的宏观自然过程的方向性的定律，
B正确；
由热力学第二定律的开尔文表述可知热机的效率不可能达到，C正确；
一定质量的理想气体膨胀时对外界做功，为负值，当吸热时内能减少，当吸热时内能增加，当吸热时内能不变，故它的内能可能减少，D正确.
10.[2024·兰州一中月考] 如图所示，两种不同的金属组成一个回路，接触头1置于热水杯中，接触头2置于冷水杯中，此时回路中电流计发生偏转，这是温差电现象，假设此过程电流做功为，接触头1从热水中吸收的热量为，
A. B. C. D.
冷水从接触头2吸收的热量为，根据热力学第二定律可得( )
√
[解析] 根据热力学第二定律，可知不可能从单一热源吸收热量使之全部用来做功，而不产生其他影响，所以从热水中吸收的热量应该大于电流做的功，即，故A错误，B正确；
根据能量守恒定律和热力学第二定律，可知从热水中吸收的热量转化成了两部分，一部分是电能，另一部分是冷水吸收的热量，即，故C、D错误.
11.[2024·贵州贵阳一中月考] 我们绝不会看到一个放在水平地面上的物体，靠降低温度可以把内能自发地转化为动能而运动起来．其原因是( )
A.这违反了能量守恒定律
B.在任何条件下内能都不可能转化成机械能，只有机械能才会转化成内能
C.机械能和内能的转化过程具有方向性，内能转化成机械能是有条件的
D.以上说法均不正确
√
[解析] 此现象说明了机械能和内能之间转化的方向性，并不违反能量守恒定律，因此，C正确，A、B、D错误．
12.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，缸外环境保持恒温，活塞与汽缸壁的接触面是光滑的，且不漏气.现通过活塞杆使活塞缓慢地向右移动，这样气体将等温膨胀对外做功.关于此过程，下列说法中正确的是( )
A.气体是从单一热源吸热，并全部用来对外做功，因此该过程违反热力学第二定律
B.气体是从单一热源吸热，但并未全部用来对外做功，所以该过程违反热力学第二定律
C.气体是从单一热源吸热，并全部用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律
D.以上说法都不对
[解析] 从单一热源吸热，并全部用来对外做功，可通过引起其他变化(消耗其他形式的能量)来实现，并不违反热力学第二定律，故选项C正确.
√
13.[2024·云南昆明一中月考] 如图所示为斯特林发动机玩具，在酒精灯加热情况下，汽缸内的活塞往复运动，通过传动轴带动飞轮持续转动，则( )
A.活塞压缩气体时，气体的压强与体积成反比
B.气体膨胀时，气体的体积与热力学温度成正比
C.发动机工作时，气体吸收的热量大于对外做功
D.气体能从单一热源吸热并全部用来对外做功而不引起其他变化
√
[解析] 可把汽缸内的气体看成理想气体，当活塞压缩气
体时，气体温度要发生变化，根据可知，只有当
气体的温度不变时，气体的压强才与体积成反比，故A错误；
气体膨胀时，气体压强要发生变化，根据可知，只有当气体的压强不变时，气体的体积才与热力学温度成正比，故B错误；
发动机工作时，气体从外界吸收热量温度升高，内能增加，且气体同时对外做功，可知吸收的热量大于对外做的功，故C正确；
根据热力学第二定律可知，气体不可能从单一热源吸热并全部用来对外做功而不引起其他变化，故D错误.
14.[2024·江苏扬州中学月考] 压缩空气储能是一种利用压缩空气来储存能量的新型储能技术，绝热压缩空气储能方式是压缩空气并将产生的热能储存在各种介质当中，比如混
凝土、石头、矿洞矿石中等.需要发电的时候让压缩空气推动发电机工作，这种方式能够将压缩空气储能的效率提升.对于上述过程的理解，下列说法正确的是( )
A.绝热压缩空气，分子平均动能不变
B.绝热压缩空气，温度升高，气体内能一定增大
C.该方式能够将压缩空气储能的效率提升到
D.压缩空气推动发电机工作，是气体对外做功，内能增大
√
[解析] 绝热压缩空气前后，温度升高，分子平均动能增大，选项A错误;
绝热压缩空气，温度升高，气体内能一定增大，选项B正确;
压缩空气储能的过程涉及热运动的能量转换过程，任何转换过程效率都不可能达到，选项C错误;
压缩空气膨胀推动发电机工作，是气体体积增大对外做功，内能减少，选项D错误．
15.[2024·湖南文昌中学月考] 汽车内燃机汽缸内汽油燃烧时，气体体积膨胀推动活塞对外做功，已知在某次对外做功的过程中汽油燃烧释放的化学能为，因尾气排放、汽缸发热等对外散失的热量为，则：
(1) 该内燃机对外所做的功为多少
[答案]
[解析] 根据热机原理，得
15.[2024·湖南文昌中学月考] 汽车内燃机汽缸内汽油燃烧时，气体体积膨胀推动活塞对外做功，已知在某次对外做功的过程中汽油燃烧释放的化学能为，因尾气排放、汽缸发热等对外散失的热量为，则：
(2) 该内燃机的效率为多少
[答案]
[解析] 根据热机的效率的定义，得
15.[2024·湖南文昌中学月考] 汽车内燃机汽缸内汽油燃烧时，气体体积膨胀推动活塞对外做功，已知在某次对外做功的过程中汽油燃烧释放的化学能为，因尾气排放、汽缸发热等对外散失的热量为，则：
(3) 随着科技的进步，不断设法减小热量损失，则内燃机的效率不断提高，效率有可能达到吗 为什么
[答案] 见解析
[解析] 效率不可能达到，因为无论如何，我们不可能把热量损失减小至零.
