第4节 热力学第二定律 课件-2025-2026学年高二下学期物理选择性必修第三册（32页PPT）

(共32张PPT)
第三章 热力学定律
第4节 热力学第二定律
图解课标要点
_______________________________ 将一滴黑色颜料滴进一杯清水中，颜料会自发地在清水中扩散，直到它们均匀 地分散在水中为止。而分散开的颜料不能自发地重新聚集成颜料滴，使杯子中的水 又变成清水。这类现象揭示出什么物理规律呢？ 学思用·典例详解
例1-1 （多选）关于自然过程的方向性，下列说法正确的是( )
CD
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.实际的宏观自发过程都具有“单向性”或“不可逆性”
D.气体的自由膨胀是不可逆过程
【解析】机械能和内能的转化过程具有方向性，所以摩擦生热的过程是不可逆的，
故A错误。实际的宏观自发过程都符合能量守恒定律，具有“单向性”或“不可逆性”，
故B错误，C正确。气体自由膨胀的过程具有方向性，是不可逆过程，故D正确。
例2-2 （多选）根据热力学第二定律分析，下列说法正确的是( )
BC
A.热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体
B.热量能够从高温物体传到低温物体，也可以从低温物体传到高温物体
C.机械能可以全部转化为内能
D.内能可以全部转化为机械能而不引起其他变化
【解析】根据热传导的规律可知，热量可以自发地从高温物体传到低温物体，却不
能自发地（不需要外界帮助）从低温物体传到高温物体,但是如果借助外界的帮助，
热量可以从低温物体传到高温物体，故A错误，B正确；机械能可以全部转化为内能
（【举例】如一个运动物体克服摩擦力做功且最终停止运动时，机械能全部转化为
内能。），但内能无法全部转化为机械能而不引起其他变化，故C正确，D错误。
. .
例2-3 [教材第63页“练习与应用”第2题改编](2025·江苏南通期中)下列现象中，遵循
能量守恒定律但违反热力学第二定律的是( )
D
A.一杯热茶自然放置，茶水会慢慢冷却
B.蒸汽机把蒸汽的部分内能转化成机械能
C.电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体
D.通过降低海水温度的方法就可以得到大量的能量用来发电从而解决能源短缺的问题
【解析】传热具有方向性，热量能自发地从高温物体传到低温物体，故一杯热茶自
然放置，茶水会慢慢冷却，遵循热力学第二定律，故A不符合题意；根据热力学第
二定律知，蒸汽机的能量损失不可避免，只能把蒸汽的部分内能转化为机械能，故B
不符合题意；电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体，但此过程中
消耗了电能，所以不违反热力学第二定律，故C不符合题意；根据热力学第二定律知，
不可能从单一热源吸收热量并转化为功而不引起其他的变化，利用降低海水温度放
出大量的热量来发电，降低海水温度的过程，消耗的能源更多，不能解决能源短缺
的问题，故D符合题意。
【学会了吗丨变式题】
1.日常生活中使用的燃油汽车，其动力来源于发动机内部的汽缸，在汽缸内，通过
气体燃烧将气体的内能转化为机械能，下列说法正确的是( )
B
A.现代汽车技术已经非常先进，能够使气体燃烧释放的热量全部转化成机械能
B.气体燃烧过程符合热力学第二定律，内能无法全部用来做功以转化成机械能
C.气体燃烧释放的热量没有全部转化为机械能，故该过程不符合热力学第一定律
D.发动机工作时，若没有漏气和摩擦，也没有发动机的热量损失，则气体燃烧产生
的热量能够完全转化成机械能
【解析】
选项 分析 正误
A
B 气体燃烧过程符合热力学第二定律，内能无法全部用来做功以转化成 机械能。 √
C 气体燃烧释放的热量虽然没有全部转化为机械能，但该过程符合热力 学第一定律。
D 发动机工作时，就算没有漏气和摩擦，也没有发动机的热量损失，气 体燃烧产生的热量也不能完全转化成机械能。
例3-4 下列现象属于能量耗散的是( )
D
A.利用水能发电将水能转化为电能 B.电池的化学能转化为电能
C.电流通过电阻丝将电能转化为光能 D.火炉把房子烤暖
【解析】能量耗散是指其他形式的能转变为内能，最终流散在周围环境中无法重新
收集并加以利用的过程。本题中的电能、光能都可以重新收集并加以利用。火炉把
房子烤暖使燃料的化学能转变成内能并流散在周围的环境中，难以重新收集并加以
利用，是能量耗散。故本题选D。
例4-5 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( )
B
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，两者相互矛盾
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.两条定律没有本质区别
D.能量守恒定律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量之间的转化关系，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量
转化时的方向性，二者表述的角度不同，本质不同，相互补充，并不矛盾，B正确,A、
C、D错误。
明考向·出题考法
例6 下列关于熵的说法错误的是( )
B
A.熵是系统无序程度的量度
B.在孤立系统中，一个自发的过程总是向熵减少的方向进行
C.热力学第二定律的微观实质是孤立系统总是向熵增大的状态发展
D.熵值越大，代表系统分子运动越无序
【解析】熵是系统无序程度的量度，熵越大，系统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，而其熵值不会减
少，故B错误，C正确。
方法帮 解题课丨关键能力构建
题型1 热力学第二定律的应用
例7 [链接教材第60页“思考与讨论”]（多选）如图3-4-2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( )
BC
图3-4-2
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一定律
D.电冰箱的工作原理违反热力学第一定律
思路点拨 热力学第二定律的两种表述是判断有关热学过程能否发生的关键依据。
【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，是能量守恒的
具体表现，适用于所有的热学过程，故C正确，D错误；根据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，必须借助于外界做功，A错误，B正确。
【学会了吗丨变式题】
2.（多选）下列宏观过程能用热力学第二定律解释的是( )
BCD
A.大米和小米混合后小米能自发地填充到大米空隙中，而经过一段时间大米、小米
不会自动分开
B.将一滴红墨水滴入一杯清水中，墨水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，放在室外的物体随气温的降低，不会将内能自发地转化为机械能而
动起来
D.虽然热机效率不断提高，但最终也不能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过程的方向性，A不属于热
现象，不符合题意；由热力学第二定律可知B、C、D符合题意。
题型2 有关热机效率的计算
例8 一辆汽车的发动机输出功率为，每小时消耗柴油 ，请计算发动机
的效率。柴油的热值为
【答案】
【解析】发动机每小时做的功
完全燃烧 柴油放出的热量
发动机的效率
代入数据解得 。
【学会了吗丨变式题】
3.有一台热机，每小时从热源甲吸收的热量，向热源乙放出 的
热量，热机传动部分产生的热量为从热源甲吸收热量的 ，其余热量用来做功，
求热机的输出功率和效率。
【答案】;
【解析】根据热机的工作原理知，热机在1小时内吸热 ，放热
，传动系统产生的热量 ，用于做功的能量为
。输出的
功率为，效率为 。
高考帮 考试课丨核心素养聚焦
考情揭秘 素养点击
基本考 查点 热力学第二定律的理解，能源相关问 题分析等。 1.明确自然界中宏观过程的方向
性，理解热力学第二定律的含
义，能理解自然界能量转化和转
移的方向性问题。
2.认识能源是有限的，关心社会发
展，关注能源安全，节约使用能
源，树立促进社会可持续发展的
责任意识。
热点及 难点 热力学第二定律与其他热学知识的综 合应用问题。 题型及 难度 主要是选择题或填空题，难度中等偏 易。 高考中 地位 热力学理论的重要基础，很少单独命 题。 考向 热力学第二定律与其他热学知识的综合应用
图3-4-3
例9 (湖南高考题，多选)利用“涡流效应”
可实现冷热气体的分离。如图3-4-3，一冷
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，从端流出，边缘部位气流从 端流出。下列说法正确的是( )
A.端为冷端， 端为热端
B.端流出的气体分子热运动平均速率一定小于 端流出的
C.端流出的气体内能一定大于 端流出的
D.该装置气体进出的过程满足能量守恒定律，但违背了热力学第二定律
E.该装置气体进出的过程既满足能量守恒定律，也满足热力学第二定律
本题以分离冷热气体的原理为背景考查分子动理论和热力学第二定律，能够拓展考
生的视野，考查考生读取信息的能力，体现了物理学科核心素养中的物理观念和科
学思维。
√
√
√
【解析】由题知，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，从 端
流出，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，中心部位气流与
分离挡板碰撞后反向，从端流出，根据温度是分子平均动能的标志可知， 端为热
端，端为冷端，端流出的气体分子热运动平均速率一定小于 端流出的，选项A、
B正确。气体的内能与温度、质量等因素有关，根据题述，不能确定两端流出气体的
质量关系，所以不能判断出两端流出气体的内能关系，选项C错误。该装置将冷热不
均的气体进行分离，喷嘴处有高压，即通过外界做功而实现，并非自发进行，不违
背热力学第二定律，选项D错误， 正确。
练习帮 习题课丨学业质量测评
A 基础练丨知识测评
建议时间：10分钟
1.关于热力学第二定律，下列说法不正确的是( )
A
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.自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性
C.热量不可能自发地从低温物体传递到高温物体
D.热机的效率不可能达到
【解析】第二类永动机不可能制成是因为违背了热力学第二定律，并没有违背热力
学第一定律，故A错误；自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，即
不可逆，故B正确；根据热力学第二定律知，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，故C正确；热力学第二定律可表述
为不可能从单一热源吸收热量，使之全部变成功而不产生其他影响，所以热机效率
不可能达到 ，故D正确。
2.（多选）根据热力学第二定律，下列说法正确的是( )
AD
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，能从单一热库吸收热量全部用来做功，而不引起
其他变化的热机是可以制成的
C.制冷系统可将冰箱里的热量传到外界较高温度的空气中而不引起其他变化
D.不可能使热量由低温物体传到高温物体，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，内能却不能全部转化为机械
能而不引起其他变化，选项A正确，B错误；热传导过程也具有方向性，热量能自发
地从高温物体传到低温物体，但要从低温物体传到高温物体，必然会引起其他变化
（【点拨】外界对系统做功），选项C错误,D正确。
. .
3.根据热学中的有关知识，判断下列说法错误的是( )
C
A.机械能可以全部转化为内能，内能也可以用来做功转化成机械能
B.自发的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的
C.第一类永动机违背能量守恒定律，但第二类永动机不违背能量守恒定律，所以随
着科技的进步和发展，第二类永动机可以被制造出来
D.空调既能制热又能制冷，说明在不自发的条件下，热量可以逆向传递
【解析】机械能可以全部转化为内能，内能也可以用来做功转化成机械能，故A正
确；根据热力学第二定律可知，与热现象有关的宏观过程都具有方向性，自发的热
传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的，故B正确；第一类永动机违背
能量守恒定律，第二类永动机违背热力学第二定律，都不可能被制造出来，故C错误；
根据热力学第二定律可知，热量不能自发地从低温物体传递给高温物体，但在一定
外界条件下可以实现，例如空调制冷时，压缩机工作，消耗电能，把热量从低温物
体传递给高温物体，故D正确。
4.(2025·湖北襄阳市第一中学月考)
全球能源互联网发展合作组织与国家气候中心2025年4月21日联合发布《2025年全球
新能源发电年景预测报告》。能源问题是当今世界最为重要的问题之一，热力学的
研究对能源利用率的提高起到了关键作用，为热机的设计与制造提供了足够的理论
支持。关于热机和热力学定律，以下表述正确的是( )
C
A.第二类永动机并没有违背能量守恒定律，故热机的效率可能达到
B.因为能量守恒，随着科技的发展，能量可以循环利用，从而可以解决能源危机问题
C.一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行
D.热力学第二定律可表述为“不可能使热量由低温物体传递到高温物体”
【解析】
选项 分析 正误
A
B 虽然能量守恒，但是使用后能源的品质降低，可利用的能源会越来越 少，能源危机仍然存在。
C 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。 √
D 热力学第二定律可表述为“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”。
B 综合练丨选考通关
建议时间：15分钟
5.热力学第二定律常见的表述方式有两种，其一是：热量不能自发地从低温物体传
到高温物体；其二是：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。第一种表述方式可以用图来表示，根据你对第二种表述的理解，如果也用
类似的示意图来表示，你认为下列示意图中正确的是( )
B
A. B. C. D.
【解析】由题图可知，使热量由低温物体传递到高温物体必伴随着制冷机的做功，即
不是自发的过程,对于第二种表述,热机工作时,从高温物体吸收热量,只有一部分用来对
外做功，转变为机械能,另一部分热量要传递给低温物体,故选项B正确,A、C、D错误。
6.将一件裙子放进死海，3年后它成了一件精美的艺术品（如图），
其形成原因是海水中的盐不断在衣服表面结晶。根据这一现象判
断，下列说法不正确的是( )
D
A.结晶过程看似是自发的，其实要受到环境的影响
B.结晶过程是无序向有序转变的过程
C.盐在溶解的过程中熵是增加的
D.这件艺术品被精心保存在充满惰性气体的密闭橱窗里，可视为孤立系统，经过很
长时间后，该艺术品的熵可能减小
【解析】结晶过程不是自发的，通常是由水温降低或水的蒸发引起的，受到环境的
影响，是由无序向有序的转变过程，故A、B正确；盐的溶解是自发的熵增加过程，
故C正确；孤立系统的熵永不减小，总是增大或者不变，故D错误。
7.(教材第63页“练习与应用”第3题改编)制冷机是一种利用工作物质，使热量从低温
物体传到高温物体的装置，通过制冷机可以使一定空间内的物体温度低于环境温度
并维持低温状态。夏天，将房间内一台正在工作的电冰箱的门打开，这能否降低室
内的平均温度？为什么？
【答案】不会 理由见解析
【解析】若将一台正在工作的电冰箱的门打开，尽管可以不断向室内释放冷气，但
同时冰箱的散热器向室内散热，就整个房间来说，由于外界通过电流不断输入能量，
室内的温度会升高。
8.有一种冷暖两用型空调，铭牌标注：输入功率，制冷能力 ，制
热能力。这样，该空调在制热时，每消耗电能，将放出约 的热
量，是指标错误或能量不守恒吗？
【答案】都不是，理由见解析
【解析】空调制冷（制热）靠压缩机做功，从室内（室外）吸收热量放到室外
（室内）。在制热时，放出的热量等于消耗的电能与从室外吸收的热量之和，完全
可以大于电能消耗。这既不违背热力学第一定律，也不违背热力学第二定律。