第4节 热力学第二定律
[学习目标要求] 1.知道一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。2.知道热力学第二定律的两种表述内容，并能运用该定律解决一些实际问题。3.了解自然界中的能量转化和转移，知道能量耗散的概念。
热力学第二定律
1．热现象的方向性：一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，即与热现象有关的宏观自然过程有方向性。
2．热力学第二定律的克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。阐述的是传热的方向性。
3．热力学第二定律的开尔文表述
(1)热机
①热机工作的两个阶段：第一个阶段是燃烧燃料，把燃料中的化学能变成工作物质的内能；第二个阶段是工作物质对外做功，把自己的内能变成机械能。
②热机用于做功的热量一定小于它从高温热库吸收的热量，即W(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)
4．热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是等价的。
5．热力学第二定律的实质：揭示了宏观自然过程的方向性。
[想一想]
一滴黑色颜料滴进一杯清水中扩散，整杯水将均匀地变黑。从系统的角度来看， 扩散之前是一种状态，扩散后是另一种状态。那么，水中扩散后的颜料能否自发地重新聚集在一起，而其余部分又变成清水？这说明了什么？
提示：不能，说明扩散有方向性。
能源是有限的
1．自然界的一切变化，人类社会的所有活动，都伴随着能量的转移和转化，能量在转移和转化过程中，总量是守恒的。
2．能量耗散：能源在利用过程中最后都转化为内能，不能再自动聚集起来加以利用的现象。
3．能源：具有高品质的容易利用的储能物质。
4．能量品质变化：能源的使用过程中虽然能的总量保持守恒，但能量的品质下降了，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。
[判一判]
(1)能量耗散使能量的总量减少，违背了能量守恒定律。(×)
(2)能量耗散是指散失在环境中的内能再也不能收集起来被人类利用。(√)
(3)各种形式的能量向内能的转化，是能够自动发生、全额发生的。(√)
(4)能量耗散导致能量品质的降低。(√)
学习任务一 热力学第二定律的理解及应用
[导学探究]
如图是热量在传递过程中的情景。
(1)在自然过程中热量是如何传递的？
(2)空调和冰箱是如何传递热量的？
提示：(1)热量由温度高的物体传递给温度低的物体，或由温度高的部分传递到温度低的部分。
(2)空调和冰箱可以通过电机做功，把热量从温度比较低的房间内或冰箱内传递到房间外或冰箱外。
[思维深化]
1．在热力学第二定律的表述中，几个关键词的含义
自发地 指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，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
不产生其他影响 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
单一热库 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，则构成系统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
不可能 热机或制冷机系统循环终了时，除了从单一热库吸收热量对外做功，以及热量从低温热库传到高温热库以外，过程所产生的其他一切影响，不论用任何的办法都不可能加以消除
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，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。
(多选)根据热力学第二定律，下列说法中正确的是( )
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：BC 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(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)，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。
[针对训练]
1. (多选)如图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二定律
解析：BC 热力学第一定律适用于所有的热学过程，C正确；由热力学第二定律可知，A、D错误，B正确。
学习任务二 热机与第二类永动机
[导学探究]
汽车和轮船上用的汽油机、柴油机，火力发电厂和核电站用的蒸汽轮机等都是热机。如图所示为汽车的发动机，请思考并回答下列问题。
(1)热机的工作过程是怎样的？
(2)热机工作时，汽缸(燃烧室)是它的高温热库，低温热库在哪里？
(3)第二类永动机为什么不可能制成？
提示：(1)热机从高温热库吸收热量，推动活塞做功，然后向低温热库放出热量。
(2)汽车发动机工作时低温热库就是汽缸外界空间中的大气。
(3)热力学第二定律揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，如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而不引起其他变化，进一步揭示了任何宏观自然过程都具有方向性，告诫人们：第二类永动机不可能制成。
[思维深化]
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．第二类永动机不可能制成的原因
违背了热力学第二定律(不违反能量守恒定律)。
3．第二类永动机不能制成的意义
(1)机械能可以全部转化成内能，但内能不能全部转化成机械能，而不产生其他影响。
(2)机械能和内能的转化具有方向性。
4．两类永动机的比较
分类 第一类永动机 第二类永动机
设计要求 不消耗任何能量，可以不断对外做功(或只给予很小的能量启动后，可以永远运动下去) 将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化(或只有一个热库，实现内能与机械能的转化)
不可能制成的原因 违背了能量守恒定律 违背了热力学第二定律
(多选)关于第二类永动机，下列说法正确的是( )
A．没有冷凝器，只有单一的热库，能将从单一热库吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化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：AD 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，所以选项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能全部转化为机械能，选项C错误，D正确。
[针对训练]
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________。(填正确答案字母)
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
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。
答案：B C
学习任务三 能源与能量耗散
[导学探究]
如图所示是两幅宣传节约能源的图片。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。
[思维深化]
1．能量耗散
自然界中集中度较高(即有序度较高)的能量，如机械能、电能、化学能，当它们变为环境的内能后，就成为更加分散的能量，没有办法把这些分散的内能重新变成品质高的能量加以利用，这样的现象叫作能量耗散。
2．能量品质的降低
能量耗散虽然不会使能量减少，却会导致能量品质的降低，它实际上将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式。煤、石油、天然气等能源储存着高品质的能量，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内能。内能较之机械能、电能、光能、核能等是一种低品质能量。
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，虽然能量的总量并不减少，但能量品质提升了
解析：C 根据能量守恒定律，能量是不能被创造的，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，虽然能量的总量并不减少，但能量品质降低了，选项D错误。
[针对训练]
3．(多选)关于能量和能量耗散，下列说法正确的是( )
A．能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中自发过程的方向性
B．能量耗散表明能源的利用是有条件的，也是有代价的
C．能量的总量守恒，不会消失，所以没有必要节约能源
D．能量之间可以相互转化，故能源循环利用很方便
解析：AB 能量守恒定律是普遍规律，能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的自发过程具有方向性，耗散过程中能量也是守恒的，故A正确；能量耗散表明能源的利用是有条件的，也是有代价的，如煤炭和石油燃烧会造成空气污染和温室效应，故B正确；能源不是能量，自然界总的能量是守恒的，但能源是有限的，需要节约能源，故C错误；能量之间可以相互转化，但是这种转化有方向性，耗散的能量很难再收集起来重新利用，故D错误。
1．(2025·江苏宿迁三模)“覆水难收”意指泼出去的水不能自发回到原来的状态，其蕴含的物理规律是( )
A．热平衡定律 B．热力学第一定律
C．热力学第二定律 D．机械能守恒定律
解析：C “覆水难收”蕴含的物理规律是熵增加原理，即热力学第二定律。
2．(多选)根据热力学第二定律可知，下列说法中正确的是( )
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，能将从单一热库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．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
D．如果没有摩擦、漏气等，热机效率可以达到100%
解析：AC 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，A选项正确，B选项错误；传热过程也具有方向性，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)，C选项正确；热机效率无法达到100%，D选项错误。
3．(多选)下列说法正确的是( )
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价的
解析：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，故选项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，互相独立，选项C正确；热力学第二定律的两种表述是等价的，选项D正确。
4．关于能量耗散，下列说法不正确的是( )
A．能量耗散导致能量的品质降低
B．能量耗散是指分散在环境中的内能很难被人类再回收利用
C．能量耗散使能量总量减少，违背了能量守恒定律
D．各种形式的能量在一定条件下向内能的转化，是能够全额发生的
解析：C 能量耗散是能量在转化过程中有一部分以内能的形式发散到周围环境中，使得能量品质降低，且耗散在环境中的内能很难被人类再利用，但能量耗散遵守能量守恒定律，另外，各种形式的能量在一定条件下向内能转化是能够全额发生的，故A、B、D正确，C错误。
[基础对点练]
对点练1 热力学第二定律的理解及应用
1．(多选)根据热力学第二定律，下列说法正确的是( )
A．热机中燃气的内能不可能全部变成机械能
B．电能不可能全部转变成内能
C．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部转变成电能
D．在热传递中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体
解析：ACD 凡是与热现象有关的宏观热现象都具有方向性。无论采用任何设备和手段进行能量转化，热机的效率不可能达到100%，故热机中燃气的内能不能全部转化为机械能，故A正确；由电流热效应中的焦耳定律可知，电能可以全部转化为内能，故B错误；火力发电机发电时，能量转化的过程为内能→机械能→电能，因为内能→机械能的转化过程中会对外放出热量，故燃气的内能必然不能全部变为电能，C正确；热量从低温物体传递到高温物体不能自发进行，必须借助外界的帮助，结果会带来其他影响，这正是热力学第二定律第一种(克氏)表述的主要思想，故D正确。
2．(多选)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，红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，不会由内能自发地转化为机械能而动起来
D．即使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%
解析：BCD 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项不属于热现象，A错误；由热力学第二定律可知B、C、D正确。
对点练2 热机与第二类永动机
3．下列说法正确的是( )
A．功可以完全转化为热量，而热量不可以完全转化为功
B．热机必须具有两个热库，才能实现热功转化
C．热机的效率不可能大于1，但可能等于1
D．热机的效率必定小于1
解析：D 开尔文表述没有排除热量可以完全转化为功，但必然要产生其他影响，A错误；开尔文表述指出，热机不可能只有单一热库，但未必就是两个热库，可以具有两个以上热库，B错误；由η＝可知，当Q2≠0时，η≠1，如果Q2＝0，则低温热库不存在，违背了开尔文表述，故C错误，D正确。
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．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：B 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。
对点练3 能源与能量耗散
5．(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：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。
6．下列现象属于能量耗散的是( )
A．水的机械能转化成电能
B．电能通过灯泡中的电阻丝转化为光能
C．电池的化学能转化为电能
D．火炉把房子烤暖
解析：D 能量耗散是指其他形式的能转化为内能，最终流散在周围环境中无法重新收集并加以利用的现象，能够重新收集并加以利用的转化过程不能称为能量耗散。本题中的电能、光能都可以重新收集并加以利用，如用光作为能源的手表等，当用电灯照明时的光能被墙壁吸收之后转化为周围环境的内能时，无法重新吸收并加以利用，但本题没有指出光能用来做什么，故不属于能量耗散，火炉把房子烤暖，使燃料的化学能转化成内能并流散在周围的环境中，无法重新收集并加以利用，属于能量耗散。故选项D正确。
[能力提升练]
7．下列说法中，能够发生且不违背热力学第二定律的是( )
A．一杯冷水自然放置，可以通过吸收空气中的热量变得比周围空气更热
B．将电冰箱放置在密闭的房间内，打开冰箱门让电冰箱工作，可以降低房间的温度
C．对蒸汽机不断革新，可以把蒸汽的内能尽量多地转化成机械能
D．利用降低海水温度放出大量的热量来发电，从而解决能源短缺的问题
解析：C 一杯冷水自然放置，可以通过吸收空气中的热量使得和周围的空气温度相同，而不可能变得比周围空气更热，选项A错误；由于和室外没有热交换，并且压缩机工作时其电路中也会因为有电阻而产生热量，即产生的热量大于制冷量，故室内温度不降反升，选项B错误；热机的效率不可能达到100%，但是对蒸汽机不断革新，可以把蒸汽的内能尽量多地转化成机械能，选项C正确；根据热力学第二定律，不可能从单一热库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，选项D错误。
8．下列关于热现象的描述正确的是( )
A．根据热力学定律，热机的效率可能达到100%
B．做功和传热都是通过能量转化的方式改变系统内能的
C．温度是描述热运动的物理量，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同
D．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
解析：C 根据热力学定律，热机的效率不可能达到100%，故A错误；做功是通过能量转化的方式改变系统内能，传热是通过能量转移的方式改变系统内能，实质不同，故B错误；达到热平衡的两系统温度相同，故C正确；由热力学第二定律知，热量能够自发地从高温物体传到低温物体，热量不可以自发地从低温物体传到高温物体，但在外界的影响下热量能从低温物体传到高温物体，故D错误。
9．如图所示，用两种不同的金属丝组成一个回路，接触点1插在一杯热水中，接触点2插在一杯冷水中，此时灵敏电流计的指针会发生偏转，这就是温差发电现象，根据这一现象，下列说法中正确的是( )
INCLUDEPICTURE "25R-61.TIF"
A．这一过程违反了热力学第二定律
B．这一过程违反了热力学第一定律
C．热水和冷水的温度将发生变化
D．这一过程违反了能量守恒定律
解析：C 任何宏观的实际热现象都符合热力学第二定律，故A错误；吸放热和做功均会改变内能，该过程没有违反热力学第一定律，故B错误；在实验过程中，热水内能减少，一部分转移到低温物体，一部分转化为电能，热水一定会降温，冷水一定会升温，故C正确；能量守恒定律是普遍性定律，在实验过程中，热水的内能部分转化成电能，电能也部分转化成冷水的内能，符合能量守恒定律，故D错误。
10．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
解析：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。
[尖子生选练]
11．(多选)如图是空气能热水器的工作原理示意图，它主要由储水箱、毛细管、蒸发器、压缩机、冷凝器等部件组成。制冷剂在毛细管、蒸发器、压缩机、冷凝器之间循环过程与我们所熟悉的电冰箱的制冷循环过程相同，其工作过程如下：
①液态制冷剂经过一段很细的毛细管缓慢地进入蒸发器，在蒸发器中迅速汽化，并从低温的空气中吸收热量。
②制冷剂汽化生成的蒸汽被压缩机压缩后变成高温高压的蒸汽进入冷凝器。
③在冷凝器中，高温高压的蒸汽将热量传递给水并发生液化。制冷剂以此不断循环流动，使水的温度不断上升。下列说法正确的是( )
A．空气能热水器实现了“热量由低温物体(空气)传向高温物体(水)”
B．空气能热水器中的水被加热是由电直接加热的
C．空气能热水器的工作原理不违反热力学第一定律
D．空气能热水器的制热系统能够不断地把空气的内能传给水，是因为其消耗了电能
解析：ACD 空气能热水器工作时将外界低温空气中的热收集起来然后通过压缩机再传给里面温度较高的水，使水的温度升高，故A、D正确，B错误；空气能热水器在工作时遵守热力学第一定律，故C正确。(共73张PPT)
第4节 热力学第二定律
[学习目标要求] 1.知道一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。2.知道热力学第二定律的两种表述内容，并能运用该定律解决一些实际问题。3.了解自然界中的能量转化和转移，知道能量耗散的概念。
课前预习·夯基固本
热力学第二定律
1．热现象的方向性：一切与热现象有关的宏观自然过程都是____________的，即与热现象有关的宏观自然过程有_________性。
2．热力学第二定律的克劳修斯表述：热量不能_________地从______温物体传到______温物体。阐述的是传热的_________性。
知识点一
3．热力学第二定律的开尔文表述
(1)热机
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____________变成工作物质的_________；第二个阶段是工作物质对外_________，把自己的内能变成____________。
②热机用于做功的热量一定_________它从高温热库吸收的热量，即W______Q。
(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__________________，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)
4．热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是_________的。
5．热力学第二定律的实质：揭示了宏观自然过程的____________。
[想一想]
一滴黑色颜料滴进一杯清水中扩散，整杯水将均匀地变黑。从系统的角度来看， 扩散之前是一种状态，扩散后是另一种状态。那么，水中扩散后的颜料能否自发地重新聚集在一起，而其余部分又变成清水？这说明了什么？
提示：不能，说明扩散有方向性。
能源是有限的
1．自然界的一切变化，人类社会的所有活动，都伴随着能量的转移和转化，能量在转移和转化过程中，总量是_________的。
2．能量耗散：能源在利用过程中最后都转化为_________，不能再自动聚集起来加以利用的现象。
3．能源：具有____________的容易利用的储能物质。
4．能量品质变化：能源的使用过程中虽然能的总量保持守恒，但能量的品质下降了，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。
知识点二
[判一判]
(1)能量耗散使能量的总量减少，违背了能量守恒定律。( )
(2)能量耗散是指散失在环境中的内能再也不能收集起来被人类利用。( )
(3)各种形式的能量向内能的转化，是能够自动发生、全额发生的。
( )
(4)能量耗散导致能量品质的降低。( )
×
√
√
√
课堂探究·拓展思维
学习任务一 热力学第二定律的理解及应用
[导学探究]
如图是热量在传递过程中的情景。
(1)在自然过程中热量是如何传递的？
(2)空调和冰箱是如何传递热量的？
提示：(1)热量由温度高的物体传递给温度低的物体，或由温度高的部分传递到温度低的部分。
(2)空调和冰箱可以通过电机做功，把热量从温度比较低的房间内或冰箱内传递到房间外或冰箱外。
[思维深化]
1．在热力学第二定律的表述中，几个关键词的含义
自发地 指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，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
不产生
其他影响 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
单一热库 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，则构成系统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
不可能 热机或制冷机系统循环终了时，除了从单一热库吸收热量对外做功，以及热量从低温热库传到高温热库以外，过程所产生的其他一切影响，不论用任何的办法都不可能加以消除
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，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。
(多选)根据热力学第二定律，下列说法中正确的是( )
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
例 1
BC
BC 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(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)，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。
[针对训练]
1. (多选)如图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二定律
BC 热力学第一定律适用于所有的热学过程，C正确；由热力学第二定律可知，A、D错误，B正确。
学习任务二 热机与第二类永动机
[导学探究]
汽车和轮船上用的汽油机、柴油机，火力发电厂和核电站用的蒸汽轮机等都是热机。如图所示为汽车的发动机，请思考并回答下列问题。
(1)热机的工作过程是怎样的？
(2)热机工作时，汽缸(燃烧室)是它的高温热库，低温热库在哪里？
(3)第二类永动机为什么不可能制成？
提示：(1)热机从高温热库吸收热量，推动活塞做功，然后向低温热库放出热量。
(2)汽车发动机工作时低温热库就是汽缸外界空间中的大气。
(3)热力学第二定律揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，如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而不引起其他变化，进一步揭示了任何宏观自然过程都具有方向性，告诫人们：第二类永动机不可能制成。
[思维深化]
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．第二类永动机不可能制成的原因
违背了热力学第二定律(不违反能量守恒定律)。
3．第二类永动机不能制成的意义
(1)机械能可以全部转化成内能，但内能不能全部转化成机械能，而不产生其他影响。
(2)机械能和内能的转化具有方向性。
4．两类永动机的比较
分类 第一类永动机 第二类永动机
设计要求 不消耗任何能量，可以不断对外做功(或只给予很小的能量启动后，可以永远运动下去) 将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化(或只有一个热库，实现内能与机械能的转化)
不可能制
成的原因 违背了能量守恒定律 违背了热力学第二定律
(多选)关于第二类永动机，下列说法正确的是( )
A．没有冷凝器，只有单一的热库，能将从单一热库吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化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
例 2
AD
AD 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，所以选项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能全部转化为机械能，选项C错误，D正确。
[针对训练]
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_______。(填正确答案字母)
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
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。
答案：B C
学习任务三 能源与能量耗散
[导学探究]
如图所示是两幅宣传节约能源的图片。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。
[思维深化]
1．能量耗散
自然界中集中度较高(即有序度较高)的能量，如机械能、电能、化学能，当它们变为环境的内能后，就成为更加分散的能量，没有办法把这些分散的内能重新变成品质高的能量加以利用，这样的现象叫作能量耗散。
2．能量品质的降低
能量耗散虽然不会使能量减少，却会导致能量品质的降低，它实际上将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式。煤、石油、天然气等能源储存着高品质的能量，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内能。内能较之机械能、电能、光能、核能等是一种低品质能量。
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，虽然能量的总量并不减少，但能量品质提升了
例 3
C
C 根据能量守恒定律，能量是不能被创造的，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，虽然能量的总量并不减少，但能量品质降低了，选项D错误。
[针对训练]
3．(多选)关于能量和能量耗散，下列说法正确的是( )
A．能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中自发过程的方向性
B．能量耗散表明能源的利用是有条件的，也是有代价的
C．能量的总量守恒，不会消失，所以没有必要节约能源
D．能量之间可以相互转化，故能源循环利用很方便
AB
AB 能量守恒定律是普遍规律，能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的自发过程具有方向性，耗散过程中能量也是守恒的，故A正确；能量耗散表明能源的利用是有条件的，也是有代价的，如煤炭和石油燃烧会造成空气污染和温室效应，故B正确；能源不是能量，自然界总的能量是守恒的，但能源是有限的，需要节约能源，故C错误；能量之间可以相互转化，但是这种转化有方向性，耗散的能量很难再收集起来重新利用，故D错误。
随堂练习·培养能力
1．(2025·江苏宿迁三模)“覆水难收”意指泼出去的水不能自发回到原来的状态，其蕴含的物理规律是( )
A．热平衡定律 B．热力学第一定律
C．热力学第二定律 D．机械能守恒定律
C
C “覆水难收”蕴含的物理规律是熵增加原理，即热力学第二定律。
2．(多选)根据热力学第二定律可知，下列说法中正确的是( )
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，能将从单一热库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．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
D．如果没有摩擦、漏气等，热机效率可以达到100%
AC
AC 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，A选项正确，B选项错误；传热过程也具有方向性，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)，C选项正确；热机效率无法达到100%，D选项错误。
3．(多选)下列说法正确的是( )
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价的
ACD
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，故选项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，互相独立，选项C正确；热力学第二定律的两种表述是等价的，选项D正确。
4．关于能量耗散，下列说法不正确的是( )
A．能量耗散导致能量的品质降低
B．能量耗散是指分散在环境中的内能很难被人类再回收利用
C．能量耗散使能量总量减少，违背了能量守恒定律
D．各种形式的能量在一定条件下向内能的转化，是能够全额发生的
C
C 能量耗散是能量在转化过程中有一部分以内能的形式发散到周围环境中，使得能量品质降低，且耗散在环境中的内能很难被人类再利用，但能量耗散遵守能量守恒定律，另外，各种形式的能量在一定条件下向内能转化是能够全额发生的，故A、B、D正确，C错误。
课后训练·凝练素养
[基础对点练]
对点练1 热力学第二定律的理解及应用
1．(多选)根据热力学第二定律，下列说法正确的是( )
A．热机中燃气的内能不可能全部变成机械能
B．电能不可能全部转变成内能
C．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部转变成电能
D．在热传递中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体
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ACD 凡是与热现象有关的宏观热现象都具有方向性。无论采用任何设备和手段进行能量转化，热机的效率不可能达到100%，故热机中燃气的内能不能全部转化为机械能，故A正确；由电流热效应中的焦耳定律可知，电能可以全部转化为内能，故B错误；火力发电机发电时，能量转化的过程为内能→机械能→电能，因为内能→机械能的转化过程中会对外放出热量，故燃气的内能必然不能全部变为电能，C正确；热量从低温物体传递到高温物体不能自发进行，必须借助外界的帮助，结果会带来其他影响，这正是热力学第二定律第一种(克氏)表述的主要思想，故D正确。
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2．(多选)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，红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，不会由内能自发地转化为机械能而动起来
D．即使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%
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BCD 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项不属于热现象，A错误；由热力学第二定律可知B、C、D正确。
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对点练2 热机与第二类永动机
3．下列说法正确的是( )
A．功可以完全转化为热量，而热量不可以完全转化为功
B．热机必须具有两个热库，才能实现热功转化
C．热机的效率不可能大于1，但可能等于1
D．热机的效率必定小于1
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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．能量守恒定律包含了热力学第一定律和热力学第二定律
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B 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。
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对点练3 能源与能量耗散
5．(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
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ACD
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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。
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6．下列现象属于能量耗散的是( )
A．水的机械能转化成电能
B．电能通过灯泡中的电阻丝转化为光能
C．电池的化学能转化为电能
D．火炉把房子烤暖
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D 能量耗散是指其他形式的能转化为内能，最终流散在周围环境中无法重新收集并加以利用的现象，能够重新收集并加以利用的转化过程不能称为能量耗散。本题中的电能、光能都可以重新收集并加以利用，如用光作为能源的手表等，当用电灯照明时的光能被墙壁吸收之后转化为周围环境的内能时，无法重新吸收并加以利用，但本题没有指出光能用来做什么，故不属于能量耗散，火炉把房子烤暖，使燃料的化学能转化成内能并流散在周围的环境中，无法重新收集并加以利用，属于能量耗散。故选项D正确。
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[能力提升练]
7．下列说法中，能够发生且不违背热力学第二定律的是( )
A．一杯冷水自然放置，可以通过吸收空气中的热量变得比周围空气更热
B．将电冰箱放置在密闭的房间内，打开冰箱门让电冰箱工作，可以降低房间的温度
C．对蒸汽机不断革新，可以把蒸汽的内能尽量多地转化成机械能
D．利用降低海水温度放出大量的热量来发电，从而解决能源短缺的问题
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C 一杯冷水自然放置，可以通过吸收空气中的热量使得和周围的空气温度相同，而不可能变得比周围空气更热，选项A错误；由于和室外没有热交换，并且压缩机工作时其电路中也会因为有电阻而产生热量，即产生的热量大于制冷量，故室内温度不降反升，选项B错误；热机的效率不可能达到100%，但是对蒸汽机不断革新，可以把蒸汽的内能尽量多地转化成机械能，选项C正确；根据热力学第二定律，不可能从单一热库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，选项D错误。
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8．下列关于热现象的描述正确的是( )
A．根据热力学定律，热机的效率可能达到100%
B．做功和传热都是通过能量转化的方式改变系统内能的
C．温度是描述热运动的物理量，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同
D．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
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C 根据热力学定律，热机的效率不可能达到100%，故A错误；做功是通过能量转化的方式改变系统内能，传热是通过能量转移的方式改变系统内能，实质不同，故B错误；达到热平衡的两系统温度相同，故C正确；由热力学第二定律知，热量能够自发地从高温物体传到低温物体，热量不可以自发地从低温物体传到高温物体，但在外界的影响下热量能从低温物体传到高温物体，故D错误。
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9．如图所示，用两种不同的金属丝组成一个回路，接触点1插在一杯热水中，接触点2插在一杯冷水中，此时灵敏电流计的指针会发生偏转，这就是温差发电现象，根据这一现象，下列说法中正确的是( )
A．这一过程违反了热力学第二定律
B．这一过程违反了热力学第一定律
C．热水和冷水的温度将发生变化
D．这一过程违反了能量守恒定律
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C 任何宏观的实际热现象都符合热力学第二定律，故A错误；吸放热和做功均会改变内能，该过程没有违反热力学第一定律，故B错误；在实验过程中，热水内能减少，一部分转移到低温物体，一部分转化为电能，热水一定会降温，冷水一定会升温，故C正确；能量守恒定律是普遍性定律，在实验过程中，热水的内能部分转化成电能，电能也部分转化成冷水的内能，符合能量守恒定律，故D错误。
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10．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
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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。
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[尖子生选练]
11．(多选)如图是空气能热水器的工作原理示意图，它主要由储水箱、毛细管、蒸发器、压缩机、冷凝器等部件组成。制冷剂在毛细管、蒸发器、压缩机、冷凝器之间循环过程与我们所熟悉的电冰箱的制冷循环过程相同，其工作过程如下：
①液态制冷剂经过一段很细的毛细管缓慢地进入蒸发器，在蒸发器中迅速汽化，并从低温的空气中吸收热量。
②制冷剂汽化生成的蒸汽被压缩机压缩后变成高温高压的蒸汽进入冷凝器。
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③在冷凝器中，高温高压的蒸汽将热量传递给水并发生液化。制冷剂以此不断循环流动，使水的温度不断上升。下列说法正确的是( )
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A．空气能热水器实现了“热量由低温物体(空气)传向高温物体(水)”
B．空气能热水器中的水被加热是由电直接加热的
C．空气能热水器的工作原理不违反热力学第一定律
D．空气能热水器的制热系统能够不断地把空气的内能传给水，是因为其消耗了电能
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ACD 空气能热水器工作时将外界低温空气中的热收集起来然后通过压缩机再传给里面温度较高的水，使水的温度升高，故A、D正确，B错误；空气能热水器在工作时遵守热力学第一定律，故C正确。
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课时规范训练(十六)
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