人教版高中物理选择性必修第三册第三章热力学定律第4节热力学第二定律课件（42页PPT）
文档属性
| 名称 | 人教版高中物理选择性必修第三册第三章热力学定律第4节热力学第二定律课件（42页PPT） |
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| 格式 | ppt | ||
| 文件大小 | 4.4MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2026-03-08 00:00:00 | ||
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文档简介
(共42张PPT)
[学习目标]
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。
1.方向性：一切与热现象有关的宏观自然现象都是有______的，其过程都是不可逆的。反映宏观____过程的方向性的定律就是热力学第二定律。
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。该表述阐述的是传热的____性。
方向性
自然
自发
低
高
方向
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(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。
化学能
内能
做功
机械能
小于
完全变成功
等价
5.在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产生其他影响”“单一热库”“不可能”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。据报道，有些国家已在研究利用海水上下温度不同来发电。
(4)“不可能”：实际上热机或制冷机系统循环时，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。
6.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的宏观过程的方向性，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。
7.热力学过程的方向性实例
[思考探究]
如图，高温的炉火将包子蒸熟。根据能量守恒定律，也可以使冷水降温，将冷水的热量传给包子来蒸熟包子，这样的情况你见过吗？观察日常生活中类似现象，你能总结出什么？
提示 没有。热量只会自发地从高温物体传给低温物体，而不能自发地从低温物体传到高温物体。
[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
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，A正确，B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正确；热机效率无法达到100%，D错误。
[例2] 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的能之间的转化关系，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的能转化时的方向性，二者表述的角度不同，本质不同，并不矛盾，故B项正确。
B
[总结提升] 热力学两定律的比较
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 是关于在有限的空间和时间内，一切和热现象有关的宏观自然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
[例3] 关于两类永动机和热力学两大定律，下列说法正确的是( )
A.第二类永动机不可能制成是因为违背了热力学第一定律
B.第一类永动机不可能制成是因为违背了热力学第二定律
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，从单一热库吸收热量，完全变成功也是可能的
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，A、B错误；由热力学第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝Q＋W可以等于0，C错误；由热力学第二定律可知选项D中的现象是可能的，但会产生其他影响，D正确。
D
[总结提升] 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(或只有一个热源，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
1.能量的转移和转化具有方向性：在各种生产生活中，人们利用的各种形式的能最终都转化成____流散到周围的环境中。
2.能量耗散
根据热力学第二定律，分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它也只不过能使地球、大气稍稍变暖一点，却再也不能____________驱动机器做功了。这样的转化过程叫作“能量耗散”。
3.能源：是指具有______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。
内能
自动聚集起来
高品质
品质
[思考探究]
如图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。
[例4] (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 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，自然界能量总量是守恒的，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。
AB
[例5] 关于能量和能源，下列说法正确的是( )
A.能量在转化和转移过程中，其总量有可能增加
B.能量在转化和转移过程中，其总量会不断减少
C.能量在转化和转移过程中总量保持不变，故节约能源没有必要
D.能量的转化和转移具有方向性，且现有可利用的能源有限，故必须节约能源
解析 能量在转化和转移过程中总量保持不变，但能量的转化和转移具有方向性，耗散的能量难以收集再利用，且现有可利用的能源有限，所以我们要注意节约能源，A、B、C错误，D正确。
D
1.(对热力学第二定律的理解)(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，红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，内能不会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 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，A错误；由热力学第二定律可知，B、C、D正确。
BCD
2.(热力学第一定律和热力学第二定律)(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( )
BC
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 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，是能量转化和守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，故C正确；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，A、D错误，B正确。
3.(能源与能量耗散)(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；能源的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。
ACD
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[基础巩固练]
1.(多选)下列说法正确的是( )
A.一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性
B.一切不违背能量守恒定律的物理过程都是可能实现的
C.由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行
D.一切物理过程都不可能自发地进行
解析 热力学第二定律指出了热现象的方向性，A正确；不违背能量守恒定律但违背热力学第二定律的物理过程不可能实现，B错误；热力学第二定律反映宏观自然过程的方向性，C正确，D错误。
AC
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2.下列过程可能发生的是( )
A.某种物质从高温热源吸收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，其内气体自发逸出后又自发跑进去，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.将两瓶不同液体混合，然后它们又自发地各自分开
解析 根据热力学第二定律，热量从低温物体传递给高温物体，不可能不引起其他的影响，但通过一些其他手段是可以实现的，故C项正确；内能转化为机械能不可能自发地进行，要使内能全部转化为机械能必定要引起其他变化，故A项错误；气体膨胀具有方向性，故B项错误；扩散现象也有方向性，故D项错误。
C
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3.(多选)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流散的能量重新收集、重新加以利用。下列关于能量耗散的说法正确的是( )
A.能量耗散说明能量不守恒
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仍守恒
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 能量耗散说明能量转化的宏观过程具有方向性，符合热力学第二定律，B错误，D正确；能量耗散过程中，能量并没有消失，能量仍然守恒，A错误，C正确。
CD
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4.(多选)下列关于能源的说法正确的是( )
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。
BC
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5.用隔板将一容器隔成A和B两部分，A中盛有一定量的气体，B为真空(如图甲)，现把隔板抽去，A中的气体将自动充满整个容器(如图乙)，这个过程称为气体的自由膨胀。则关于气体的自由膨胀，下列说法正确的是( )
D
A.在自由膨胀过程中，所有气体分子的运动方向相同
B.在自由膨胀过程中，只要把握好隔板插入的时机，全部气体就能到达B部分
C.气体充满整个容器后，只要时间足够长，还能全部自动回到A部分
D.气体充满整个容器后，B部分中的某些气体分子有可能再回到A部分
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解析 自由膨胀，气体不受力自由扩散，方向不一定相同，A错误；自由膨胀的最后结果是左、右两部分气体均匀，不可能全部转移到B部分，B错误；自由膨胀是有方向性的热运动，逆过程需要外界的帮助，C错误，D正确。
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6.人人选择绿色出行方式，个个践行低碳生活理念，“低碳”要求我们节约及高效利用能源，关于能源与能量，下列说法正确的是( )
A.能量被使用后就消失了，所以要节约能源
B.自然界中石油、煤炭等能源可供人类长久使用
C.人类应多开发和利用风能、太阳能、核能等新能源
D.人类不断地开发和利用新的能源，所以能量可以被创造
解析 根据能量守恒定律，能量不会消失也不会被创造，故A、D错误；自然界中石油、煤炭等能源是不可再生资源，不能被人类长久使用，故B错误；风能、太阳能、核能等清洁的新能源，人类应多开发和利用，故C正确。
C
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[能力提升练]
7.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，说明热传递不存在方向性
解析 摩擦生热的过程是不可逆的，故A错误；与热现象有关的实际宏观过程都具有方向性，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；空调机既能制冷又能制热，并不能说明热传递不存在方向性，而是在相应的过程中，要引起其他方面的变化，故D错误。
C
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8.(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.一定质量的气体膨胀对外做功100 J，同时从外界吸收120 J热量，则它的内能增加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.第二类永动机违背了热力学第二定律，没有违背热力学第一定律
D.凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在传热中，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
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解析 根据热力学第一定律可知，ΔU＝Q＋W＝120 J－100 J＝20 J，说明内能增加了20 J，故A正确；根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，ΔU的大小由W、Q共同决定，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；第二类永动机没有违背热力学第一定律，不能制成是因为它违背了热力学第二定律，故C正确；通过做功的方式可以使热量从低温物体传递给高温物体，如电冰箱制冷时热量从低温物体传递给高温物体，故D错误。
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9.随着世界经济的快速发展，能源短缺问题日显突出，油价的不断攀升，已对各国人民的日常生活造成了各种影响，如排长队等待加油的情景已经多次在世界各地发生，能源成为困扰世界经济发展的重大难题之一。下列有关能量转化的说法正确的是( )
A.只要对内燃机不断改进，就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能
B.满足能量守恒定律的物理过程都能自发地进行
C.可以直接利用空气中的内能，减少“温室效应”
D.物体吸收热量，物体的内能可能减少
D
解析 内燃机工作时，燃料不可能全部燃烧，尾气要带走部分热量，零件之间存在摩擦生热，发动机本身需要散热等等，故发动机不可能将所有内能转化为机械能，A错误；由于能量的转移和转化具有方向性，满足能量守恒定律的物理过程不一定能自发地进行，B错误；空气中的内能并不能直接被利用，如果需要利用，则需要热泵，例如空调、空气能热水器等，热泵工作同时消耗电能，引起了其他变化，C错误；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，物体吸收热量的同时对外界做功，则物体的内能有可能减少，D正确。
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10.(多选)下列说法正确的是( )
A.热量不可以从低温物体传给高温物体
B.第一类永动机违背了能量守恒定律
C.机械能可以自发地全部转化为内能，内能也可以全部转化为机械能而不引起其他变化
D.第二类永动机是不能制造出来的，尽管它不违背能量守恒定律，但它违背了热力学第二定律
BD
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解析 两个温度不同的物体相互接触时，热量能自发地从高温物体传给低温物体，不能自发地从低温物体传给高温物体，但是可以通过外力做功将热量从低温物体传给高温物体，故A错误；第一类永动机违背了能量守恒定律，不能被制造出来，故B正确；机械能可以自发地全部转化为内能，内能也可以全部转化为机械能，但会引起其他变化，C错误；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，同样不能被制造成功，故D正确。
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11.热力学第二定律常见的表述方式有两种，其一：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；其二：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。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，则所给四个选项的示意图正确的是( )
B
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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压缩机的做功，即引起其他变化；对于第二种方式，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，另一部分热量要排放给低温物体，故选项B正确，A、C、D错误。
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[拓展培优练]
12.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( )
B
A.Q1＝W B.Q1>W
C.Q1解析 根据热力学第二定律，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。根据能量守恒定律和热力学第二定律，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，故选B。
[学习目标]
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。
1.方向性：一切与热现象有关的宏观自然现象都是有______的，其过程都是不可逆的。反映宏观____过程的方向性的定律就是热力学第二定律。
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。该表述阐述的是传热的____性。
方向性
自然
自发
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方向
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
4.热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是____的。
化学能
内能
做功
机械能
小于
完全变成功
等价
5.在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产生其他影响”“单一热库”“不可能”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。据报道，有些国家已在研究利用海水上下温度不同来发电。
(4)“不可能”：实际上热机或制冷机系统循环时，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。
6.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的宏观过程的方向性，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。
7.热力学过程的方向性实例
[思考探究]
如图，高温的炉火将包子蒸熟。根据能量守恒定律，也可以使冷水降温，将冷水的热量传给包子来蒸熟包子，这样的情况你见过吗？观察日常生活中类似现象，你能总结出什么？
提示 没有。热量只会自发地从高温物体传给低温物体，而不能自发地从低温物体传到高温物体。
[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
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，A正确，B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正确；热机效率无法达到100%，D错误。
[例2] 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的能之间的转化关系，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的能转化时的方向性，二者表述的角度不同，本质不同，并不矛盾，故B项正确。
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[总结提升] 热力学两定律的比较
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 是关于在有限的空间和时间内，一切和热现象有关的宏观自然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
[例3] 关于两类永动机和热力学两大定律，下列说法正确的是( )
A.第二类永动机不可能制成是因为违背了热力学第一定律
B.第一类永动机不可能制成是因为违背了热力学第二定律
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，从单一热库吸收热量，完全变成功也是可能的
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，A、B错误；由热力学第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝Q＋W可以等于0，C错误；由热力学第二定律可知选项D中的现象是可能的，但会产生其他影响，D正确。
D
[总结提升] 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(或只有一个热源，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
1.能量的转移和转化具有方向性：在各种生产生活中，人们利用的各种形式的能最终都转化成____流散到周围的环境中。
2.能量耗散
根据热力学第二定律，分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它也只不过能使地球、大气稍稍变暖一点，却再也不能____________驱动机器做功了。这样的转化过程叫作“能量耗散”。
3.能源：是指具有______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。
内能
自动聚集起来
高品质
品质
[思考探究]
如图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。
[例4] (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 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，自然界能量总量是守恒的，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。
AB
[例5] 关于能量和能源，下列说法正确的是( )
A.能量在转化和转移过程中，其总量有可能增加
B.能量在转化和转移过程中，其总量会不断减少
C.能量在转化和转移过程中总量保持不变，故节约能源没有必要
D.能量的转化和转移具有方向性，且现有可利用的能源有限，故必须节约能源
解析 能量在转化和转移过程中总量保持不变，但能量的转化和转移具有方向性，耗散的能量难以收集再利用，且现有可利用的能源有限，所以我们要注意节约能源，A、B、C错误，D正确。
D
1.(对热力学第二定律的理解)(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，红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，内能不会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 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，A错误；由热力学第二定律可知，B、C、D正确。
BCD
2.(热力学第一定律和热力学第二定律)(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( )
BC
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 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，是能量转化和守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，故C正确；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，A、D错误，B正确。
3.(能源与能量耗散)(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；能源的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。
ACD
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[基础巩固练]
1.(多选)下列说法正确的是( )
A.一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性
B.一切不违背能量守恒定律的物理过程都是可能实现的
C.由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行
D.一切物理过程都不可能自发地进行
解析 热力学第二定律指出了热现象的方向性，A正确；不违背能量守恒定律但违背热力学第二定律的物理过程不可能实现，B错误；热力学第二定律反映宏观自然过程的方向性，C正确，D错误。
AC
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2.下列过程可能发生的是( )
A.某种物质从高温热源吸收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，其内气体自发逸出后又自发跑进去，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.将两瓶不同液体混合，然后它们又自发地各自分开
解析 根据热力学第二定律，热量从低温物体传递给高温物体，不可能不引起其他的影响，但通过一些其他手段是可以实现的，故C项正确；内能转化为机械能不可能自发地进行，要使内能全部转化为机械能必定要引起其他变化，故A项错误；气体膨胀具有方向性，故B项错误；扩散现象也有方向性，故D项错误。
C
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3.(多选)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流散的能量重新收集、重新加以利用。下列关于能量耗散的说法正确的是( )
A.能量耗散说明能量不守恒
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仍守恒
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 能量耗散说明能量转化的宏观过程具有方向性，符合热力学第二定律，B错误，D正确；能量耗散过程中，能量并没有消失，能量仍然守恒，A错误，C正确。
CD
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4.(多选)下列关于能源的说法正确的是( )
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。
BC
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5.用隔板将一容器隔成A和B两部分，A中盛有一定量的气体，B为真空(如图甲)，现把隔板抽去，A中的气体将自动充满整个容器(如图乙)，这个过程称为气体的自由膨胀。则关于气体的自由膨胀，下列说法正确的是( )
D
A.在自由膨胀过程中，所有气体分子的运动方向相同
B.在自由膨胀过程中，只要把握好隔板插入的时机，全部气体就能到达B部分
C.气体充满整个容器后，只要时间足够长，还能全部自动回到A部分
D.气体充满整个容器后，B部分中的某些气体分子有可能再回到A部分
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解析 自由膨胀，气体不受力自由扩散，方向不一定相同，A错误；自由膨胀的最后结果是左、右两部分气体均匀，不可能全部转移到B部分，B错误；自由膨胀是有方向性的热运动，逆过程需要外界的帮助，C错误，D正确。
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6.人人选择绿色出行方式，个个践行低碳生活理念，“低碳”要求我们节约及高效利用能源，关于能源与能量，下列说法正确的是( )
A.能量被使用后就消失了，所以要节约能源
B.自然界中石油、煤炭等能源可供人类长久使用
C.人类应多开发和利用风能、太阳能、核能等新能源
D.人类不断地开发和利用新的能源，所以能量可以被创造
解析 根据能量守恒定律，能量不会消失也不会被创造，故A、D错误；自然界中石油、煤炭等能源是不可再生资源，不能被人类长久使用，故B错误；风能、太阳能、核能等清洁的新能源，人类应多开发和利用，故C正确。
C
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[能力提升练]
7.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，说明热传递不存在方向性
解析 摩擦生热的过程是不可逆的，故A错误；与热现象有关的实际宏观过程都具有方向性，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；空调机既能制冷又能制热，并不能说明热传递不存在方向性，而是在相应的过程中，要引起其他方面的变化，故D错误。
C
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8.(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.一定质量的气体膨胀对外做功100 J，同时从外界吸收120 J热量，则它的内能增加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.第二类永动机违背了热力学第二定律，没有违背热力学第一定律
D.凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在传热中，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
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解析 根据热力学第一定律可知，ΔU＝Q＋W＝120 J－100 J＝20 J，说明内能增加了20 J，故A正确；根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，ΔU的大小由W、Q共同决定，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；第二类永动机没有违背热力学第一定律，不能制成是因为它违背了热力学第二定律，故C正确；通过做功的方式可以使热量从低温物体传递给高温物体，如电冰箱制冷时热量从低温物体传递给高温物体，故D错误。
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9.随着世界经济的快速发展，能源短缺问题日显突出，油价的不断攀升，已对各国人民的日常生活造成了各种影响，如排长队等待加油的情景已经多次在世界各地发生，能源成为困扰世界经济发展的重大难题之一。下列有关能量转化的说法正确的是( )
A.只要对内燃机不断改进，就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能
B.满足能量守恒定律的物理过程都能自发地进行
C.可以直接利用空气中的内能，减少“温室效应”
D.物体吸收热量，物体的内能可能减少
D
解析 内燃机工作时，燃料不可能全部燃烧，尾气要带走部分热量，零件之间存在摩擦生热，发动机本身需要散热等等，故发动机不可能将所有内能转化为机械能，A错误；由于能量的转移和转化具有方向性，满足能量守恒定律的物理过程不一定能自发地进行，B错误；空气中的内能并不能直接被利用，如果需要利用，则需要热泵，例如空调、空气能热水器等，热泵工作同时消耗电能，引起了其他变化，C错误；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，物体吸收热量的同时对外界做功，则物体的内能有可能减少，D正确。
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10.(多选)下列说法正确的是( )
A.热量不可以从低温物体传给高温物体
B.第一类永动机违背了能量守恒定律
C.机械能可以自发地全部转化为内能，内能也可以全部转化为机械能而不引起其他变化
D.第二类永动机是不能制造出来的，尽管它不违背能量守恒定律，但它违背了热力学第二定律
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解析 两个温度不同的物体相互接触时，热量能自发地从高温物体传给低温物体，不能自发地从低温物体传给高温物体，但是可以通过外力做功将热量从低温物体传给高温物体，故A错误；第一类永动机违背了能量守恒定律，不能被制造出来，故B正确；机械能可以自发地全部转化为内能，内能也可以全部转化为机械能，但会引起其他变化，C错误；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，同样不能被制造成功，故D正确。
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11.热力学第二定律常见的表述方式有两种，其一：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；其二：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。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，则所给四个选项的示意图正确的是( )
B
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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压缩机的做功，即引起其他变化；对于第二种方式，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，另一部分热量要排放给低温物体，故选项B正确，A、C、D错误。
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[拓展培优练]
12.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( )
B
A.Q1＝W B.Q1>W
C.Q1
同课章节目录
- 第一章 分子动理论
- 1 分子动理论的基本内容
- 2 实验：用油膜法估测油酸分子的大小
- 3 分子运动速率分布规律
- 4 分子动能和分子势能
- 第二章 气体、固体和液体
- 1 温度和温标
- 2 气体的等温变化
- 3 气体的等压变化和等容变化
- 4 固体
- 5 液体
- 第三章 热力学定律
- 1 功、热和内能的改变
- 2 热力学第一定律
- 3 能量守恒定律
- 4 热力学第二定律
- 第四章 原子结构和波粒二象性
- 1 普朗克黑体辐射理论
- 2 光电效应
- 3 原子的核式结构模型
- 4 氢原子光谱和玻尔的原子模型
- 5 粒子的波动性和量子力学的建立
- 第五章 原子核
- 1 原子核的组成
- 2 放射性元素的衰变
- 3 核力与结合能
- 4 核裂变与核聚变
- 5 “基本”粒子