学业分层测评(十三)
(建议用时：45分钟)
[学业达标]
1．下列关于熵的有关说法正确的是( )
A．熵是系统内分子运动无序性的量度
B．在自然过程中熵总是增加的
C．热力学第二定律也叫做熵减小原理
D．熵值越大表示系统越无序
E．熵值越小表示系统越无序
【解析】 根据熵的定义知A正确；从熵的意义上说，系统自发变化时总是向着熵增加的方向发展，B正确；热力学第二定律也叫熵增加原理，C错；熵越大，系统越混乱，无序程度越大，D正确，E错误．
【答案】 ABD
2．下列说法正确的是( )
A．热量能自发地从高温物体传给低温物体
B．热量不能从低温物体传到高温物体
C．热传导是有方向性的
D．气体向真空中膨胀的过程是有方向性的
E．气体向真空中膨胀的过程是可逆的
【解析】 如果是自发的过程，热量只能从高温物体传到低温物体，但这并不是说热量不能从低温物体传到高温物体，只是不能自发地进行，在外界条件的帮助下，热量也能从低温物体传到高温物体，选项A、C对，B错；气体向真空中膨胀的过程是不可逆的，具有方向性，选项D对，E错．
【答案】 ACD
3．以下说法正确的是( )
A．热传导过程是有方向性的，因此两个温度不同的物体接触时，热量一定是从高温物体传给低温物体的
B．热传导过程是不可逆的
C．两个不同的物体接触时热量会自发地从内能多的物体传向内能少的物体
D．电冰箱制冷是因为电冰箱自发地将内部热量传给外界
E．热量从低温物体传给高温物体必须借助外界的帮助
【解析】 热量可以自发地由高温物体传递给低温物体，热量从低温物体传递给高温物体要引起其他变化，A、B、E选项正确．
【答案】 ABE
4．下列叙述和热力学定律相关，其中正确的是( )
A．第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律
B．能量耗散过程中能量是守恒的
C．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，违背了热力学第二定律
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
E．物体从单一热源吸收的热量在不引起其他变化的情况下可全部用于做功
【解析】 第一类永动机是指不消耗能量却可以不断对外做功的机器，违背了能量守恒定律，A正确；能量耗散从能量转化的角度反映出宏观过程具有方向性，且能量是守恒的，故B、D正确；电冰箱在电机做功的情况下，不断把冰箱内的热量传到外界，没有违背热力学第二定律，C错误；物体从单一热源吸收的热量不可全部用于做功，因为机械能和内能的转化过程具有方向性，尽管机械能可以全部转化成内能，但内能却不能全部转化成机械能，同时不引起其他变化，E错误．
【答案】 ABD
5．下列说法中正确的是( )
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以实现的
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
E．有的物理过程可以自发地进行
【解析】 由热力学第二定律的物理意义知，A、C、E正确，D错误；不违背能量守恒定律的物理过程，如果违背热力学第二定律，也是无法实现的，故B错误．
【答案】 ACE
6．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，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．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%
E．杯子摔碎而不能复原
【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的规律，A、E不属于热现象，故A、E错；由热力学第二定律可知B、C、D正确．
【答案】 BCD
7．用两种不同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4-3-2所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象．这一实验是否违反热力学第二定律？热水和冷水的温度是否会发生变化？简述这一过程中能的转化情况．
图4-3-2
【解析】 温差发电现象中产生了电能是因为热水的内能减少，一部分转化为电能，一部分传递给冷水，不违反热力学第二定律．
【答案】 不违反．热水温度降低，冷水温度升高．将热水的部分内能转化为电能，另一部分释放到低温热源冷水中．
8．炎炎夏日，两位同学在充满凉意的空调室内，就空调机的工作过程是否遵循热力学第二定律的问题发生了争论．一位同学说：空调机工作时，不断地把热量从室内传到室外，即从低温物体传到高温物体，可见它并不遵循热力学第二定律．另一位同学说：热力学第二定律是热力学系统的普遍规律，空调机的工作过程不可能违反它．两人各执一词，都无法使对方信服．请你对他们的论点作出评论．
【答案】 压缩机是空调机的“心脏”，它消耗电能对来自蒸发器的制冷剂蒸汽做功，使它变成高温高压的蒸汽．然后这些高温高压的蒸汽来到冷凝器，向外界高温的环境放热，同时自身被冷却而凝成低温高压的液体．
这些低温高压的液体制冷剂由过滤器滤掉水分和杂质，进入毛细管，经节流阀膨胀，变为低温低压的液体，随后进入空调机的蒸发器．在蒸发器内，这些低温低压的液态制冷剂在低压条件下迅速汽化，从外界(空调机内)吸收热量，使空调机的温度降低．这样就完成了一个制冷循环．由此可见乙同学的论点正确．
[能力提升]
9．下列说法正确的是( )
A．机械能全部变成内能是不可能的
B．从热库吸收的热量全部变成功是可能的
C．热机是一种把内能转化为机械能的装置
D．没有任何漏气和摩擦时，热机的效率η＝×100%＝100%
E．第二类永动机不可能制成可以作为热力学第二定律的一种表述
【解析】 机械能可以全部转化成内能，A错误；从热库吸收的热量全部变成功也是可能的，只是会引起其他变化，B正确；热机是一种把内能转化为机械能的装置，C正确；热机工作过程中，必定要放出部分热量，热机用于做机械功的热量一定小于它从高温热库那里吸收的热量．即使没有任何漏气和摩擦时，热机的效率也不可能达到100%，D错误；任何一类宏观自然过程进行方向的说明，都可以作为热力学第二定律的表述，故E正确．
【答案】 BCE
10．下列说法中正确的是( )
A．根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传递到高温物体
B．能量耗散说明能量在转化过程中具有方向性
C．当分子间的距离增大时，分子间的引力增大、斥力减小
D．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
E．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，内能却不能全部转化为机械能同时又不引起其他变化
【解析】 热量不能自发地从低温物体传到高温物体，选项A错误；耗散掉的能量不能再重新收集起来加以利用，说明能量的转化具有方向性，选项B正确；当分子间的距离增大时，分子间的引力和斥力均要减小，选项C错误；温度是描述热运动的物理量，是决定一个系统与另一个系统是否达到热平衡状态的物理量，所以当一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同，选项D正确；由热力学第二定律可知，选项E正确．
【答案】 BDE
11．如图4-3-3甲、乙、丙所示，质量、温度相同的水，分别处于固态、液态和气态三种状态下，它们的熵的大小有什么关系？为什么？
甲 乙 丙
图4-3-3
【解析】 S气>S液>S固．根据大量分子热运动对系统无序程度的影响，热力学第二定律又有一种表述：由大量分子组成的系统自发变化时，总是向着无序程度增加的方向发展，至少无序程度不会减少．也就是说，任何一个系统自发变化时，系统的熵要么增加，要么不变，但不会减少．质量、温度相同的水，可以由固态自发地向液态、气态转化，由液态向气态转化，所以，气态时的熵最大，其次是液态，固态时的熵最小．
【答案】 S气>S液>S固 原因见解析
12．热力学第二定律常见的表述有两种．第一种表述：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；第二种表述：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化．
图4-3-4(a)是根据热力学第二定律的第一种表述画出的示意图：外界对制冷机做功，使热量从低温物体传递到高温物体．请你根据第二种表述完成示意图4-3-4(b)．
图4-3-4
根据图4-3-4你的理解，热力学第二定律的实质是什么？
【解析】 第二种表述的意思是：热机吸收热量，对外做功，同时把热量传给低温物体．其表述示意图如图所示．其实质是：一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性．
【答案】 图见解析 一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性
热力学第二定律教案
一、教学目标
1、了解热传导过程的方向。
2、了解什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可能制成。
3、了解热力学第二定律的两种不同的表述以及这两种表述的物理实质。
4、了解什么是能量耗散。
5、知道绝对零度不可能达到。
6、指导学生分析事例，培养学生分析问题和理论联系实际的能力
二、重点、难点分析
重点：1、热力学第二定律两种常见的表述
2、什么是绝对零度，知道它是不可达到的
难点：1、热力学第二定律表述的物理实质
2、自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性
三、教学设计
引入新课
我们在初中学过，当物体温度升高时，就要吸收热量；当物体温度降低时，就要放出热量。而且热量公式Q = cm△t，这里有一个有趣的问题：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0.1oC,将要放出多少焦耳的热量?
这是因为电冰箱消耗了电能，对致冷系统做了功。一旦切断电源，电冰箱就不能把其内部的热量传给外界的空气了。相反，外界的热量会自发地传给电冰箱，使其温度逐渐升高。
学生总结：
热传导的方向性：两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体。要实现相反过程，必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起其他变化。
二、第二类永动机
前面我们学习了第一类永动机，不能制成的原因是什么？（违背了能量守恒），什么是第二类永动机呢？
学生看书，并思考讨论下列问题：
1、热机是一种把什么能转化成什么能的装置？
2、热机的效率能否达到100%？
3、第二类永动机模型
4、机械能和内能转化的方向性
然后由各小组代表回答，教师进行思路点拨
1.热机是一种把内能转化成机械能的装置
2.热机的效率不能达到100%
原因分析：
以内燃机为例，气缸中的气体得到燃烧时产生的热量为Q1，推动活塞做工W，然后排出废气，同时把热量Q2散发到大气中，
由能量守恒定律可知：Q1 = W + Q2
我们把热机做的功W和它从热源吸收的热量Q1的比值叫做热机的效率，用 表示η=W / Q1
实际上热机不能把得到的全部内能转化为机械能，热机必须有热源和冷凝器，热机工作时，总要向冷凝器散热，不可避免的要由工作物质带走一部分热量Q2，所以有：Q1>W
因此，热机的效率不可能达到100%，汽车上的汽油机械效率只有20%～30%，蒸汽轮机的效率比较高，也只能达到60%，即使是理想热机，没有摩擦，也没有漏气等能量损失，它也不可能把吸收的热量百分之百的转化成机械能，总要有一部分散发到冷凝器中
能从单一热源吸收热量，然后全部用来做功，而不引起其他变化的机器，称为第二类永动机。
第二类永动机并不违反能量守恒定律，人们为了制造出第二类永动机作出了各种努力，但同制造第一类永动机一样，都失败了。
为什么第二类永动机不可能制成呢？
因为机械能和内能的转化过程具有方向性。
4.机械能全部转化成内能，内能却不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化
三、热力学第二定律
再举实例，说明有些物理过程具有方向性
气体的扩散现象
书上连通器的小实验 （气体向其中膨胀）
热力学第二定律的两种表述
表述一：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
（按照热传递的方向性来表述的）
表述二：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化。也可表述为第二类永动机是不可能制成的。（机械能与内能转化具有方向性）
这两种表述是等价的，可以从一种表述导出另一种表述，所以他们都称为热力学第二定律。
热力学第二定律揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性。（自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性）
四、能量耗散
（设疑）既然自然界中的能量是守恒的，为什么还要节约能源呢？因为有的能量可以利用有的能量不便于利用。
举例说明：流动的水带动水磨做功
电池中的化学能转变成电能，电能又在灯泡中转变成光能
火炉把屋子烧暖等
学生总结：流散的内能无法重新收集起来加以利用的现象，称为能量耗散
能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程具有方向性。
五、绝对零度不可达到
宇宙中存在着温度的下限：—273.15℃，以这个下限为起点的温度叫做热力学温度，用T，单位是开尔文，符号是K，热力学温度T同摄氏温度t的换算关系是：T = t + 273.15K
一些实际的温度值
学生分析此表，并结合课本可以知道，实验室中的低温已经非常接近热力学零度了（也称绝对零度）
对大量事实的分析表明：热力学零度不可达到。这个结论称做热力学第三定律。
尽管热力学零度不可能达到，但是只要温度不是绝对零度就总有可能降低。因此，热力学第三定律不阻止人们想办法尽可能地接近绝对零度。
随堂练习
1、热力学第二定律使人们认识到，自然界中进行的涉及 现象的宏观过程都具有 性，例如机械能可以 转化为内能，但内能 全部转化成机械能，而不引起其他变化。
2、热传导的规律为： （ ）
A、热量总是从热量较多的物体传递给热量较少的物体
B、热量总是从温度较高的物体传递给温度较低的物体
C、热量总是从内能较多的物体传递给内能较少的物体
D、热量总是从比热容较大的物体传递给比热容较小的物体
