第三章 第四节
一、选择题：在每小题给出的四个选项中，第1～4题只有一项符合题目要求，第5～10题有多项符合题目要求．
1．下列过程可能发生的是( )
A．某工作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，其内气体自发溢出后又自发溢进去，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．将两瓶不同液体自发混合，然后它们又自发地各自分开
【答案】C [根据热力学第二定律，热量不可能从低温物体自发地传递给高温物体，而不引起其他的变化，但通过一些物理手段是可以实现的，故C项正确；内能转化为机械能不可能自发地进行，故A项错；气体膨胀具有方向性，故B项错；扩散现象也有方向性，D项也错．]
2．质量一定的某种物质，在压强不变的条件下，由液态Ⅰ向气态Ⅲ(可看成理想气体)变化过程中温度(T)随加热时间(t)变化关系如图所示．单位时间所吸收的热量可看作不变，则下列说法错误的是( )
A．在区间Ⅱ，物质的内能不变
B．在区间Ⅲ，分子间的势能不变
C．从区间Ⅰ到区间Ⅲ，物质的熵增加
D．在区间Ⅰ，物质分子的平均动能随着时间的增加而增大
【答案】A [在区间Ⅱ，物质不断吸收热量，物质的温度虽然不变即平均动能不变，但物质不断地由液体变为气体，物质的势能增大，A错；气体的分子之间除碰撞有相互作用力外，基本无力的作用，故分子间的势能不变，B正确；由区间Ⅰ到区间Ⅲ时，物质由液态变为气态，物质的无序程度增大，即物质的熵增加，C正确；在Ⅰ、Ⅲ区间物质的温度随时间的增加升高，说明物质分子的平均动能随时间的增加而增大，D正确．]
3．(2018年廊坊期末)关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说法正确的是( )
A．第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律
B．第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律
C．由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能
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，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的
【答案】D [第二类永动机不违反能量守恒定律，违反了热力学第二定律，A错误；第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律，B错误；改变内能的方式有做功和热传递，二者在内能的改变上是等效的，若对外做功的同时吸收热量，内能可能不变，C错误；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，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的，要产生其他影响，D正确．故选D．]
4．(2018年郑州名校期末)关于热现象和热学规律，下列说法中不正确的是( )
A．第一类永动机不可能制造成功的原因是违背了能量守恒定律
B．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的
C．用活塞压缩汽缸里的气体，外界对气体做功2.0×105 J，同时气体向外界放出热量0.5×105 J，则气体内能增加了1.5×105 J
D．一定质量的理想气体温度升高1 K，其等容过程中吸收的热量大于等压过程吸收的热量
【答案】D [第一类永动机不可能制造成功的原因是违背了能量守恒定律，故A正确；根据热力学第二定律，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，故B正确；用活塞压缩汽缸里的气体，外界对气体做功2.0×105 J，为正值，同时气体向外界放出热量0.5×105 J，为负值，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q＝2.0×105－0.5×105＝1.5×105 J，气体内能增加了1.5×105 J，故C正确；等容过程中吸收的热量仅仅增加为内能，而等压升温的过程中体积增大，对外做功，吸收的热量转化为内能和对外做功，所以一定质量的理想气体温度升高1 K，其等容过程中吸收的热量小于等压过程吸收的热量，故D错误．本题选择错误的，故选D．]
5．关于热力学第二定律的微观意义，下列说法正确的是( )
A．大量分子无规则的热运动能够自动转变为有序运动
B．热传递的自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程
C．热传递的自然过程是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程
D．一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行
【答案】CD [一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行，这是热力学第二定律的微观意义．]
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，经过一段时间大米和小米不会自动分开
B．将一滴红墨水滴入一杯清水中，墨水会均匀地扩散到整杯水中，经过一段时间，墨水和清水不会自动分开
C．冬季的夜晚，放在室外的物体随着气温的降低，内能不会自发地转化为机械能而动起来
D．随着技术的提高，热机的效率可达100%
【答案】BC [热力学第二定律反映的是与热现象有关的宏观过程方向性的规律，A不属于热现象，A错误；由热力学第二定律可知B、C正确；热机在工作过程中，一定会释放热量，效率不会达到100%，D错误．]
7．下列关于热机的说法正确的是( )
A．热机是把内能转化为机械能的装置
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，它可以把气体的内能全部转化为机械能
D．即使没有漏气，也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
【答案】AD [热机是把内能转化为机械能的装置，A选项正确，B选项错误；热机的效率不可能达到100%，肯定有一部分能量散发到冷凝器中，D选项正确．]
8．下列说法中正确的( )
A．悬浮在液体中的微小固体颗粒的运动是无规则的，说明液体分子的运动也是无规则的
B．物体中分子热运动动能的总和等于物体的内能
C．热机的效率可以等于100%
D．熵值越大，代表系统分子运动越无序
【答案】AD [固体小颗粒的无规则运动，间接说明液体分子的运动也是无规则的，A正确；物体中分子热运动动能和势能的总和等于物体的内能，B错误；由热力学第二定律知热机的效率小于1，C错误；熵值越大，代表系统分子运动越无序，D正确．]
9．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，而不引起其他变化的热机叫做第二类永动机
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
【答案】AD [根据第二类永动机的定义可知A选项正确，第二类永动机不违反能量守恒定律，而是违反热力学第二定律，所以B选项错误．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，C选项错误，D选项正确．所以，该题的正确答案是A、D．]
10．(2018年沈阳名校联考)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，如图所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电．关于这一现象的正确说法是( )
A．这一实验不违背热力学第二定律
B．在实验过程中，热水温度降低，冷水温度升高
C．在实验过程中，热水的内能全部转化成电能，电能则部分转化成冷水的内能
D．在实验过程中，热水的内能只有部分转化成电能，电能则全部转化成冷水的内能
【答案】AB [自然界中的任何自然现象或过程都不违反热力学定律，本实验现象也不违反热力学第二定律，A正确．整个过程中能量守恒且热传递有方向性，B正确．在实验过程中，热水中的内能除转化为电能外，还升高金属丝的温度，内能不能全部转化为电能；同理电能除转化为冷水的内能外，还升高金属丝的温度，电能不能全部转化为冷水的内能．C、D错误．]
二、非选择题
11.氢作为一种清洁能源，正日益受到各国的重视．许多汽车厂商正努力研究用氢作为燃料来取代汽油，生产21世纪的“环保”汽车．设有一种燃氢汽车，正常燃烧时的耗氢量为1.2 kg/h，并且在0.01×105 Pa的压强下燃烧，氢的燃烧热值为285.8 kJ/mol，则：
(1)以氢气为燃料的汽车与目前以汽油为燃料的汽车相比有哪些优点；
(2)若燃烧后内能转化为机械能的效率为50%，这辆汽车受到的阻力为1 000 N，问这辆汽车的最大速度为多大？
【答案】(1)见解析 (2)23.6 m/s
解析：(1)氢气汽车以H2为燃料，生成物为H2O，因此无污染．H2燃烧释放的热量值高，使汽车的功率增大．
(2)1.2 kg氢气完全燃烧产生的热量为
Q＝×285.8 kJ/mol≈1.7×108 J，
汽车的功率P＝，当F＝f＝1 000 N时，汽车达到最大速度，又P＝F·vmQ且v=则
vm＝＝＝ m/s≈23.6 m/s.
课件45张PPT。第四节 热力学第二定律1．“第一类永动机”不可能制成，是因为( )
A．不符合机械能守恒定律
B．违背了能的转化和守恒定律
C．做功产生的热不符合热功当量
D．找不到合适的材料和合理的设计方案
【答案】B
2．一定量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量2.5×104 J，气体对外界做功1.0×104 J，则该理想气体的( )
A．温度降低，密度增大
B．温度降低，密度减小
C．温度升高，密度增大
D．温度升高，密度减小
【答案】D [由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，Q＝2.5×104 J，W＝－1.0×104 J可知ΔU大于零，气体内能增加，温度升高，A、B错；气体对外做功，体积增大，密度减小，C错、D对． ]3．(2017年凉山名校期末)一定质量的理想气体(分子力不计)，体积由V膨胀到V′.如果通过压强不变的过程实现，对外做功大小为W1，传递热量的值为Q1，内能变化为ΔU1；如果通过温度不变的过程来实现，对外做功大小为W2，传递热量的值为Q2，内能变化为ΔU2，则( )
A．W1＞W2，Q1＜Q2，ΔU1＞ΔU2
B．W1＞W2，Q1＞Q2，ΔU1＞ΔU2
C．W1＜W2，Q1＝Q2，ΔU1＞ΔU2
D．W1＝W2，Q1＞Q2，ΔU1＞ΔU2
4．一定质量的气体从外界吸收了4.2×105 J的热量，同时气体对外做了6×105 J的功．问：
(1)物体的内能是增加还是减少？变化量是多少？
(2)分子势能是增加还是减少？
(3)分子的平均动能是增加还是减少？
【答案】(1)减少 1.8×105 J (2)增加 (3)减少
解析：(1)因为气体从外界吸热，所以Q＝＋4.2×105 J，又因气体对外做功，所以W＝－6×105 J．
由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，
有ΔU ＝W＋Q
＝－6×105 J＋4.2×105 J
＝－1.8×105 J．
ΔU为负，说明气体的内能减少了1.8×105 J．
(2)因为气体对外做功，所以气体的体积膨胀，分子间的距离增大了，分子力做负功，气体分子势能增加．
(3)因为气体内能减少了，同时气体分子势能增加，说明气体分子的平均动能减少了．
一、热传导的方向性
1．两个温度不同的物体互相接触时，热量会自发地从________物体传给________物体，但不会自发地从________物体传给________物体．这说明：热传导过程是有________的．
2．热力学第二定律是一条反映自然过程进行________和________的规律．高温 低温 低温 高温 方向性 方向 条件 二、机械能和内能转化过程的方向性
1．机械能和内能转化过程具有________性，即机械能全部转化为内能的过程是可以________进行的，内能全部转化为机械能的过程，是不能________进行的，要将内能全部转化为机械能，必然会引起其他影响．
2．第二类永动机
(1)定义
从___________吸热全部用来_______，而不引起其他变化的热机．
(2)第二类永动机不可能制成原因是它违背了___________定律．方向 自发 自发 单一热源 做功 热力学第二 三、热力学第二定律的表述
1．第一种表述(克劳修斯表述)：热量不能________从低温物体传递到高温物体．(按照热传导的方向性来表述的)
2．第二种表述(开尔文表述)：不可能从______________吸收热量并把它全部用来________，而不引起其他变化．(按照机械能与内能转化过程的方向性来表述的)
热力学第二定律的这两种表述是________的．热现象的宏观过程都具有________．
3．自然界中一切与________有关的自然过程都具有方向性．自发地 单一热源 做功 等价 方向性 热现象 热传导的方向性能否简单理解为“热量不会从低温物体传给高温物体”？
【答案】不能．“自发地”是指没有第三者影响，例如空调、冰箱等制冷机就是把热量从低温物体传到了高温物体，但是也产生了影响，即外界做了功．
四、热力学第二定律的微观实质
1．做功是与分子群体的________运动联系在一起的，内能是和分子的________运动联系在一起的，机械能转化为内能的过程，从微观上来说，是大量分子的______运动朝________运动的方向转换的过程，其相反方向的过程是大量分子从________运动朝________运动方向转换的过程．有序 无序 有序 无序 无序 有序
2．热传导过程是使物体内部分子的热运动由比较______的状态向________的状态转化的过程．
3．热力学第二定律的微观实质
与热现象有关的自发的宏观过程，总是朝着分子热运动状态________增加的方向进行的．有序 无序 无序性 五、熵
意义：描述物体的无序程度，物体内部分子热运动无序程度越高，物体的熵就________．越大 随着科技的不断发展，假如能够使热机没有漏气没有摩擦也没有机体热量损失，是不是能够使热机效率达100%?
【答案】不能，原因是热机的工作物质吸收的热量不能全部用来做功，如汽车尾气会带走一部分热量．1．可逆过程与不可逆过程
一个系统由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态，如果存在另一过程，它能使系统和外界完全复原，即系统回到原来的状态，同时消除原来过程对外界的一切影响，则原来的过程称为可逆过程；如果用任何方法都不能使系统和外界完全复原，则原来的过程称为不可逆过程． 自然过程的方向性
2．热传递的方向性
热量能够自发地从高温物体传到低温物体，使高温物体的温度降低，低温物体的温度升高，却不能自发地从低温物体传到高温物体．
特别提醒：(1)“自发地”过程就是不受外来干扰进行的自然过程．
(2)要将热量从低温物体传向高温物体，必须有“外界的影响或帮助”，就是要有外界对其做功才能完成．电冰箱就是一例．
(3)凡是与热现象有关的宏观过程都是不可逆的，都具有方向性． 例1 下列说法正确的是( )
A．热传导的过程是有方向性的
B．根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传给高温物体
C．机械能全部变成内能是不可能的
D．热力学第二定律表明，所有物理过程都具有方向性
解析：根据热力学第二定律和实验事实都可以说明，热传导的过程是有方向性的，热量可以从高温物体自发地传给低温物体，却不能自发地从低温物体传给高温物体，A选项正确；如果借助外界的帮助，热量是可以从低温物体传给高温物体的，但肯定引起其他的变化，比如电冰箱制冷时需要消耗电能，B选项错误；机械能可以全部转变成内能，而内能却不能全部转变成机械能，C选项错误．热力学第二定律指出了所有大量分子参与的宏观过程具有方向性，即涉及热现象的宏观过程具有方向性，但并不是指所有的物理过程都具有方向性，D选项错误．
答案：A
【题后反思】热力学第二定律反映了一个自然规律，即大量分子参与的、与热现象有关的宏观过程具有方向性，主要是热传导的方向性和机械能转化为内能的方向性．但热力学第二定律并不反映所有物理过程的方向性，也不是违反能量守恒定律．1．(多选)下列说法不正确的是( )
A．热量不可能由低温物体传递到高温物体
B．外界对物体做功，物体的内能一定增加
C．第一类永动机违反了热力学第二定律
D．第二类永动机不能制成，说明自然界中涉及热现象的宏观过程都具有方向性
【答案】ABC [热量在一定的条件下可以由低温物体传递到高温物体，比如电冰箱，故A错误；由公式ΔU＝W＋Q知做功和热传递都能改变物体内能，外界对物体做功若物体同时放出热量，物体的内能不一定增加，故B错误；第一类永动机不消耗能量而对外做功，违反了能量守恒定律，故C错误；第二类永动机违背了热力学第二定律，说明自然界中涉及热现象的宏观过程都具有方向性，故D正确．]1．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．
热力学第二定律理解中的几个问题
2．其他影响：指除了从单一热库吸收的热量，以及所做的功以外的其他一切影响；或者除了从低温物体吸收热量、高温物体得到相同的热量外，其他一切影响和变化．不是不能从单一热库吸收热量而对外做功，而是这样做的结果，一定伴随着其他变化或影响．同样，也不是热量不能从低温物体传到高温物体，而是指不产生其他影响的自动热传递是不可能的．
3．关于“不可能”：实际上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，不论用任何曲折复杂的办法都不可能加以消除．
4．适用条件：只能适用于由很大数目分子所构成的系统及有限范围内的宏观过程．而不适用于少量的微观体系，也不能把它扩展到无限的宇宙．
5．两种表述是等价的．
如果克劳修斯表述不成立，则开尔文表述也不成立． 例2 随着世界经济的快速发展，能源短缺问题日显突出，近期油价不断攀升，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．不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他的变化
B．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
C．满足能量守恒定律的物理过程都能自发地进行
D．外界对物体做功，物体的内能必然增加
解析：由热力学第二定律的开尔文表述可知A对．热机效率总低于100%，B错．满足能量守恒的过程未必能自发进行，任何过程一定满足热力学第二定律，C错．由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，W>0，ΔU不一定大于0，即内能不一定增加，D错．
答案：A
【题后反思】1.注意热力学第二定律的克劳修斯及开尔文表述的完整性，不能断章取义．
2．热力学第一定律与热力学第二定律的区别与联系．
3．内能改变的两种方式．2．我们绝不会看到：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来，其原因是( )
A．违反了能量守恒定律
B．在任何条件下内能都不可能转化为机械能，只有机械能可能转化成内能
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．以上原因都不正确
【答案】C [根据热力学第二定律的开尔文表述：热量不可能自发地从低温物体传给高温物体，也不可能从单一热库吸收热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响．这里所说的“产生其他影响”就是“有条件的”，C选项正确．]1．有序与无序
所谓有序，是指事物内部的要素或事物之间有规则的联系和运动转化；无序是指事物内部各种要素或事物之间混乱而无规则的组合和运动变化．
2．热力学第二定律的微观本质
一切不可逆过程总是沿着大量分子热运动无序程度增大的方向进行． 熵——无序程度的量度
3．熵和熵增加原理
(1)定义
在物理学中，用来量度系统无序程度的物理量叫做熵．
(2)熵增加原理
在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小，如果过程可逆，则熵不变；如果过程不可逆，则熵增加．
①每一个不可逆过程都会导致熵的增加．
②从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律：一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序程度更大的方向发展． 例3 下面关于熵的说法中错误的是( )
A．熵是系统内分子运动无序性的量度
B．在自然过程中一个孤立系统的熵总是增加或不变的
C．热力学第二定律也叫做熵减小原理
D．熵值越大代表着越无序
解析：一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行，这就是热力学第二定律的微观意义．系统的热力学过程就是大量分子向无序程度大的状态变化的过程．自然过程的方向性可以表述为：在任何自然过程中，一个孤立系统的熵值不会减小，因此，热力学第二定律又称为熵增加原理．因此，A、B、D正确，C错误．
答案：C
例4 下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一定律
解析：热量不可以自发地从冰箱内传到冰箱外，A错误；冰箱是通过压缩机消耗了电能而实现制冷的，B正确；电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律，总能量是守恒的，C正确，D错误．
答案：BC3．往一杯清水中滴入一滴红墨水，一段时间后，整杯水都变成了红色．这一现象在物理学中称为________现象，是由于分子的____________而产生的，这一过程是沿着分子热运动的无序性________的方向进行的．
【答案】扩散 无规则运动 增加
