第三章第四节：热力学第二定律 学案（Word版含答案）

预习案
【自主学习】
阅读教材59页-62页，大约需要10分钟，读后请思考：
1.举例说明哪些宏观过程是不可逆的？
2. 热力学第二定律有哪两种表述方式？
3.既然自然界能量守恒，但能源为什么有限？
【学始于疑】（请将预习中不能解决的问题记录下来，供课堂解决。）
课堂案
【合作探究】热力学第二定律有哪两种表述方式？如何证明两种说法是等价的？
例1.下列过程中，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回到容器中，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．两瓶不同的液体自发地混合，然后又自发地各自分开
例2.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，缸外环境保持恒温，活塞与汽缸壁的接触是光滑的，但不漏气，现通过活塞杆使活塞缓慢地向右移动，这样气体将等温膨胀并通过活塞对外做功。若已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法中正确的是(　　)
A．气体是从单一热源吸热，并全部用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律
B．气体是从单一热源吸热，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．气体是从单一热源吸热，并全部用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律
D．气体不是从单一热源吸热，且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
【进阶闯关检测】
A类基础关
1．(多选)下列说法正确的是(　　)
A．热量能自发地从高温物体传到低温物体 B．热量不能从低温物体传到高温物体
C．热量传递是有方向性的 D．气体向真空中膨胀的过程是有方向性的
2．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
3．根据热力学第二定律，下列说法正确的是(　　)
A．电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递而不造成任何影响
B．机械能可以全部转化为内能，内能也可以自发地全部转化为机械能
C．可以制成一种热机，由热源吸取一定的热量而对外做功
D．冰可以熔化为水，水也可以结成冰，这个现象违背了热力学第二定律
B类能力关
4．(多选)根据你学过的热学中的有关知识，判断下列说法中正确的是(　　)
A．机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部用来做功转化成机械能
B．凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热量的传递中，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
C．尽管技术不断进步，热机的效率仍不能达到100%
D．汽车尾气中各类有害气体排入大气后严重污染了空气，可以想办法使它们自发地分离，而不产生其他影响，这样既清洁了空气，又变废为宝
5．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中，正确的是(　　)
A．能量耗散现象是指能量在周围环境中消失了 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．使用清洁的能源可以减少能量耗散
C类综合关（选做）
6．(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
7．热力学第二定律常见的表述有两种：
第一种表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体；
第二种表述：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。
图甲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在图乙中完成示意图，根据你的理解，热力学第二定律的实质是 。
【进阶闯关检测】答案
A类基础关
1．(多选)下列说法正确的是(　　)
A．热量能自发地从高温物体传到低温物体
B．热量不能从低温物体传到高温物体
C．热量传递是有方向性的
D．气体向真空中膨胀的过程是有方向性的
答案　ACD
解析　如果是自发地进行，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，A、C正确，B错误；气体向真空中膨胀的过程也是不可逆的，是具有方向性的，D正确。
2．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
答案　D
解析　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，只有火炉把房子烤暖是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D正确。
3．根据热力学第二定律，下列说法正确的是(　　)
A．电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递而不造成任何影响
B．机械能可以全部转化为内能，内能也可以自发地全部转化为机械能
C．可以制成一种热机，由热源吸取一定的热量而对外做功
D．冰可以熔化为水，水也可以结成冰，这个现象违背了热力学第二定律
答案　C
解析　电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递，在该过程中压缩机做功，即会产生其他的变化，故A错误；机械能可以全部转化为内能，内能不可以自发地全部转化为机械能，故B错误；可以制成一种热机，由热源吸取一定的热量而对外做功，如各种内燃机，但吸收的热量不能全部用来对外做功，而不产生其他影响，故C正确；冰可以熔化成水，水也可以结成冰，这两个过程伴随能量的转移，不是自发进行的，故这个现象没有违背热力学第二定律，故D错误。
B类能力关
4．(多选)根据你学过的热学中的有关知识，判断下列说法中正确的是(　　)
A．机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部用来做功转化成机械能
B．凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热量的传递中，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
C．尽管技术不断进步，热机的效率仍不能达到100%
D．汽车尾气中各类有害气体排入大气后严重污染了空气，可以想办法使它们自发地分离，而不产生其他影响，这样既清洁了空气，又变废为宝
答案　AC
解析　机械能可以全部转化为内能，而内能在引起其他变化时也可以全部转化为机械能，A正确；凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热量的传递中，热量可以自发地从高温物体传递给低温物体，也能从低温物体传递给高温物体，但必须借助外界的帮助，B错误；尽管科技不断进步，热机的效率仍不能达到100%，总有一部分能量以热量的形式损耗，C正确；一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，因此不可能使汽车尾气中各类有害气体排入大气后再自发地从大气中分离，而不产生其他影响，D错误。
5．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中，正确的是(　　)
A．能量耗散现象是指能量在周围环境中消失了
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．使用清洁的能源可以减少能量耗散
答案　C
解析　能量守恒定律是自然界无条件成立的普适定律，能量耗散并不是指能量消失了，A错误，C正确；热力学第二定律说明了能量在转化过程中不可逆，因此能量无法重新收集加以利用，B错误；清洁能源的使用过程中，能量同样发生耗散，D错误。
C类综合关（选做）
6．(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
答案　ACD
解析　空气能热水器与空调的工作原理类似，它们在工作时都遵守热力学第一定律，C正确；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，可知A、D正确，B错误。
7．热力学第二定律常见的表述有两种：
第一种表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体；
第二种表述：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。
图甲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在图乙中完成示意图，根据你的理解，热力学第二定律的实质是 。
答案　如图所示。
一切与热现象有关的宏观过程均具有方向性