資源簡介

第3節　熱力學第二定律
第4節　熵——系統無序程度的量度
1~8題每題7分，共56分
考點一　熱力學第二定律的理解
1.關于自然過程中的方向性，下列說法正確的是 (　　)
A.摩擦生熱的過程是可逆的
B.凡是符合能量守恒的過程一般都是可逆的
C.涉及熱現象的宏觀自然過程都具有“單向性”或“不可逆性”
D.空調機既能制冷又能制熱，說明熱傳遞不存在方向性
2.把水和酒精混合后，用蒸發的方式又可以分開，然后液化恢復到原來的狀態，這說明 (　　)
A.擴散現象沒有方向性
B.將水和酒精分開時，引起了其他變化，故擴散具有方向性
C.將水和酒精分開時，并沒有引起化學變化，故擴散現象沒有方向性
D.用本題的實驗，無法說明擴散現象是否具有方向性
3.(多選)電冰箱能夠不斷地把熱量從溫度較低的冰箱內部傳給溫度較高的外界空氣，這說明 (　　)
A.熱量能自發地從低溫物體傳給高溫物體
B.在一定條件下，熱量可以從低溫物體傳給高溫物體
C.熱量的傳遞過程不具有方向性
D.在自發的條件下熱量的傳遞過程具有方向性
4.(多選)若有人想制造一種使用于輪船上的機器，它從海水中吸熱全部轉變為功，而不產生其他影響，關于這種設想，下列說法正確的是 (　　)
A.這種機器能造成
B.這種機器不能造成
C.這種機器違反了熱力學第一定律
D.這種機器違反了熱力學第二定律
5.以下現象違背熱力學第二定律的是 (　　)
A.一杯熱茶在打開蓋后，茶會自動變涼
B.沒有漏氣、沒有摩擦的理想熱機，其效率可能是100%
C.桶中渾濁的泥水靜置一段時間后，泥沙下沉，上面的水變清，泥、水自動分離
D.在地面上運動的物體逐漸停下來，機械能全部變為內能
考點二　對“熵——系統無序程度的量度”的理解
6.(多選)關于熱力學第二定律的微觀意義，下列說法中正確的是 (　　)
A.大量分子無規則的熱運動能夠自發轉變為有序運動
B.熱傳遞的自然過程是大量分子從有序運動狀態向無序運動狀態轉化的過程
C.熱傳遞的自然過程是大量分子從無序程度小的運動狀態向無序程度大的運動狀態轉化的過程
D.一切自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行
考點三　熱力學第一定律和熱力學第二定律的比較
7.關于熱力學定律，下列說法正確的是 (　　)
A.對某物體做功，必定會使該物體的內能增加
B.質量一定的某種理想氣體吸收熱量后溫度一定升高
C.不可能使熱量從低溫物體傳向高溫物體
D.功轉變為熱的實際宏觀過程是不可逆過程
8.(多選)關于熱力學第一定律和熱力學第二定律，下列說法正確的是 (　　)
A.一定質量的理想氣體經歷緩慢的絕熱膨脹過程，氣體的內能減少
B.氣體向真空的自由膨脹是不可逆的
C.第一類永動機不可能制成是因為違背了熱力學第二定律
D.熱力學第二定律可描述為“不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體”
9~12題每題8分，共32分
9.(2024·鹽城市一中高二調研)關于能量和能源，下列說法中正確的是 (　　)
A.能量在轉化和轉移過程中，其總量有可能增加
B.能量在轉化和轉移過程中，其總量會不斷減少
C.能量在轉化和轉移過程中總量保持不變，故節約能源沒有必要
D.能量的轉化和轉移具有方向性，且現有可利用的能源有限，故必須節約能源
10.如圖所示，氣缸內盛有一定質量的理想氣體，氣缸壁是導熱的，缸外環境保持恒溫，活塞與氣缸壁的接觸處是光滑的，但不漏氣。現將活塞桿與外界連接并緩慢地向右移動，這樣氣體將等溫膨脹并通過桿對外做功。已知理想氣體的內能只與溫度有關，則下列說法正確的是 (　　)
A.氣體是從單一熱源吸熱，全用來對外做功，因此此過程違反熱力學第二定律
B.氣體是從單一熱源吸熱，但并未全用來對外做功，所以此過程不違反熱力學第二定律
C.氣體是從單一熱源吸熱，全用來對外做功，但此過程不違反熱力學第二定律
D.以上三種說法都不對
11.(2023·重慶市巴蜀中學高二期末)如圖所示，兩種不同的金屬組成一個回路，接觸頭1置于熱水杯中，接觸頭2置于冷水杯中，此時回路中電流計發生偏轉，這是溫差電現象，假設此過程電流做功為W，接觸頭1從熱水中吸收的熱量為Q1，冷水從接觸頭2吸收的熱量為Q2，根據熱力學第二定律可得 (　　)
A.Q1=W B.Q1>W
C.Q112.(多選)(2022·湖南卷改編)利用“渦流效應”可實現冷熱氣體的分離。如圖，一冷熱氣體分離裝置由噴嘴、渦流室、環形管、分離擋板和冷熱兩端管等構成。高壓氮氣由噴嘴切向流入渦流室中，然后以螺旋方式在環形管中向右旋轉前進，分子熱運動速率較小的氣體分子將聚集到環形管中心部位，而分子熱運動速率較大的氣體分子將聚集到環形管邊緣部位。氣流到達分離擋板處時，中心部位氣流與分離擋板碰撞后反向，從A端流出，邊緣部位氣流從B端流出。下列說法正確的是 (　　)
A.A端為冷端，B端為熱端
B.A端流出的氣體分子熱運動平均速率一定小于B端流出的
C.A端流出的氣體內能一定大于B端流出的
D.該裝置氣體進出的過程滿足能量守恒定律，但違背了熱力學第二定律
　(12分)
13.(多選)如圖是空氣能熱水器的工作原理示意圖，它主要由儲水箱、毛細管、蒸發器、壓縮機、冷凝器等部件組成。制冷劑在毛細管、蒸發器、壓縮機、冷凝器之間循環過程與我們所熟悉的電冰箱的制冷循環過程相同，其工作過程如下：
①液態制冷劑經過一段很細的毛細管緩慢地進入蒸發器，在蒸發器中迅速汽化，并從低溫的空氣中吸收熱量。
②制冷劑汽化生成的蒸汽被壓縮機壓縮后變成高溫高壓的蒸汽進入冷凝器。
③在冷凝器中，高溫高壓的蒸汽將熱量傳遞給水并發生液化。制冷劑以此不斷循環流動，使水的溫度不斷上升。下列說法正確的是 (　　)
A.空氣能熱水器實現了“熱量由低溫物體(空氣)傳向高溫物體(水)”
B.空氣能熱水器中的水被加熱是由電直接加熱的
C.空氣能熱水器的工作原理不違反熱力學第一定律
D.空氣能熱水器的制熱系統能夠不斷地把空氣的內能傳給水，是因為其消耗了電能
答案精析
1.C
2.B　[由題意可知，兩者混合時是自動發生的，但兩者分離時，要先加熱后冷卻，也就是說，向分離與向混合這兩個方向的發展是可以通過過程是否自動完成、是否需要外加其他手段才能完成來區分的，因此，可以證明擴散是有方向性的，B正確，A、C、D錯誤。]
3.BD　[一切自發過程都有方向性，如熱傳遞，熱量總是由高溫物體自發地傳向低溫物體；在外界幫助下，熱量可以從低溫物體傳向高溫物體，電冰箱就是借助外界做功把熱量從低溫物體(冷凍食品)傳向高溫物體(周圍的大氣)。故B、D正確，A、C錯誤。]
4.BD　[這種機器從海水中吸熱全部轉變為功，而不產生其他影響，這相當于第二類永動機，第二類永動機不違反熱力學第一定律，但違反了熱力學第二定律，不能造成，故B、D正確。]
5.B　[熱茶自動變涼是熱量從高溫物體傳遞到低溫物體，不違背熱力學第二定律；任何熱機效率都不可能達到100%，違背熱力學第二定律；泥、水分離是機械能向內能的轉化，不違背熱力學第二定律；物體因摩擦力而停下來，是機械能向內能的轉化，是自發過程，不違背熱力學第二定律，故選B。]
6.CD　[熱傳遞的過程中熱量從溫度高的物體向溫度低的物體傳遞，是大量分子從無序程度小的運動狀態向無序程度大的運動狀態轉化，而不是從有序運動狀態向無序運動狀態的轉化；大量分子的運動不可能從無序運動自動轉為有序運動；自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行。A、B錯誤，C、D正確。]
7.D　[由熱力學第一定律ΔU=W+Q，改變內能的方式有做功和熱傳遞，若W>0，而Q<0，則內能不一定增加，A項錯誤；同理氣體吸收熱量后，內能不一定增加，溫度不一定升高，B項錯誤；在產生其他影響的情況下熱量可以從低溫物體傳向高溫物體，C項錯誤；功轉變為熱具有方向性，D項正確。]
8.AB　[一定質量的理想氣體經歷緩慢的絕熱膨脹過程，Q=0，W<0，根據ΔU=W+Q可知，氣體的內能減小，故A正確；熱力學第二定律表明：自然界中進行的涉及熱現象的宏觀過程都具有方向性，是不可逆的，故氣體向真空的自由膨脹是不可逆的，故B正確；第一類永動機不可能制成是因為違背了能量守恒定律，故C錯誤；熱力學第二定律可描述為“不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化”，故D錯誤。]
9.D　[能量在轉化和轉移過程中，總量是守恒的，但品質降低了，且現有可利用的能源有限，故我們要注意節約能源，選項D正確。]
10.C　[由于氣缸壁是導熱的，外界溫度不變，活塞桿與外界連接并使活塞緩慢地向右移動過程中，有足夠時間進行熱傳遞，氣缸內的氣體溫度不變，即內能不變。該過程氣體是從單一熱源即外部環境吸收熱量，全部用來對外做功并保證內能不變，但此過程并不違反熱力學第二定律，這是因為此過程需要外力對活塞做功來維持，如果沒有外力對活塞做功，此過程不可能自發進行，故選項C正確。]
11.B　[根據熱力學第二定律，不可能從單一熱源吸收熱量使之全部用來做功，而不產生其他影響；所以從熱水中吸收的熱量Q1應該大于電流做的功W，即Q1>W。根據能量守恒定律和熱力學第二定律，從熱水中吸收的熱量轉化成了兩部分，一部分是電能W，另一部分是冷水吸收的熱量Q2，故選B。]
12.AB　[依題意，中心部位為熱運動速率較低的氣體，與擋板作用后反彈，從A端流出，而邊緣部分為熱運動速率較高的氣體，從B端流出；同種氣體分子平均熱運動速率較大、其對應的溫度也就較高，所以A端為冷端、B端為熱端，故A正確。依題意，A端流出的氣體分子熱運動速率較小，B端流出的氣體分子熱運動速率較大，所以從A端流出的氣體分子熱運動平均速率小于從B端流出的，從A端流出的氣體分子平均動能小于從B端流出的氣體分子平均動能；內能的多少還與分子數有關，依題意，不能得出從A端流出的氣體內能一定大于從B端流出的氣體內能，故B正確，C錯誤。該裝置將冷熱不均的氣體進行分離，噴嘴處有高壓，即通過外界做功而實現的，并不是自發進行的，沒有違背熱力學第二定律；溫度較低的從A端流出、較高的從B端流出，也符合能量守恒定律，故D錯誤。]
13.ACD　[空氣能熱水器工作時將外界低溫空氣中的熱收集起來然后通過壓縮機再傳給里面溫度較高的水，使水的溫度升高，故A、D正確，B錯誤；空氣能熱水器在工作時遵守熱力學第一定律，故C正確。]第3節　熱力學第二定律
第4節　熵——系統無序程度的量度
[學習目標]　1.知道什么是可逆過程與不可逆過程，知道熱傳遞的方向性。2.掌握熱力學第二定律的兩種表述，并能用熱力學第二定律解釋第二類永動機不能制成的原因(重點)。3.了解熵的概念及熵增加原理，并能解釋生活中的有關現象。
一、可逆過程與不可逆過程
1.可逆過程與不可逆過程
(1)可逆過程：一個系統由某一狀態出發，經過某一過程到達另一狀態，如果存在另一過程，它能使系統和外界完全復原，即系統回到原來的狀態，同時消除原來過程對外界的一切影響，則原來的過程稱為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)如果用任何方法都不能使系統和外界完全復原，則原來的過程稱為　　　　　　。
2.熱傳遞是不可逆過程，具有　　　　。
3.功熱轉化這一熱現象是不可逆的，具有　　　　。
4.凡是與熱現象有關的宏觀過程都具有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
二、熱力學第二定律及第二類永動機
1.熱力學第二定律
(1)克勞修斯表述
不可能使熱量從　　　　物體傳向　　　物體而不引起其他變化。
(2)開爾文表述
不可能從　　　　　　吸取熱量，使之完全用來做功而不引起其他變化。
2.第二類永動機
(1)定義
從　　　　　　吸取熱量并使之　　　　轉化為功而不引起其他變化的機器。
(2)第二類永動機不可能制成
第二類永動機并不違背熱力學　　　　　，但違背了熱力學　　　　　　。
(3)熱力學第二定律的又一表述
第二類永動機是　　　　實現的。
1.如何解釋熱力學第二定律的兩種表述中的“不引起其他變化”？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
2.(1)“熱量不可能從低溫物體傳向高溫物體”這種理解正確嗎？
(2)“功可以完全轉化為熱，但熱不能完全轉化為功”這種理解正確嗎？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
3.如圖是制冷系統和熱機的工作原理示意圖，通過圖思考以下問題。
(1)制冷系統工作時熱量是自發地從低溫熱源傳到高溫熱源嗎？
(2)熱機工作時能否將從高溫熱源吸收的熱量全部用于做功？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例1　(多選)根據熱力學第二定律可知，下列說法中正確的是(　　)
A.不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化
B.沒有冷凝器，只有單一的熱源，能將從單一熱源吸收的熱量全部用來做功，而不引起其他變化的熱機是可以實現的
C.不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化
D.如果沒有摩擦、漏氣等，熱機效率可以達到100%
例2　下列過程中可能發生的是(　　)
A.某種物質從高溫熱源吸收20 kJ的熱量，全部轉化為機械能，而沒有產生其他影響
B.打開一高壓密閉容器，其內氣體自發逸出后又自發跑進去，恢復原狀
C.利用其他手段，使低溫物體的溫度更低，高溫物體的溫度更高
D.將兩瓶不同液體混合，然后它們又自發地各自分開
例3　(多選)如圖所示為電冰箱的工作原理示意圖。壓縮機工作時，強迫制冷劑在冰箱內、外的管道中不斷循環。在蒸發器中制冷劑汽化吸收箱體內的熱量，經過冷凝器時制冷劑液化，放出熱量到箱體外。下列說法正確的是(　　)
A.熱量可以自發地從冰箱內傳到冰箱外
B.電冰箱的制冷系統能夠不斷地把冰箱內的熱量傳到外界，是因為其消耗了電能
C.電冰箱的工作原理不違背熱力學第二定律
D.電冰箱的工作原理違背熱力學第二定律
1.一切物理過程均遵循能量守恒定律，但遵循能量守恒定律的物理過程不一定均能實現。
2.熱力學第二定律的兩種表述分別對應著一種“不可能”，但都有一個前提條件“自發地”或“不產生其他影響”，如果去掉這種前提條件，就都是有可能的。例如電冰箱的作用就是使熱量從低溫物體傳到高溫物體，等溫膨脹就是從單一熱源吸收熱量，使之完全用來做功，但不是自發地或是產生了其他影響。
三、熵
如果分子的運動可自發地從無序變為有序，會有什么現象發生？這些現象會自然發生嗎？為什么？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.有序與無序
(1)生活中符合某種規則的現象稱為　　　，反之稱為　　　　。規則越多，一個宏觀狀態對應的微觀狀態越少，出現的概率越小，我們稱之為越有序。反之規則越少，一個宏觀狀態對應的微觀狀態就越多，出現的概率也越大，我們稱之為越無序。
(2)熱力學第二定律的微觀本質：與熱現象有關的自然發生的宏觀過程總是沿著大量分子熱運動無序程度　　　　的方向進行。
2.熵和熵增加原理
(1)熵的定義
用來量度系統　　　　的物理量叫作熵。
(2)熵增加原理
在孤立系統中的宏觀過程必然朝著　　　的方向進行。
3.熵與能量退降
在熵增加的同時，一切不可逆過程總是使得能量從可利用狀態轉化為不可利用狀態，　　　　退化了，這種現象稱為能量退降。
例4　下列關于熵的說法錯誤的是(　　)
A.熵是物體內分子運動無序程度的量度
B.在孤立系統中，一個自發的過程熵總是向減少的方向進行
C.熱力學第二定律的微觀實質是熵是增加的
D.熵值越大，代表系統分子運動越無序
四、熱力學第一定律和熱力學第二定律的比較
1.熱力學兩定律的比較
熱力學第一定律 熱力學第二定律
區別 是能量守恒定律在熱力學中的表現，否定了創造能量和消滅能量的可能性，從而否定了第一類永動機 是關于在有限空間和時間內，一切和熱現象有關的宏觀自然過程具有不可逆性的經驗總結，從而否定了第二類永動機
聯系 兩定律分別從不同角度揭示了與熱現象有關的物理過程所遵循的規律，二者既相互獨立，又相互補充，都是熱力學的理論基礎
2.兩類永動機的比較
第一類永動機 第二類永動機
設計要求 不消耗任何能量，可以不斷做功(或只給予很少的能量啟動后，可以永遠運動下去) 將內能全部轉化為機械能，而不引起其他變化(或只有一個熱源，實現內能向機械能的轉化)
不可能制 成的原因 違背了能量守恒定律 違背了熱力學第二定律
例5　關于兩類永動機和熱力學兩大定律，下列說法正確的是(　　)
A.第二類永動機不可能制成是因為違背了熱力學第一定律
B.第一類永動機不可能制成是因為違背了熱力學第二定律
C.由熱力學第一定律可知做功不一定改變內能，熱傳遞也不一定改變內能，但同時做功和熱傳遞一定會改變內能
D.由熱力學第二定律可知熱量從低溫物體傳向高溫物體是可能的，從單一熱源吸收熱量，完全變成功也是可能的
例6　(2020·全國卷Ⅱ)下列關于能量轉換過程的敘述，違背熱力學第一定律的有　　　　，不違背熱力學第一定律、但違背熱力學第二定律的有　　　　。(填正確答案標號)
A.汽車通過燃燒汽油獲得動力并向空氣中散熱
B.冷水倒入保溫杯后，冷水和杯子的溫度都變得更低
C.某新型熱機工作時將從高溫熱源吸收的熱量全部轉化為功，而不產生其他影響
D.冰箱的制冷機工作時從箱內低溫環境中提取熱量散發到溫度較高的室內
答案精析
一、
1.(1)可逆過程　(2)不可逆過程
2.方向性
3.方向性
4.方向性
二、
1.(1)低溫　高溫　(2)單一熱源
2.(1)單一熱源　完全　(2)第一定律　第二定律
(3)不可能
思考與討論
1.“不引起其他變化”是指使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體時外界不消耗任何功或從單一熱源吸收熱量全部用來做功而外界及系統都不發生任何變化。
2.(1)不正確。克勞修斯表述是說熱量不能自發地從低溫物體傳向高溫物體。如果外界消耗一定量的功，把熱量從低溫物體傳向高溫物體是完全可能的，如電冰箱和空調機的制冷過程。
(2)不正確。開爾文表述表明了在引起其他變化或產生其他影響的條件下，熱量能夠完全轉化為功，如理想氣體的等溫自由膨脹，內能不變，吸收的熱量全部轉化為功，但卻引起了體積的膨脹。
3.(1)不是，熱量從低溫熱源傳到高溫熱源時需要有外界做功。
(2)不能，熱機工作時只能將從高溫熱源吸收熱量的一部分用來做功，剩余的部分釋放到低溫熱源。
例1　AC　[熱力學第二定律揭示了與熱現象有關的物理過程的方向性，機械能和內能的轉化過程具有方向性，機械能可以全部轉化為內能，而內能要全部轉化為機械能必須借助外部的幫助，即會引起其他變化，A選項正確，B選項錯誤；熱傳遞過程也具有方向性，熱量能自發地從高溫物體傳給低溫物體，但是熱量要從低溫物體傳到高溫物體，必然要引起其他變化(外界對系統做功)，C選項正確；熱機效率無法達到100%，D項錯誤。]
例2　C　[根據熱力學第二定律，熱量自發地全部轉化為機械能是不可能的，A錯誤；氣體膨脹具有方向性，不能自發逸出又自發跑進去，使其恢復原狀，B錯誤；根據熱力學第二定律，熱量不可能從低溫物體自發地傳遞給高溫物體，而不引起其他的變化，但通過一些手段是可以實現的，C正確；擴散現象有方向性，因此混合后不能自發地各自分開，D錯誤。]
例3　BC　[根據熱力學第二定律，熱量不能自發地從低溫物體傳到高溫物體，要想使熱量從低溫物體傳到高溫物體必須借助于其他系統做功，故A錯誤，B正確；電冰箱的工作原理不違背熱力學第二定律，故C正確，D錯誤。]
三、
如果分子運動自發地從無序變為有序，那么會有內能自發地全部轉化為機械能，低溫物體自發地將熱量傳遞到高溫物體等現象發生；這些現象違背了熱力學第二定律，因此這些現象是不可能發生的。
梳理與總結
1.(1)有序　無序　(2)增大
2.(1)無序程度　(2)熵增加
3.能量品質
例4　B　[熵是分子運動無序程度的量度，熵越大，分子運動無序程度越大，A、D正確；孤立系統中發生的任何實際過程，其能量的總值保持不變，而其熵值增加，B錯誤，C正確。]
例5　D　[第一類永動機違背了能量守恒定律，第二類永動機違背了熱力學第二定律，A、B錯誤；由熱力學第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU=W+Q可以等于0，C錯誤；由熱力學第二定律可知選項D中的現象是可能的，但會產生其他影響，D正確。]
例6　B　C
解析　A項符合熱力學第一、第二定律。冷水和杯子溫度不可能都變低，只能是一個升高一個降低，或溫度都不變，B項描述違背了熱力學第一定律。C項描述雖然不違背熱力學第一定律，但違背了熱力學第二定律。D項中冰箱消耗電能從而可以從低溫環境中提取熱量散發到溫度較高的室內，不違背熱力學第二定律。(共58張PPT)
DISANZHANG
第3章
第3節　熱力學第二定律
第4節　熵——系統無序程度
　 　　的量度
1.知道什么是可逆過程與不可逆過程，知道熱傳遞的方向性。
2.掌握熱力學第二定律的兩種表述，并能用熱力學第二定律解釋第二類永動機不能制成的原因(重點)。
3.了解熵的概念及熵增加原理，并能解釋生活中的有關現象。
學習目標
一、可逆過程與不可逆過程
二、熱力學第二定律及第二類永動機
三、熵
課時對點練
四、熱力學第一定律和熱力學第二定律的比較
內容索引
可逆過程與不可逆過程
一
1.可逆過程與不可逆過程
(1)可逆過程：一個系統由某一狀態出發，經過某一過程到達另一狀態，如果存在另一過程，它能使系統和外界完全復原，即系統回到原來的狀態，同時消除原來過程對外界的一切影響，則原來的過程稱為　　　　 。
(2)如果用任何方法都不能使系統和外界完全復原，則原來的過程稱為
　　　　　　。
可逆過程
不可逆過程
2.熱傳遞是不可逆過程，具有　　　　。
3.功熱轉化這一熱現象是不可逆的，具有　　　　。
4.凡是與熱現象有關的宏觀過程都具有　　　　。
方向性
方向性
方向性
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熱力學第二定律及第二類永動機
二
1.熱力學第二定律
(1)克勞修斯表述
不可能使熱量從　　　物體傳向　　　物體而不引起其他變化。
(2)開爾文表述
不可能從　　　　　吸取熱量，使之完全用來做功而不引起其他變化。
低溫
高溫
單一熱源
2.第二類永動機
(1)定義
從　　　　　吸取熱量并使之　　　轉化為功而不引起其他變化的機器。
(2)第二類永動機不可能制成
第二類永動機并不違背熱力學　　　　　，但違背了熱力學　　　　　。
(3)熱力學第二定律的又一表述
第二類永動機是　　　　實現的。
單一熱源
完全
第一定律
第二定律
不可能
1.如何解釋熱力學第二定律的兩種表述中的“不引起其他變化”
思考與討論
答案　“不引起其他變化”是指使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體時外界不消耗任何功或從單一熱源吸收熱量全部用來做功而外界及系統都不發生任何變化。
2.(1)“熱量不可能從低溫物體傳向高溫物體”這種理解正確嗎
答案　不正確。克勞修斯表述是說熱量不能自發地從低溫物體傳向高溫物體。如果外界消耗一定量的功，把熱量從低溫物體傳向高溫物體是完全可能的，如電冰箱和空調機的制冷過程。
(2)“功可以完全轉化為熱，但熱不能完全轉化為功”這種理解正確嗎
答案　不正確。開爾文表述表明了在引起其他變化或產生其他影響的條件下，熱量能夠完全轉化為功，如理想氣體的等溫自由膨脹，內能不變，吸收的熱量全部轉化為功，但卻引起了體積的膨脹。
3.如圖是制冷系統和熱機的工作原理示意圖，通過圖思考以下問題。
(1)制冷系統工作時熱量是自發地從低溫熱源傳到高溫熱源嗎
答案　不是，熱量從低溫熱源傳到高溫熱源時需要有外界做功。
(2)熱機工作時能否將從高溫熱源吸收的熱量全部用于做功
答案　不能，熱機工作時只能將從高溫熱源吸收熱量的一部分用來做功，剩余的部分釋放到低溫熱源。
　 (多選)根據熱力學第二定律可知，下列說法中正確的是
A.不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化
B.沒有冷凝器，只有單一的熱源，能將從單一熱源吸收的熱量全部用來
　做功，而不引起其他變化的熱機是可以實現的
C.不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化
D.如果沒有摩擦、漏氣等，熱機效率可以達到100%
例1
√
√
熱力學第二定律揭示了與熱現象有關的物理過程的方向性，機械能和內能的轉化過程具有方向性，機械能可以全部轉化為內能，而內能要全部轉化為機械能必須借助外部的幫助，即會引起其他變化，A選項正確，B選項錯誤；
熱傳遞過程也具有方向性，熱量能自發地從高溫物體傳給低溫物體，但是熱量要從低溫物體傳到高溫物體，必然要引起其他變化(外界對系統做功)，C選項正確；
熱機效率無法達到100%，D項錯誤。
　下列過程中可能發生的是
A.某種物質從高溫熱源吸收20 kJ的熱量，全部轉化為機械能，而沒有產
　生其他影響
B.打開一高壓密閉容器，其內氣體自發逸出后又自發跑進去，恢復原狀
C.利用其他手段，使低溫物體的溫度更低，高溫物體的溫度更高
D.將兩瓶不同液體混合，然后它們又自發地各自分開
例2
√
根據熱力學第二定律，熱量自發地全部轉化為機械能是不可能的，A錯誤；
氣體膨脹具有方向性，不能自發逸出又自發跑進去，使其恢復原狀，B錯誤；
根據熱力學第二定律，熱量不可能從低溫物體自發地傳遞給高溫物體，而不引起其他的變化，但通過一些手段是可以實現的，C正確；
擴散現象有方向性，因此混合后不能自發地各自分開，D錯誤。
　 (多選)如圖所示為電冰箱的工作原理示意圖。壓縮機工作時，強迫制冷劑在冰箱內、外的管道中不斷循環。在蒸發器中制冷劑汽化吸收箱體內的熱量，經過冷凝器時制冷劑液化，放出熱量到箱體外。下列說法正確的是
A.熱量可以自發地從冰箱內傳到冰箱外
B.電冰箱的制冷系統能夠不斷地把冰箱內的熱
　量傳到外界，是因為其消耗了電能
C.電冰箱的工作原理不違背熱力學第二定律
D.電冰箱的工作原理違背熱力學第二定律
例3
√
√
根據熱力學第二定律，熱量不能自發地從低
溫物體傳到高溫物體，要想使熱量從低溫物
體傳到高溫物體必須借助于其他系統做功，
故A錯誤，B正確；
電冰箱的工作原理不違背熱力學第二定律，故C正確，D錯誤。
總結提升
1.一切物理過程均遵循能量守恒定律，但遵循能量守恒定律的物理過程不一定均能實現。
2.熱力學第二定律的兩種表述分別對應著一種“不可能”，但都有一個前提條件“自發地”或“不產生其他影響”，如果去掉這種前提條件，就都是有可能的。例如電冰箱的作用就是使熱量從低溫物體傳到高溫物體，等溫膨脹就是從單一熱源吸收熱量，使之完全用來做功，但不是自發地或是產生了其他影響。
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熵
三
如果分子的運動可自發地從無序變為有序，會有什么現象發生 這些現象會自然發生嗎 為什么
答案　如果分子運動自發地從無序變為有序，那么會有內能自發地全部轉化為機械能，低溫物體自發地將熱量傳遞到高溫物體等現象發生；這些現象違背了熱力學第二定律，因此這些現象是不可能發生的。
1.有序與無序
(1)生活中符合某種規則的現象稱為　　　，反之稱為　　　。規則越多，一個宏觀狀態對應的微觀狀態越少，出現的概率越小，我們稱之為越有序。反之規則越少，一個宏觀狀態對應的微觀狀態就越多，出現的概率也越大，我們稱之為越無序。
(2)熱力學第二定律的微觀本質：與熱現象有關的自然發生的宏觀過程總是沿著大量分子熱運動無序程度　　　的方向進行。
梳理與總結
有序
無序
增大
2.熵和熵增加原理
(1)熵的定義
用來量度系統　　　　　的物理量叫作熵。
(2)熵增加原理
在孤立系統中的宏觀過程必然朝著　　　　的方向進行。
3.熵與能量退降
在熵增加的同時，一切不可逆過程總是使得能量從可利用狀態轉化為不可利用狀態，　　　　　退化了，這種現象稱為能量退降。
無序程度
熵增加
能量品質
　下列關于熵的說法錯誤的是
A.熵是物體內分子運動無序程度的量度
B.在孤立系統中，一個自發的過程熵總是向減少的方向進行
C.熱力學第二定律的微觀實質是熵是增加的
D.熵值越大，代表系統分子運動越無序
例4
√
熵是分子運動無序程度的量度，熵越大，分子運動無序程度越大，A、D正確；
孤立系統中發生的任何實際過程，其能量的總值保持不變，而其熵值增加，B錯誤，C正確。
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熱力學第一定律和熱力學第二定律的比較
四
1.熱力學兩定律的比較
熱力學第一定律 熱力學第二定律
區別 是能量守恒定律在熱力學中的表現，否定了創造能量和消滅能量的可能性，從而否定了第一類永動機 是關于在有限空間和時間內，一切和熱現象有關的宏觀自然過程具有不可逆性的經驗總結，從而否定了第二類永動機
聯系 兩定律分別從不同角度揭示了與熱現象有關的物理過程所遵循的規律，二者既相互獨立，又相互補充，都是熱力學的理論基礎
2.兩類永動機的比較
第一類永動機 第二類永動機
設計要求 不消耗任何能量，可以不斷做功(或只給予很少的能量啟動后，可以永遠運動下去) 將內能全部轉化為機械能，而不引起其他變化(或只有一個熱源，實現內能向機械能的轉化)
不可能制 成的原因 違背了能量守恒定律 違背了熱力學第二定律
　關于兩類永動機和熱力學兩大定律，下列說法正確的是
A.第二類永動機不可能制成是因為違背了熱力學第一定律
B.第一類永動機不可能制成是因為違背了熱力學第二定律
C.由熱力學第一定律可知做功不一定改變內能，熱傳遞也不一定改變內
　能，但同時做功和熱傳遞一定會改變內能
D.由熱力學第二定律可知熱量從低溫物體傳向高溫物體是可能的，從單
　一熱源吸收熱量，完全變成功也是可能的
例5
√
第一類永動機違背了能量守恒定律，第二類永動機違背了熱力學第二定律，A、B錯誤；
由熱力學第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU=W+Q可以等于0，C錯誤；
由熱力學第二定律可知選項D中的現象是可能的，但會產生其他影響，D正確。
　(2020·全國卷Ⅱ)下列關于能量轉換過程的敘述，違背熱力學第一定律的有　　　　，不違背熱力學第一定律、但違背熱力學第二定律的有　　　　。(填正確答案標號)
A.汽車通過燃燒汽油獲得動力并向空氣中散熱
B.冷水倒入保溫杯后，冷水和杯子的溫度都變得更低
C.某新型熱機工作時將從高溫熱源吸收的熱量全部轉化為功，而不產生
　其他影響
D.冰箱的制冷機工作時從箱內低溫環境中提取熱量散發到溫度較高的室內
例6
B
C
A項符合熱力學第一、第二定律。冷水和杯子溫度不可能都變低，只能是一個升高一個降低，或溫度都不變，
B項描述違背了熱力學第一定律。
C項描述雖然不違背熱力學第一定律，但違背了熱力學第二定律。
D項中冰箱消耗電能從而可以從低溫環境中提取熱量散發到溫度較高的室內，不違背熱力學第二定律。
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課時對點練
五
考點一　熱力學第二定律的理解
1.關于自然過程中的方向性，下列說法正確的是
A.摩擦生熱的過程是可逆的
B.凡是符合能量守恒的過程一般都是可逆的
C.涉及熱現象的宏觀自然過程都具有“單向性”或“不可逆性”
D.空調機既能制冷又能制熱，說明熱傳遞不存在方向性
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基礎對點練
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2.把水和酒精混合后，用蒸發的方式又可以分開，然后液化恢復到原來的狀態，這說明
A.擴散現象沒有方向性
B.將水和酒精分開時，引起了其他變化，故擴散具有方向性
C.將水和酒精分開時，并沒有引起化學變化，故擴散現象沒有方向性
D.用本題的實驗，無法說明擴散現象是否具有方向性
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由題意可知，兩者混合時是自動發生的，但兩者分離時，要先加熱后冷卻，也就是說，向分離與向混合這兩個方向的發展是可以通過過程是否自動完成、是否需要外加其他手段才能完成來區分的，因此，可以證明擴散是有方向性的，B正確，A、C、D錯誤。
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3.(多選)電冰箱能夠不斷地把熱量從溫度較低的冰箱內部傳給溫度較高的外界空氣，這說明
A.熱量能自發地從低溫物體傳給高溫物體
B.在一定條件下，熱量可以從低溫物體傳給高溫物體
C.熱量的傳遞過程不具有方向性
D.在自發的條件下熱量的傳遞過程具有方向性
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一切自發過程都有方向性，如熱傳遞，熱量總是由高溫物體自發地傳向低溫物體；在外界幫助下，熱量可以從低溫物體傳向高溫物體，電冰箱就是借助外界做功把熱量從低溫物體(冷凍食品)傳向高溫物體(周圍的大氣)。故B、D正確，A、C錯誤。
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4.(多選)若有人想制造一種使用于輪船上的機器，它從海水中吸熱全部轉變為功，而不產生其他影響，關于這種設想，下列說法正確的是
A.這種機器能造成
B.這種機器不能造成
C.這種機器違反了熱力學第一定律
D.這種機器違反了熱力學第二定律
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這種機器從海水中吸熱全部轉變為功，而不產生其他影響，這相當于第二類永動機，第二類永動機不違反熱力學第一定律，但違反了熱力學第二定律，不能造成，故B、D正確。
5.以下現象違背熱力學第二定律的是
A.一杯熱茶在打開蓋后，茶會自動變涼
B.沒有漏氣、沒有摩擦的理想熱機，其效率可能是100%
C.桶中渾濁的泥水靜置一段時間后，泥沙下沉，上面的水變清，泥、水
　自動分離
D.在地面上運動的物體逐漸停下來，機械能全部變為內能
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熱茶自動變涼是熱量從高溫物體傳遞到低溫物體，不違背熱力學第二定律；任何熱機效率都不可能達到100%，違背熱力學第二定律；泥、水分離是機械能向內能的轉化，不違背熱力學第二定律；物體因摩擦力而停下來，是機械能向內能的轉化，是自發過程，不違背熱力學第二定律，故選B。
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考點二　對“熵——系統無序程度的量度”的理解
6.(多選)關于熱力學第二定律的微觀意義，下列說法中正確的是
A.大量分子無規則的熱運動能夠自發轉變為有序運動
B.熱傳遞的自然過程是大量分子從有序運動狀態向無序運動狀態轉化的
　過程
C.熱傳遞的自然過程是大量分子從無序程度小的運動狀態向無序程度大
　的運動狀態轉化的過程
D.一切自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行
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熱傳遞的過程中熱量從溫度高的物體向溫度低的物體傳遞，是大量分子從無序程度小的運動狀態向無序程度大的運動狀態轉化，而不是從有序運動狀態向無序運動狀態的轉化；大量分子的運動不可能從無序運動自動轉為有序運動；自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行。A、B錯誤，C、D正確。
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考點三　熱力學第一定律和熱力學第二定律的比較
7.關于熱力學定律，下列說法正確的是
A.對某物體做功，必定會使該物體的內能增加
B.質量一定的某種理想氣體吸收熱量后溫度一定升高
C.不可能使熱量從低溫物體傳向高溫物體
D.功轉變為熱的實際宏觀過程是不可逆過程
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由熱力學第一定律ΔU=W+Q，改變內能的方式有做功和熱傳遞，若W>0，而Q<0，則內能不一定增加，A項錯誤；
同理氣體吸收熱量后，內能不一定增加，溫度不一定升高，B項錯誤；
在產生其他影響的情況下熱量可以從低溫物體傳向高溫物體，C項錯誤；
功轉變為熱具有方向性，D項正確。
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8.(多選)關于熱力學第一定律和熱力學第二定律，下列說法正確的是
A.一定質量的理想氣體經歷緩慢的絕熱膨脹過程，氣體的內能減少
B.氣體向真空的自由膨脹是不可逆的
C.第一類永動機不可能制成是因為違背了熱力學第二定律
D.熱力學第二定律可描述為“不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體”
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一定質量的理想氣體經歷緩慢的絕熱膨脹過程，Q=0，W<0，根據ΔU=W+Q可知，氣體的內能減小，故A正確；
熱力學第二定律表明：自然界中進行的涉及熱現象的宏觀過程都具有方向性，是不可逆的，故氣體向真空的自由膨脹是不可逆的，故B正確；
第一類永動機不可能制成是因為違背了能量守恒定律，故C錯誤；
熱力學第二定律可描述為“不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化”，故D錯誤。
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9.(2024·鹽城市一中高二調研)關于能量和能源，下列說法中正確的是
A.能量在轉化和轉移過程中，其總量有可能增加
B.能量在轉化和轉移過程中，其總量會不斷減少
C.能量在轉化和轉移過程中總量保持不變，故節約能源沒有必要
D.能量的轉化和轉移具有方向性，且現有可利用的能源有限，故必須節
　約能源
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能量在轉化和轉移過程中，總量是守恒的，但品質降低了，且現有可利用的能源有限，故我們要注意節約能源，選項D正確。
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10.如圖所示，氣缸內盛有一定質量的理想氣體，氣缸壁是導熱的，缸外環境保持恒溫，活塞與氣缸壁的接觸處是光滑的，但不漏氣。現將活塞桿與外界連接并緩慢地向右移動，這樣氣體將等溫膨脹并通過桿對外做功。已知理想氣體的內能只與溫度有關，則下列說法正確的是
A.氣體是從單一熱源吸熱，全用來對外做功，因此此過程違反
　熱力學第二定律
B.氣體是從單一熱源吸熱，但并未全用來對外做功，所以此過程不違反熱力學
　第二定律
C.氣體是從單一熱源吸熱，全用來對外做功，但此過程不違反熱力學第二定律
D.以上三種說法都不對
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由于氣缸壁是導熱的，外界溫度不變，活塞桿與外界連接并使活塞緩慢地向右移動過程中，有足夠時間進行熱傳遞，氣缸內的氣體溫度不變，即內能不變。該過程氣體是從單一熱源即外部環境吸收熱量，全部用來對外做功并保證內能不變，但此過程并不違反熱力學第二定律，這是因為此過程需要外力對活塞做功來維持，如果沒有外力對活塞做功，此過程不可能自發進行，故選項C正確。
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11.(2023·重慶市巴蜀中學高二期末)如圖所示，兩種不同的金屬組成一個回路，接觸頭1置于熱水杯中，接觸頭2置于冷水杯中，此時回路中電流計發生偏轉，這是溫差電現象，假設此過程電流做功為W，接觸頭1從熱水中吸收的熱量為Q1，冷水從接觸頭2吸收的熱量為Q2，根據熱力學第二定律可得
A.Q1=W B.Q1>W
C.Q11
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根據熱力學第二定律，不可能從單一熱源吸收熱量使之全部用來做功，而不產生其他影響；所以從熱水中吸收的熱量Q1應該大于電流做的功W，即Q1>W。根據能量守恒定律和熱力學第二定律，從熱水中吸收的熱量轉化成了兩部分，一部分是電能W，另一部分是冷水吸收的熱量Q2，故選B。
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12.(多選)(2022·湖南卷改編)利用“渦流效應”可實現冷熱氣體的分離。如圖，一冷熱氣體分離裝置由噴嘴、渦流室、環形管、分離擋板和冷熱兩端管等構成。高壓氮氣由噴嘴切向流入渦流室中，然后以螺旋方式在環形管中向右旋轉前進，分子熱運動速率較小的氣體分子將聚集到環形管中心部位，而分子熱運動速率較大的氣體分子將聚集到環形管邊緣部位。氣流到達分離擋板處時，中心部位氣流與分離擋板碰撞后反向，從A端流出，邊緣部位氣流從B端流出。下列說法正確的是
A.A端為冷端，B端為熱端
B.A端流出的氣體分子熱運動平均速率一定小于B端流出的
C.A端流出的氣體內能一定大于B端流出的
D.該裝置氣體進出的過程滿足能量守恒定律，但違背了熱力學第二定律
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依題意，中心部位為熱運動速率較低的氣體，與
擋板作用后反彈，從A端流出，而邊緣部分為熱
運動速率較高的氣體，從B端流出；同種氣體分
子平均熱運動速率較大、其對應的溫度也就較高，所以A端為冷端、B端為熱端，故A正確。
依題意，A端流出的氣體分子熱運動速率較小，B端流出的氣體分子熱運動速率較大，所以從A端流出的氣體分子熱運動平均速率小于從B端流出的，從A端流出的氣體分子平均動能小于從B端流出的氣體分子平均動能；內能的多少還與分子數有關，依題意，不能得出從A端流出的氣體內能一定大于從B端流出的氣體內能，故B正確，C錯誤。
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該裝置將冷熱不均的氣體進行分離，噴嘴處有高壓，即通過外界做功而實現的，并不是自發進行的，沒有違背熱力學第二定律；溫度較低的從A端流出、較高的從B端流出，也符合能量守恒定律，故D錯誤。
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13.(多選)如圖是空氣能熱水器的工作原理示意圖，它主要由儲水箱、毛細管、蒸發器、壓縮機、冷凝器等部件組成。制冷劑在毛細管、蒸發器、壓縮機、冷凝器之間循環過程與我們所熟悉的電冰箱的制冷循環過程相同，其工作過程如下：
①液態制冷劑經過一段很細的毛細管緩慢地進
入蒸發器，在蒸發器中迅速汽化，并從低溫的
空氣中吸收熱量。
②制冷劑汽化生成的蒸汽被壓縮機壓縮后變成高
溫高壓的蒸汽進入冷凝器。
③在冷凝器中，高溫高壓的蒸汽將熱量傳遞給水并發生液化。制冷劑以此不斷循環流動，使水的溫度不斷上升。
尖子生選練
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下列說法正確的是
A.空氣能熱水器實現了“熱量由低溫物
　體(空氣)傳向高溫物體(水)”
B.空氣能熱水器中的水被加熱是由電直
　接加熱的
C.空氣能熱水器的工作原理不違反熱力學第一定律
D.空氣能熱水器的制熱系統能夠不斷地把空氣的內能傳給水，是因為其
　消耗了電能
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空氣能熱水器工作時將外界低溫空氣
中的熱收集起來然后通過壓縮機再傳
給里面溫度較高的水，使水的溫度升
高，故A、D正確，B錯誤；
空氣能熱水器在工作時遵守熱力學第
一定律，故C正確。
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