資源簡介

3　熱力學第二定律
(分值：100分)
選擇題1～10題，每小題7分；11～13題，每小題10分，共100分。
對點題組練
題組一　自然界中宏觀過程的方向性　熱力學第二定律
1.(多選)下列說法正確的是(　　)
一切涉及熱現象的宏觀過程都具有方向性
一切不違反能量守恒定律的物理過程都是可能實現的
由熱力學第二定律可以判斷物理過程能否自發進行
一切物理過程都不可能自發地進行
2.下列說法正確的是(　　)
一切形式的能量間的相互轉化都具有方向性
熱量不可能從低溫物體傳給高溫物體
氣體的擴散過程具有方向性
一切形式的能量間的相互轉化都不具有方向性
3.(多選)下列宏觀過程能用熱力學第二定律解釋的是(　　)
大米和小米混合后小米能自發地填充到大米空隙中，而經過一段時間大米、小米不會自動分開
將一滴紅墨水滴入一杯清水中，墨水會均勻擴散到整杯水中，經過一段時間，墨水和清水不會自動分開
冬季的夜晚，放在室外的物體隨氣溫的降低，不會將內能自發地轉化為機械能而動起來
隨著節能減排措施的不斷完善，最終也不會使汽車熱機的效率達到100%
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，關于這種設想，下列說法正確的是(　　)
這種機器能造成
這種機器不能造成
這種機器違反了熱力學第一定律
這種機器違反了熱力學第二定律
5.如圖所示的汽缸內盛有一定量的理想氣體，汽缸壁是導熱的，缸外環境保持恒溫，活塞與汽缸壁的接觸是光滑的，但不漏氣。現將活塞桿與外界連接，在外界的幫助下使其緩慢地向右移動，這樣氣體將等溫膨脹并通過桿對外做功。若已知理想氣體的內能只與溫度有關，則下列說法正確的是(　　)
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
氣體從單一熱源吸熱，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
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
A、B、C三種說法都不對
6.(多選)下列現象中能夠發生的是(　　)
一杯熱茶在打開杯蓋后，茶會自動變得更熱
蒸汽機把蒸汽的內能全部轉化成機械能
桶中混濁的泥水在靜置一段時間后，泥沙下沉，上面的水變清，泥、水自動分離
電冰箱通電后把箱內低溫物體的熱量傳到箱外高溫物體
題組二　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(　　)
功轉變為熱的實際宏觀過程是不可逆過程
對某物體做功，必定會使該物體的內能增加
不可能從單一熱源吸收熱量，使之完全變為功
不可能使熱量從低溫物體傳向高溫物體
8.(多選)用兩種不同的金屬絲組成一個回路，接觸點1插在熱水中，接觸點2插在冷水中，如圖所示，電流計指針會發生偏轉，這就是溫差發電現象。關于這一現象，正確的說法是(　　)
這一實驗過程不違反熱力學第二定律
在實驗過程中，熱水一定降溫，冷水一定升溫
在實驗過程中，熱水內能全部轉化成電能，電能則部分轉化成冷水的內能
在實驗過程中，熱水的內能只有部分轉化成電能，電能則全部轉化成冷水的內能
9.下列有關能量轉化的說法中正確的是(　　)
不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不產生其他的變化
只要對內燃機不斷進行改進，就可以把內燃機得到的全部內能轉化為機械能
滿足能量守恒定律的物理過程都能自發進行
外界對物體做功，物體的內能必然增加
綜合提升練
10.下列過程中可能發生的是(　　)
某種物質從高溫熱源吸收20 kJ的熱量，全部轉化為機械能，而沒有產生其他任何影響
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
利用其他手段，使低溫物體溫度更低，高溫物體的溫度更高
將兩瓶不同液體混合，然后它們又自發地各自分開
11.已知飛船在航天員出艙前先要“減壓”，在航天員從太空返回進入航天器后要“升壓”，因此飛船將此設施專門做成了一個艙，叫“氣閘艙”，其原理圖如圖所示，相通的艙A、B間裝有閥門K，指令艙A中充滿氣體(可視為理想氣體)，氣閘艙B內為真空，整個系統與外界沒有熱交換，打開閥門K后，A中的氣體進入B中，最終達到平衡，則(　　)
氣體體積膨脹，對外做功
氣體分子勢能減少，內能增加
氣體體積變大，溫度降低
B中氣體不可能自發地全部退回到A中
12.壓縮空氣儲能(CAES)是一種利用壓縮空氣來儲存能量的新型儲能技術，絕熱壓縮空氣儲能方式是壓縮空氣并將產生的熱能儲存在各種介質當中，比如混凝土、石頭、礦洞礦石中等。需要發電的時候讓壓縮空氣推動發電機工作，這種方式能夠將壓縮空氣儲能的效率提升。對于上述過程的理解，下列說法正確的是(　　)
絕熱壓縮空氣，分子平均動能不變
絕熱壓縮空氣，溫度升高，氣體內能一定增大
該方式能夠將壓縮空氣儲能的效率提升到100%
壓縮空氣推動發電機工作，是氣體對外做功，內能增大
培優加強練
13.熱力學第二定律常見的表述方式有兩種，其一：熱量不能自發地從低溫物體傳遞到高溫物體；其二：不可能從單一熱源吸收熱量，使之全部變成功，而不產生其他影響。第一種表述方式可以用圖甲來表示，根據你對第二種表述的理解，如果也用類似的示意圖來表示，你認為圖乙示意圖中正確的是(　　)
甲
乙
A B
C D
3　熱力學第二定律
1.AC　[熱力學第二定律指出了熱現象的方向性，A正確；不違反能量守恒定律但違反熱力學第二定律的物理過程不可能實現，B錯誤；熱力學第二定律反映宏觀自然過程的方向性，C正確，D錯誤。]
2.C　[熱力學第二定律反映了所有與熱現象有關的宏觀自然過程都具有方向性，A、D錯誤；熱量能從低溫物體傳給高溫物體，但要產生其他影響，B錯誤；氣體擴散過程具有方向性，C正確。]
3.BCD　[熱力學第二定律揭示了與熱現象有關的宏觀過程的方向性，A不屬于熱現象，A不符合題意；由熱力學第二定律可知，B、C、D符合題意。]
4.BD　[這種機器從海水中吸熱全部轉變為功，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，A、C錯誤。]
5.C　[熱力學第二定律從機械能與內能轉化過程的方向性來描述是：不可能從單一熱源吸收熱量，使之全部變成功，而不產生其他影響。本題中如果沒有外界的幫助，氣體是不可能等溫膨脹的，即這一過程雖然是氣體從單一熱源吸熱，全用來對外做功，但產生了其他影響，所以此過程不違反熱力學第二定律，故A、B、D錯誤，C正確。]
6.CD　[A、B項描述的現象都違背了熱力學第二定律，故不能發生，A、B錯誤；泥、水分離是由于重力作用，能夠發生，C正確；由熱力學第二定律可知，電冰箱通電后把熱量由低溫物體傳到高溫物體是可以通過消耗電能的方式實現的，故能夠發生，D正確。]
7.A　[熱力學第二定律的實質：一切與熱現象有關的實際宏觀過程都是不可逆的，根據熱力學第二定律可知，功轉變為熱的實際宏觀過程是不可逆過程，故A正確；做功和傳熱是改變物體內能的兩種方法，由熱力學第一定律知，為了增加物體的內能，可以對物體做功或向它傳熱，單獨地對物體做功，內能不一定增加，故B錯誤；根據熱力學第二定律可知，不可能從單一熱源吸收熱量，使之完全變為功，而不引起其他變化，故C錯誤；根據熱力學第二定律，不可能使熱量自發地從低溫物體傳向高溫物體，但在外界的作用下，能使熱量從低溫物體傳向高溫物體，比如電冰箱，故D錯誤。]
8.AB　[溫差發電現象中產生了電能是因為熱水中的內能減少，一部分轉化為電能，一部分散失在環境中，轉化效率低于100%，不違反熱力學第二定律，熱水溫度降低，冷水溫度升高，電流計導線也會消耗電能，故選項A、B正確，C、D錯誤。]
9.A　[由熱力學第二定律的開爾文表述可知，A正確；熱機效率總低于100%，B錯誤；滿足能量守恒定律的物理過程未必能自發進行，一切與熱現象有關的過程一定都滿足熱力學第二定律，C錯誤；由熱力學第一定律ΔU＝Q＋W可知，W＞0，ΔU不一定大于0，即內能不一定增加，D錯誤。]
10.C　[根據熱力學第二定律，熱量從低溫物體傳遞給高溫物體，通過一些其他手段是可以實現的，故C項正確；內能不能全部轉化為機械能，而不引起其他變化，故A項錯誤；氣體膨脹具有方向性，故B項錯誤；擴散現象具有方向性，故D項錯誤。]
11.D　[打開閥門K后，A中氣體進入B中，由于B中為真空，則A中的氣體不做功，A錯誤；氣體不做功，且系統與外界無熱交換，由熱力學第一定律知氣體內能不變，溫度也不變，B、C錯誤；由熱力學第二定律知，氣體向真空的膨脹具有方向性，在無外界作用時，B中氣體不可能自發地全部退回到A中，D正確。]
12.B　[絕熱壓縮空氣過程，與外界無熱交換，Q＝0，外界對氣體做功，W＞0，根據熱力學第一定律ΔU＝Q＋W，內能增大，則溫度升高，分子平均動能增大，故A錯誤，B正確；壓縮空氣儲能的過程涉及熱運動的能量轉換過程，根據熱力學第二定律可知，任何轉換過程效率都不可能達到100%，故C錯誤；壓縮空氣膨脹推動發電機工作，是氣體體積增大對外做功，內能減少，故D錯誤。]
13.B　[由題圖甲可知，使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體伴隨著外界做功，即引起其他變化；對于第二種表述方式，熱機工作時，從高溫物體吸收熱量，只有一部分用來對外做功，轉變為機械能，另一部分熱量要排放給低溫物體，故選項B正確，A、C、D錯誤。]3　熱力學第二定律
學習目標　1.知道自然界中宏觀自然過程的方向性。2.了解熱力學第二定律。
3.知道“第二類永動機”不可能實現的原因。
知識點一　自然界中宏觀過程的方向性　熱力學第二定律
(選自人教版新教材P59問題)一滴紅色顏料滴進一杯清水中擴散，整杯水將均勻地變紅。從系統的角度來看，擴散之前是一種狀態，擴散后是另一種狀態。那么，水中擴散后的顏料能否自發地重新聚集在一起，而其余部分又變成清水？
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1.自然界中宏觀過程的方向性
(1)一切與熱現象有關的宏觀自然過程都具有________性，其相反的過程是________自發產生的。
(2)自然過程的方向性
①熱傳遞具有方向性
實驗告訴我們，熱量總是從高溫物體傳給低溫物體，而不能自發地從低溫物體傳向高溫物體。
②氣體的擴散現象具有方向性
兩種不同的氣體可以自發地進入對方，最后成為均勻的混合氣體，但這種均勻的混合氣體，不能自發地分開，成為兩種不同的氣體。
③機械能和內能之間的轉化具有方向性
物體在粗糙的水平面上運動，最后停了下來。在這個過程中，物體的動能轉化為物體、地面及周圍空氣的內能。但停下的物體、地面和周圍的空氣不能自發地釋放內能，并將這些內能全部轉化為物體的動能，使停下來的物體重新運動起來。
④氣體的自由膨脹過程具有方向性
氣體可自發地向真空容器內膨脹，但絕不可能出現氣體自發地從容器中流出，使容器內變為真空。氣體的自由膨脹過程也是一種擴散現象。
2.熱力學第二定律
(1)熱力學第二定律的克勞修斯表述
熱量不可能自發地從________物體傳遞到________物體。
(2)熱力學第二定律的開爾文表述
不可能從單一熱源吸收熱量，使之全部變成功，而不產生其他影響。
(3)實質：揭示宏觀自然過程的方向性。
(4)熱力學第二定律的表述不是唯一的、各種表述都是等價的。
【思考】
1.溫度不同的兩個物體接觸，熱量會從高溫物體傳給低溫物體嗎？熱量會從低溫物體傳給高溫物體嗎？
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2.裝著壓縮氣體的鋼瓶，打開閥門后會聽到“哧”一聲，氣體噴到外面。會不會有這樣的現象：外面的氣體自發地進入鋼瓶，使瓶內的壓強變大？
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例1 (多選)(教材P64討論交流改編)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
聽課筆記_______________________________________________________
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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庫吸收熱量，使之完全用來做功，但不是自發地或是產生了其他影響。
訓練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%
知識點二　熱力學第一定律和熱力學第二定律的比較
1.兩定律的比較
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 違背了熱力學第一定律 違背了熱力學第二定律
例2 (多選)對于熱力學第一定律和熱力學第二定律的理解，下列說法正確的是(　　)
A.一定質量的氣體膨脹對外做功100 J，同時從外界吸收120 J熱量，則它的內能增加20 J
B.物體從外界吸收熱量，其內能一定增加，物體對外界做功，其內能一定減少
C.第二類永動機違反了熱力學第二定律，沒有違反熱力學第一定律
D.凡與熱現象有關的宏觀過程都具有方向性，在傳熱中，熱量只能從高溫物體傳遞給低溫物體，而不能從低溫物體傳遞給高溫物體
聽課筆記______________________________________________________
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訓練2 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
隨堂對點自測
1.(自然界中宏觀過程的方向性)(多選)下列說法正確的是(　　)
A.熱量能自發地從高溫物體傳給低溫物體
B.熱量不能從低溫物體傳到高溫物體
C.傳熱是有方向性的
D.氣體向真空中膨脹的過程是有方向性的
2.(對熱力學第二定律的理解)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.凡是符合能量守恒定律的過程一般都是可逆的
C.與熱現象有關的實際的宏觀過程都具有“單向性”或“不可逆性”
D.空調機既能制冷又能制熱，說明傳熱不存在方向性
3.(熱力學第一定律和熱力學第二定律的比較)關于熱力學第一定律和熱力學第二定律，下列論述正確的是(　　)
A.熱力學第一定律指出內能可以與其他形式的能相互轉化，而熱力學第二定律則指出內能不可能完全轉化為其他形式的能，故這兩條定律是相互矛盾的
B.內能可以全部轉化為其他形式的能，只是會產生其他影響，故兩條定律并不矛盾
C.兩條定律都是有關能量轉化的規律，它們不但不矛盾，而且沒有本質區別
D.其實，能量守恒定律已經包含了熱力學第一定律和熱力學第二定律
4.(熱力學第一定律和熱力學第二定律的比較)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________。(填正確答案前的字母)
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
3　熱力學第二定律
知識點一
導學　提示　不會，因為分子的擴散運動是從密度較大的區域向密度較小的區域進行的，并且這個過程是不可逆的。
知識梳理
1.(1)方向　不可能　2.(1)低溫　高溫
[思考]
1.提示　溫度不同的兩個物體接觸時，熱量會自發地從高溫物體傳給低溫物體，但熱量不會自發地從低溫物體傳給高溫物體。要使熱量從低溫物體傳給高溫物體，必須借助其他幫助，如電冰箱的工作。
2.提示　外面的氣體可以進入鋼瓶，但是該過程不會自發地進行，需有第三者的介入，例如開動壓縮機做功。
例1 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。]
訓練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項正確，B項錯誤；傳熱過程也具有方向性，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，必然會引起其他變化(外界對系統做功)，C項正確；熱機效率無法達到100%，D項錯誤。]
知識點二
例2 AC　[根據熱力學第一定律知，ΔU＝Q＋W＝120 J＋(－100 J)＝20 J，說明內能增加了20 J，故A正確；根據熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，可知ΔU＞0，內能增加，ΔU＜0，內能減小，ΔU的大小由W、Q共同決定，說明物體從外界吸收熱量，其內能不一定增加，物體對外界做功，其內能不一定減少，故B錯誤；第二類永動機沒有違反熱力學第一定律，不能制成是因為它違反了熱力學第二定律，故C正確；通過做功的方式可以使熱量從低溫物體傳遞給高溫物體，如電冰箱制冷時熱量從低溫物體傳遞給高溫物體，故D錯誤。]
訓練2 D　[第一類永動機違背熱力學第一定律，第二類永動機違背熱力學第二定律，A、B錯誤；由熱力學第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝Q＋W可能等于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。]
隨堂對點自測
1.ACD　[如果是自發地進行，熱量只能從高溫物體傳到低溫物體，但這并不是說熱量不能從低溫物體傳到高溫物體，只是不能自發地進行，在外界條件的幫助下，熱量也能從低溫物體傳到高溫物體，A、C正確，B錯誤；氣體向真空中膨脹的過程也是不可逆，具有方向性的，D正確。]
2.C　[摩擦生熱的過程是不可逆的，故A錯誤；能量守恒具有單向性，一般是不可逆，故B錯誤；與熱現象有關的實際的宏觀過程都具有“單向性”或“不可逆性”，故C正確；空調機既能制冷又能制熱，并不能說明傳熱不存在方向性，而是在相反的過程中，要引起其他方面的變化，故D錯誤。]
3.B　[熱力學第一定律是能量守恒定律在熱現象中的體現，而熱力學第二定律則指出內能和其他形式能發生轉化的方向性，二者的本質不同，相互補充，并不矛盾，選項A、C、D錯誤，B正確。]
4.B　C
解析　汽車通過燃燒汽油獲得動力并向空氣中散熱既不違背熱力學第一定律也不違背熱力學第二定律；冷水倒入保溫杯后，冷水和杯子的溫度都變得更低，違背了熱力學第一定律；熱機工作時吸收的熱量不可能全部用來對外做功，而不產生其他影響，顯然C選項遵循熱力學第一定律，但違背了熱力學第二定律；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，既不違背熱力學第一定律也不違背熱力學第二定律，綜上所述，第一個空選B，第二個空選C。(共40張PPT)
3　熱力學第二定律
第三章 熱力學定律
1.知道自然界中宏觀自然過程的方向性。2.了解熱力學第二定律。3.知道“第二類永動機”不可能實現的原因。
學習目標
目 錄
CONTENTS
知識點
01
隨堂對點自測
02
課后鞏固訓練
03
知識點
1
知識點二　熱力學第一定律和熱力學第二定律的比較
知識點一　自然界中宏觀過程的方向性　
熱力學第二定律
知識點一　自然界中宏觀過程的方向性　熱力學第二定律
(選自人教版新教材P59問題)一滴紅色顏料滴進一杯清水中擴散，整杯水將均勻地變紅。從系統的角度來看，擴散之前是一種狀態，擴散后是另一種狀態。那么，水中擴散后的顏料能否自發地重新聚集在一起，而其余部分又變成清水？
提示　不會，因為分子的擴散運動是從密度較大的區域向密度較小的區域進行的，并且這個過程是不可逆的。
1.自然界中宏觀過程的方向性
(1)一切與熱現象有關的宏觀自然過程都具有______性，其相反的過程是________自發產生的。
(2)自然過程的方向性
①熱傳遞具有方向性
實驗告訴我們，熱量總是從高溫物體傳給低溫物體，而不能自發地從低溫物體傳向高溫物體。
方向
不可能
②氣體的擴散現象具有方向性
兩種不同的氣體可以自發地進入對方，最后成為均勻的混合氣體，但這種均勻的混合氣體，不能自發地分開，成為兩種不同的氣體。
③機械能和內能之間的轉化具有方向性
物體在粗糙的水平面上運動，最后停了下來。在這個過程中，物體的動能轉化為物體、地面及周圍空氣的內能。但停下的物體、地面和周圍的空氣不能自發地釋放內能，并將這些內能全部轉化為物體的動能，使停下來的物體重新運動起來。
④氣體的自由膨脹過程具有方向性
氣體可自發地向真空容器內膨脹，但絕不可能出現氣體自發地從容器中流出，使容器內變為真空。氣體的自由膨脹過程也是一種擴散現象。
2.熱力學第二定律
(1)熱力學第二定律的克勞修斯表述
熱量不可能自發地從______物體傳遞到______物體。
(2)熱力學第二定律的開爾文表述
不可能從單一熱源吸收熱量，使之全部變成功，而不產生其他影響。
(3)實質：揭示宏觀自然過程的方向性。
(4)熱力學第二定律的表述不是唯一的、各種表述都是等價的。
低溫
高溫
【思考】
1.溫度不同的兩個物體接觸，熱量會從高溫物體傳給低溫物體嗎？熱量會從低溫物體傳給高溫物體嗎？
提示　溫度不同的兩個物體接觸時，熱量會自發地從高溫物體傳給低溫物體，但熱量不會自發地從低溫物體傳給高溫物體。要使熱量從低溫物體傳給高溫物體，必須借助其他幫助，如電冰箱的工作。
2.裝著壓縮氣體的鋼瓶，打開閥門后會聽到“哧”一聲，氣體噴到外面。會不會有這樣的現象：外面的氣體自發地進入鋼瓶，使瓶內的壓強變大？
提示　外面的氣體可以進入鋼瓶，但是該過程不會自發地進行，需有第三者的介入，例如開動壓縮機做功。
BC
例1 (多選)(教材P64討論交流改編)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
解析　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。
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庫吸收熱量，使之完全用來做功，但不是自發地或是產生了其他影響。
AC
訓練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%
解析　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項正確，B項錯誤；傳熱過程也具有方向性，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，必然會引起其他變化(外界對系統做功)，C項正確；熱機效率無法達到100%，D項錯誤。
知識點二　熱力學第一定律和熱力學第二定律的比較
1.兩定律的比較
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 違背了熱力學第一定律 違背了熱力學第二定律
AC
例2 (多選)對于熱力學第一定律和熱力學第二定律的理解，下列說法正確的是(　　)
A.一定質量的氣體膨脹對外做功100 J，同時從外界吸收120 J熱量，則它的內能增加20 J
B.物體從外界吸收熱量，其內能一定增加，物體對外界做功，其內能一定減少
C.第二類永動機違反了熱力學第二定律，沒有違反熱力學第一定律
D.凡與熱現象有關的宏觀過程都具有方向性，在傳熱中，熱量只能從高溫物體傳遞給低溫物體，而不能從低溫物體傳遞給高溫物體
解析　根據熱力學第一定律知，ΔU＝Q＋W＝120 J＋(－100 J)＝20 J，說明內能增加了20 J，故A正確；根據熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，可知ΔU＞0，內能增加，ΔU＜0，內能減小，ΔU的大小由W、Q共同決定，說明物體從外界吸收熱量，其內能不一定增加，物體對外界做功，其內能不一定減少，故B錯誤；第二類永動機沒有違反熱力學第一定律，不能制成是因為它違反了熱力學第二定律，故C正確；通過做功的方式可以使熱量從低溫物體傳遞給高溫物體，如電冰箱制冷時熱量從低溫物體傳遞給高溫物體，故D錯誤。
D
訓練2 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
解析　第一類永動機違背熱力學第一定律，第二類永動機違背熱力學第二定律，A、B錯誤；由熱力學第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝Q＋W可能等于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。
隨堂對點自測
2
ACD
1.(自然界中宏觀過程的方向性)(多選)下列說法正確的是(　 　)
A.熱量能自發地從高溫物體傳給低溫物體
B.熱量不能從低溫物體傳到高溫物體
C.傳熱是有方向性的
D.氣體向真空中膨脹的過程是有方向性的
解析　如果是自發地進行，熱量只能從高溫物體傳到低溫物體，但這并不是說熱量不能從低溫物體傳到高溫物體，只是不能自發地進行，在外界條件的幫助下，熱量也能從低溫物體傳到高溫物體，A、C正確，B錯誤；氣體向真空中膨脹的過程也是不可逆，具有方向性的，D正確。
C
2.(對熱力學第二定律的理解)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.凡是符合能量守恒定律的過程一般都是可逆的
C.與熱現象有關的實際的宏觀過程都具有“單向性”或“不可逆性”
D.空調機既能制冷又能制熱，說明傳熱不存在方向性
解析　摩擦生熱的過程是不可逆的，故A錯誤；能量守恒具有單向性，一般是不可逆，故B錯誤；與熱現象有關的實際的宏觀過程都具有“單向性”或“不可逆性”，故C正確；空調機既能制冷又能制熱，并不能說明傳熱不存在方向性，而是在相反的過程中，要引起其他方面的變化，故D錯誤。
B
3.(熱力學第一定律和熱力學第二定律的比較)關于熱力學第一定律和熱力學第二定律，下列論述正確的是(　　)
A.熱力學第一定律指出內能可以與其他形式的能相互轉化，而熱力學第二定律則指出內能不可能完全轉化為其他形式的能，故這兩條定律是相互矛盾的
B.內能可以全部轉化為其他形式的能，只是會產生其他影響，故兩條定律并不矛盾
C.兩條定律都是有關能量轉化的規律，它們不但不矛盾，而且沒有本質區別
D.其實，能量守恒定律已經包含了熱力學第一定律和熱力學第二定律
解析　熱力學第一定律是能量守恒定律在熱現象中的體現，而熱力學第二定律則指出內能和其他形式能發生轉化的方向性，二者的本質不同，相互補充，并不矛盾，選項A、C、D錯誤，B正確。
B
4.(熱力學第一定律和熱力學第二定律的比較)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________。(填正確答案前的字母)
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
解析　汽車通過燃燒汽油獲得動力并向空氣中散熱既不違背熱力學第一定律也不違背熱力學第二定律；冷水倒入保溫杯后，冷水和杯子的溫度都變得更低，違背了熱力學第一定律；熱機工作時吸收的熱量不可能全部用來對外做功，而不產生其他影響，顯然C選項遵循熱力學第一定律，但違背了熱力學第二定律；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，既不違背熱力學第一定律也不違背熱力學第二定律，綜上所述，第一個空選B，第二個空選C。
C
課后鞏固訓練
3
AC
題組一　自然界中宏觀過程的方向性　熱力學第二定律
1.(多選)下列說法正確的是(　　)
A.一切涉及熱現象的宏觀過程都具有方向性
B.一切不違反能量守恒定律的物理過程都是可能實現的
C.由熱力學第二定律可以判斷物理過程能否自發進行
D.一切物理過程都不可能自發地進行
解析　熱力學第二定律指出了熱現象的方向性，A正確；不違反能量守恒定律但違反熱力學第二定律的物理過程不可能實現，B錯誤；熱力學第二定律反映宏觀自然過程的方向性，C正確，D錯誤。
對點題組練
C
2.下列說法正確的是(　　)
A.一切形式的能量間的相互轉化都具有方向性
B.熱量不可能從低溫物體傳給高溫物體
C.氣體的擴散過程具有方向性
D.一切形式的能量間的相互轉化都不具有方向性
解析　熱力學第二定律反映了所有與熱現象有關的宏觀自然過程都具有方向性，A、D錯誤；熱量能從低溫物體傳給高溫物體，但要產生其他影響，B錯誤；氣體擴散過程具有方向性，C正確。
BCD
3.(多選)下列宏觀過程能用熱力學第二定律解釋的是(　 　)
A.大米和小米混合后小米能自發地填充到大米空隙中，而經過一段時間大米、小米不會自動分開
B.將一滴紅墨水滴入一杯清水中，墨水會均勻擴散到整杯水中，經過一段時間，墨水和清水不會自動分開
C.冬季的夜晚，放在室外的物體隨氣溫的降低，不會將內能自發地轉化為機械能而動起來
D.隨著節能減排措施的不斷完善，最終也不會使汽車熱機的效率達到100%
解析　熱力學第二定律揭示了與熱現象有關的宏觀過程的方向性，A不屬于熱現象，A不符合題意；由熱力學第二定律可知，B、C、D符合題意。
BD
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，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
解析　這種機器從海水中吸熱全部轉變為功，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，A、C錯誤。
C
5.如圖所示的汽缸內盛有一定量的理想氣體，汽缸壁是導熱的，缸外環境保持恒溫，活塞與汽缸壁的接觸是光滑的，但不漏氣。現將活塞桿與外界連接，在外界的幫助下使其緩慢地向右移動，這樣氣體將等溫膨脹并通過桿對外做功。若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.A、B、C三種說法都不對
解析　熱力學第二定律從機械能與內能轉化過程的方向性來描述是：不可能從單一熱源吸收熱量，使之全部變成功，而不產生其他影響。本題中如果沒有外界的幫助，氣體是不可能等溫膨脹的，即這一過程雖然是氣體從單一熱源吸熱，全用來對外做功，但產生了其他影響，所以此過程不違反熱力學第二定律，故A、B、D錯誤，C正確。
CD
6.(多選)下列現象中能夠發生的是(　　)
A.一杯熱茶在打開杯蓋后，茶會自動變得更熱
B.蒸汽機把蒸汽的內能全部轉化成機械能
C.桶中混濁的泥水在靜置一段時間后，泥沙下沉，上面的水變清，泥、水自動分離
D.電冰箱通電后把箱內低溫物體的熱量傳到箱外高溫物體
解析　A、B項描述的現象都違背了熱力學第二定律，故不能發生，A、B錯誤；泥、水分離是由于重力作用，能夠發生，C正確；由熱力學第二定律可知，電冰箱通電后把熱量由低溫物體傳到高溫物體是可以通過消耗電能的方式實現的，故能夠發生，D正確。
A
題組二　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.功轉變為熱的實際宏觀過程是不可逆過程
B.對某物體做功，必定會使該物體的內能增加
C.不可能從單一熱源吸收熱量，使之完全變為功
D.不可能使熱量從低溫物體傳向高溫物體
解析　熱力學第二定律的實質：一切與熱現象有關的實際宏觀過程都是不可逆的，根據熱力學第二定律可知，功轉變為熱的實際宏觀過程是不可逆過程，故A正確；做功和傳熱是改變物體內能的兩種方法，由熱力學第一定律知，為了增加物體的內能，可以對物體做功或向它傳熱，單獨地對物體做功，內能不一定增加，故B錯誤；根據熱力學第二定律可知，不可能從單一熱源吸收熱量，使之完全變為功，而不引起其他變化，故C錯誤；根據熱力學第二定律，不可能使熱量自發地從低溫物體傳向高溫物體，但在外界的作用下，能使熱量從低溫物體傳向高溫物體，比如電冰箱，故D錯誤。
AB
8.(多選)用兩種不同的金屬絲組成一個回路，接觸點1插在熱水中，接觸點2插在冷水中，如圖所示，電流計指針會發生偏轉，這就是溫差發電現象。關于這一現象，正確的說法是(　　)
A.這一實驗過程不違反熱力學第二定律
B.在實驗過程中，熱水一定降溫，冷水一定升溫
C.在實驗過程中，熱水內能全部轉化成電能，電能則部分轉化成冷水的內能
D.在實驗過程中，熱水的內能只有部分轉化成電能，電能則全部轉化成冷水的內能
解析　溫差發電現象中產生了電能是因為熱水中的內能減少，一部分轉化為電能，一部分散失在環境中，轉化效率低于100%，不違反熱力學第二定律，熱水溫度降低，冷水溫度升高，電流計導線也會消耗電能，故選項A、B正確，C、D錯誤。
A
9.下列有關能量轉化的說法中正確的是(　　)
A.不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不產生其他的變化
B.只要對內燃機不斷進行改進，就可以把內燃機得到的全部內能轉化為機械能
C.滿足能量守恒定律的物理過程都能自發進行
D.外界對物體做功，物體的內能必然增加
解析　由熱力學第二定律的開爾文表述可知，A正確；熱機效率總低于100%，B錯誤；滿足能量守恒定律的物理過程未必能自發進行，一切與熱現象有關的過程一定都滿足熱力學第二定律，C錯誤；由熱力學第一定律ΔU＝Q＋W可知，W＞0，ΔU不一定大于0，即內能不一定增加，D錯誤。
C
綜合提升練
10.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，而沒有產生其他任何影響
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
解析　 根據熱力學第二定律，熱量從低溫物體傳遞給高溫物體，通過一些其他手段是可以實現的，故C項正確；內能不能全部轉化為機械能，而不引起其他變化，故A項錯誤；氣體膨脹具有方向性，故B項錯誤；擴散現象具有方向性，故D項錯誤。
D
11.已知飛船在航天員出艙前先要“減壓”，在航天員從太空返回進入航天器后要“升壓”，因此飛船將此設施專門做成了一個艙，叫“氣閘艙”，其原理圖如圖所示，相通的艙A、B間裝有閥門K，指令艙A中充滿氣體(可視為理想氣體)，氣閘艙B內為真空，整個系統與外界沒有熱交換，打開閥門K后，A中的氣體進入B中，最終達到平衡，則(　　)
A.氣體體積膨脹，對外做功
B.氣體分子勢能減少，內能增加
C.氣體體積變大，溫度降低
D.B中氣體不可能自發地全部退回到A中
解析　打開閥門K后，A中氣體進入B中，由于B中為真空，則A中的氣體不做功，A錯誤；氣體不做功，且系統與外界無熱交換，由熱力學第一定律知氣體內能不變，溫度也不變，B、C錯誤；由熱力學第二定律知，氣體向真空的膨脹具有方向性，在無外界作用時，B中氣體不可能自發地全部退回到A中，D正確。
B
12.壓縮空氣儲能(CAES)是一種利用壓縮空氣來儲存能量的新型儲能技術，絕熱壓縮空氣儲能方式是壓縮空氣并將產生的熱能儲存在各種介質當中，比如混凝土、石頭、礦洞礦石中等。需要發電的時候讓壓縮空氣推動發電機工作，這種方式能夠將壓縮空氣儲能的效率提升。對于上述過程的理解，下列說法正確的是(　　)
A.絕熱壓縮空氣，分子平均動能不變
B.絕熱壓縮空氣，溫度升高，氣體內能一定增大
C.該方式能夠將壓縮空氣儲能的效率提升到100%
D.壓縮空氣推動發電機工作，是氣體對外做功，內能增大
解析　絕熱壓縮空氣過程，與外界無熱交換，Q＝0，外界對氣體做功，W＞0，根據熱力學第一定律ΔU＝Q＋W，內能增大，則溫度升高，分子平均動能增大，故A錯誤，B正確；壓縮空氣儲能的過程涉及熱運動的能量轉換過程，根據熱力學第二定律可知，任何轉換過程效率都不可能達到100%，故C錯誤；壓縮空氣膨脹推動發電機工作，是氣體體積增大對外做功，內能減少，故D錯誤。
B
13.熱力學第二定律常見的表述方式有兩種，其一：熱量不能自發地從低溫物體傳遞到高溫物體；其二：不可能從單一熱源吸收熱量，使之全部變成功，而不產生其他影響。第一種表述方式可以用圖甲來表示，根據你對第二種表述的理解，如果也用類似的示意圖來表示，你認為圖乙示意圖中正確的是(　　)
甲 乙
解析　由題圖甲可知，使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體伴隨著外界做功，即引起其他變化；對于第二種表述方式，熱機工作時，從高溫物體吸收熱量，只有一部分用來對外做功，轉變為機械能，另一部分熱量要排放給低溫物體，故選項B正確，A、C、D錯誤。
甲 乙

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