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第三節　熱力學第二定律
［分值：60分］
1~7題每題5分，共35分
考點一　熱力學第二定律的理解
1.(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.熱傳遞是自發的、雙向的
D.氣體向真空中膨脹的過程是有方向性的
2.(多選)下列說法中正確的是 (　　)
A.一切涉及熱現象的宏觀自然過程都具有方向性
B.一切不違背能量守恒定律的物理過程都是可能實現的
C.由自然過程的方向性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
3.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
4.(2023·廣州市模擬)火熱的夏天教室里的空調為同學們提供了舒爽的環境，空調的工作原理如圖所示，以下表述正確的是 (　　)
A.空調的工作原理對應的是熱力學第一定律的開爾文表述
B.空調的工作原理反映了熱傳導的方向性
C.此原理圖中的Q1=Q2
D.此原理圖說明熱量不能從低溫物體傳到高溫物體
5.(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
考點二　熱力學第一定律和熱力學第二定律的比較
6.(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一緩慢的絕熱膨脹過程，氣體的內能減小
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”
7.(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時對外做功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，在熱傳導中，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
8~10題每題6分，11題7分，共25分
8.(多選)下列有關熱力學第二定律的說法正確的是 (　　)
A.氣體自發地擴散運動總是向著更為無序的方向進行，是不可逆過程
B.能源危機說明自然界的總能量在不斷減少
C.水的溫度自動下降時，釋放的內能可以自發地全部轉化為機械能
D.物體從高溫熱源吸收熱量后，內能可能變少
9.如圖所示，水平橫置氣缸內封閉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，活塞與氣缸壁之間無摩擦，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
10.氣閘艙是空間站中供航天員進入太空或由太空返回用的氣密性裝置，其原理如圖所示。座艙A與氣閘艙B間裝有閥門K，A中充滿氣體，B內為真空。航天員由太空返回到B時，將B封閉，打開閥門K，A中的氣體進入B中，最終達到平衡。假設此過程中系統保持溫度不變，艙內氣體可視為理想氣體，不考慮航天員的影響，則此過程中 (　　)
A.氣體膨脹做功，內能減小
B.氣體從外界吸收熱量
C.氣體分子在單位時間內對A艙壁單位面積碰撞的次數減少
D.一段時間后，A內氣體的密度可以自發地恢復到原來的密度
11.熱力學第二定律常見的表述方式有兩種，其一：不可能使熱量自發地由低溫物體傳遞到高溫物體；其二：不可能從單一熱庫吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化。第一種表述方式可以用如圖所示制冷機工作示意圖來表示，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，則下列示意圖中正確的是 (　　)
答案精析
1.AD　［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正確，B、C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.AC　［自然界中一切涉及熱現象的宏觀自然過程都具有方向性，故A正確；一切自發進行的與熱現象有關的宏觀過程，都具有方向性，所以不違背能量守恒定律的物理過程不一定都是可以實現的，故B錯誤；根據熱力學第二定律，一切自發進行的與熱現象有關的宏觀過程，都具有方向性，所以可以由自然過程的方向性判斷物理過程能否自發進行，故C正確；根據熱力學第二定律，一部分物理過程可以自發進行，故D錯誤。］
3.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。］
4.B　［空調的工作原理對應的是熱力學第二定律的開爾文表述，A錯誤；空調的工作原理反映了熱傳導的方向性，熱量不能自發的從低溫物體傳遞給高溫物體，但在其他條件干預下，可以從低溫物體傳遞給高溫物體，B正確；此原理圖中的Q1=Q2+W，C錯誤；此原理圖說明在外界干預下，熱量能從低溫物體傳到高溫物體，D錯誤。］
5.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。］
6.AB　［一定質量的理想氣體經歷一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。］
7.AC　［根據熱力學第一定律知，ΔU=W+Q=-100 J+120 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，ΔU的大小由W、Q共同決定，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。］
8.AD　［氣體自發地擴散運動總是向著無序的方向進行，是不可逆的過程，故A正確；根據能量守恒定律可知自然界的能量總量不會減少，故B錯誤；水的溫度自動下降時釋放的內能不可能在不引起其他變化的情況下完全轉化為機械能，故C錯誤；改變物體內能方式有熱傳遞和做功，所以當物體吸收熱量后對外做功的情況下內能可能變少，故D正確。］
9.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，氣體有足夠時間與外界進行傳熱，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且內能不變，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。］
10.C　［由于系統溫度保持不變，所以氣體內能不變，即ΔU=0，氣閘艙B內為真空，打開閥門K，A內的氣體自由擴散，該過程氣體不做功，根據熱力學第一定律ΔU=W+Q，可知Q=0，即不吸熱也不放熱，故A、B錯誤；氣體體積增大，則氣體分子密集程度減小，溫度不變，分子的平均動能不變，則氣體分子在單位時間內對A艙壁單位面積碰撞的次數減少，故C正確；根據熱力學第二定律可知，B中氣體不能自發地退回到A中，即A內氣體的密度不可能自發地恢復到原來的密度，故D錯誤。］
11.B　［對于第二種表述方式，熱機工作時，從高溫熱庫吸收熱量，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熱庫，故選項B正確，A、C、D錯誤。］第三節　熱力學第二定律
［學習目標］　1.了解自然界中宏觀過程的方向性。2.了解熱力學第二定律的兩種不同表述，以及兩種表述的物理實質(重點)。3.能運用熱力學第二定律解釋自然界中的能量轉化、轉移的方向性問題(難點)。
一、自然界中宏觀過程的方向性
　一滴黑色顏料滴進一杯清水中擴散，整杯水將均勻地變黑。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？這說明了什么？
1.熱傳導的方向性
熱量從高溫物體向低溫物體的熱傳導過程是　　　　進行的，反過來，要使熱量從低溫物體傳遞給高溫物體，則必須借助外界的作用。
2.機械能和內能轉化的方向性
(1)機械能可以全部轉化為內能，內能卻無法全部用來做功以轉化為機械能，而　　　　　　。
(2)第二類永動機
①從　　　　　　　　吸收熱量并全部用來做功，把它得到的內能全部轉化為機械能，熱機效率達到100%。這種想象中的熱機被稱為第二類永動機。
②第二類永動機并不違反　　　　　　　　　　　　，但是，由于內能全部轉化為機械能而不產生其他影響是　　　　的，因此第二類永動機是不可能制造出來的。
3.擴散的方向性
兩種不同的氣體可以　　　　地混合，最后成為一種均勻的混合氣體。相反，一種均勻的混合氣體卻不會自發地分開成為兩種氣體。
例1　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
例2　(2023·江門市高二期末)根據熱力學定律，下列說法正確的是 (　　)
A.電冰箱的工作過程表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞
B.功轉變為熱的實際宏觀過程是可逆過程
C.科技的進步可以使內燃機成為單一熱源的熱機
D.對能源的過度消耗將使自然界的能量不斷減少，形成能源危機
二、熱力學第二定律
1.能夠揭示宏觀過程方向性規律的是熱力學第二定律。
2.熱力學第二定律的克勞修斯表述：
熱量不能　　　　從低溫物體傳遞到高溫物體。或者說，不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而　　　　　　　　　　。(該表述闡述的是熱傳導的方向性)
3.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并把它　　　　　　　　，而不產生其他影響。(該表述闡述的是機械能和內能轉化的方向性)
4.熱力學第二定律的克勞修斯表述和開爾文表述是　　　　　　(選填“等價”或“不等價”)的。
1.熱傳導的方向性能否簡單理解為“熱量不會從低溫物體傳給高溫物體”？
2.如圖所示是制冷機和熱機的工作過程示意圖，通過此圖思考以下問題：
(1)制冷機工作時熱量是自發地從低溫熱庫傳到高溫熱庫嗎？
(2)熱機工作時能否將從高溫熱庫吸收的熱量全部用來做功？
例3　(多選)地球上有很多的海水，它的總質量約為1.4×1018 t，如果這些海水的溫度降低0.1 ℃，將要放出5.8×1023 J的熱量。有人曾設想利用海水放出的熱量，使它完全變成機械能來解決能源危機，但這種機器是不能制成的，關于其原因，下列說法正確的是 (　　)
A.內能不能轉化成機械能
B.內能轉化成機械能不滿足熱力學第一定律
C.只從單一熱源吸收熱量并完全轉化成機械能的機械不滿足熱力學第二定律
D.機械能可全部轉化為內能，內能不可能全部轉化為機械能，同時不引起其他變化
(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、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 是關于在有限空間和時間內，一切和熱現象有關的物理過程、化學過程具有不可逆性的經驗總結
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(或只有一個熱庫，實現內能全部向機械能的轉化)
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4　(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
不能，說明擴散有方向性。
梳理與總結
1.自發
2.（1）不產生其他影響　（2）①單一熱源　②能量守恒定律　不可能
3.自發
例1　C　［內能自發地全部轉化為機械能而不產生其他影響是不可能的，故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；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，因此不能自發地各自分開，D錯誤。］
例2　A　［電冰箱的工作過程表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞，但要引起其他變化，故A正確；根據熱力學第二定律，功轉變為熱的實際宏觀過程是不可逆過程，故B錯誤；根據熱力學第二定律，從單一熱源吸收熱量，全部用來對外做功而不引起其他變化是不可能的，故C錯誤；自然界的能量不會減少，形成“能源危機”的原因是能源的品質下降，可利用的能源不斷減少，故D錯誤。］
2.自發地　不引起其他變化
3.全部用來做功
4.等價
討論與交流
1.不能。兩個溫度不同的物體相互接觸時，熱量會自發地從高溫物體傳給低溫物體，使高溫物體的溫度降低，低溫物體的溫度升高，這個過程是自發進行的，不需要任何外界的影響或者幫助，有時我們也能實現熱量從低溫物體傳給高溫物體，如電冰箱，但這不是自發地進行的，需要消耗電能。
2.（1）不是，熱量從低溫熱庫傳到高溫熱庫時需要有外界做功。
（2）不能，熱機工作時只能將從高溫熱庫吸收的熱量的一部分用來做功，剩余的部分能量釋放到低溫熱庫。
例3　CD　［內能可以轉化成機械能，如熱機，故A錯誤；內能轉化成機械能的過程滿足熱力學第一定律，也可以說符合能量守恒定律，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并把它全部用來做功，而不引起其他變化，故C、D正確。］
例4　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47張PPT)
DISANZHANG
第三章
第三節　熱力學第二定律
1.了解自然界中宏觀過程的方向性。
2.了解熱力學第二定律的兩種不同表述，以及兩種表述的物理實質(重點)。
3.能運用熱力學第二定律解釋自然界中的能量轉化、轉移的方向性問題(難點)。
學習目標
一、自然界中宏觀過程的方向性
二、熱力學第二定律
課時對點練
內容索引
三、熱力學第一定律和熱力學第二定律的比較
自然界中宏觀過程的方向性
一
一滴黑色顏料滴進一杯清水中擴散，整杯水將均勻地變黑。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？這說明了什么？
答案　不能，說明擴散有方向性。
1.熱傳導的方向性
熱量從高溫物體向低溫物體的熱傳導過程是 進行的，反過來，要使熱量從低溫物體傳遞給高溫物體，則必須借助外界的作用。
2.機械能和內能轉化的方向性
(1)機械能可以全部轉化為內能，內能卻無法全部用來做功以轉化為機械能，而 。
梳理與總結
自發
不產生其他影響
(2)第二類永動機
①從 吸收熱量并全部用來做功，把它得到的內能全部轉化為機械能，熱機效率達到100%。這種想象中的熱機被稱為第二類永動機。
②第二類永動機并不違反 ，但是，由于內能全部轉化為機械能而不產生其他影響是 的，因此第二類永動機是不可能制造出來的。
單一熱源
能量守恒定律
不可能
3.擴散的方向性
兩種不同的氣體可以 地混合，最后成為一種均勻的混合氣體。相反，一種均勻的混合氣體卻不會自發地分開成為兩種氣體。
自發
　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
例1
√
內能自發地全部轉化為機械能而不產生其他影響是不可能的，故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；
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，因此不能自發地各自分開，D錯誤。
　(2023·江門市高二期末)根據熱力學定律，下列說法正確的是
A.電冰箱的工作過程表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞
B.功轉變為熱的實際宏觀過程是可逆過程
C.科技的進步可以使內燃機成為單一熱源的熱機
D.對能源的過度消耗將使自然界的能量不斷減少，形成能源危機
例2
√
電冰箱的工作過程表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞，但要引起其他變化，故A正確；
根據熱力學第二定律，功轉變為熱的實際宏觀過程是不可逆過程，故B錯誤；
根據熱力學第二定律，從單一熱源吸收熱量，全部用來對外做功而不引起其他變化是不可能的，故C錯誤；
自然界的能量不會減少，形成“能源危機”的原因是能源的品質下降，可利用的能源不斷減少，故D錯誤。
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熱力學第二定律
二
1.能夠揭示宏觀過程方向性規律的是熱力學第二定律。
2.熱力學第二定律的克勞修斯表述：
熱量不能 從低溫物體傳遞到高溫物體。或者說，不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而 。(該表述闡述的是熱傳導的方向性)
3.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并把它 ，而不產生其他影響。(該表述闡述的是機械能和內能轉化的方向性)
4.熱力學第二定律的克勞修斯表述和開爾文表述是 (選填“等價”或“不等價”)的。
自發地
不引起其他變化
全部用來做功
等價
1.熱傳導的方向性能否簡單理解為“熱量不會從低溫物體傳給高溫物體”？
討論與交流
答案　不能。兩個溫度不同的物體相互接觸時，熱量會自發地從高溫物體傳給低溫物體，使高溫物體的溫度降低，低溫物體的溫度升高，這個過程是自發進行的，不需要任何外界的影響或者幫助，有時我們也能實現熱量從低溫物體傳給高溫物體，如電冰箱，但這不是自發地進行的，需要消耗電能。
2.如圖所示是制冷機和熱機的工作過程示意圖，通過此圖思考以下問題：
(1)制冷機工作時熱量是自發地從低溫熱庫傳到高溫熱庫嗎？
答案　不是，熱量從低溫熱庫傳到高溫熱庫時需要有外界做功。
(2)熱機工作時能否將從高溫熱庫吸收的熱量全部用來做功？
答案　不能，熱機工作時只能將從高溫熱庫吸收的熱量的一部分用來做功，剩余的部分能量釋放到低溫熱庫。
　(多選)地球上有很多的海水，它的總質量約為1.4×1018 t，如果這些海水的溫度降低0.1 ℃，將要放出5.8×1023 J的熱量。有人曾設想利用海水放出的熱量，使它完全變成機械能來解決能源危機，但這種機器是不能制成的，關于其原因，下列說法正確的是
A.內能不能轉化成機械能
B.內能轉化成機械能不滿足熱力學第一定律
C.只從單一熱源吸收熱量并完全轉化成機械能的機械不滿足熱力學第二
定律
D.機械能可全部轉化為內能，內能不可能全部轉化為機械能，同時不引
起其他變化
例3
√
√
內能可以轉化成機械能，如熱機，故A錯誤；
內能轉化成機械能的過程滿足熱力學第一定律，也可以說符合能量守恒定律，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并把它全部用來做功，而不引起其他變化，故C、D正確。
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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熱力學第一定律和熱力學第二定律的比較
三
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 是關于在有限空間和時間內，一切和熱現象有關的物理過程、化學過程具有不可逆性的經驗總結
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(或只有一個熱庫，實現內能全部向機械能的轉化)
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
　(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4
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
四
考點一　熱力學第二定律的理解
1.(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.熱傳遞是自發的、雙向的
D.氣體向真空中膨脹的過程是有方向性的
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基礎對點練
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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正確，B、C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.(多選)下列說法中正確的是
A.一切涉及熱現象的宏觀自然過程都具有方向性
B.一切不違背能量守恒定律的物理過程都是可能實現的
C.由自然過程的方向性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
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自然界中一切涉及熱現象的宏觀自然過程都具有方向性，故A正確；
一切自發進行的與熱現象有關的宏觀過程，都具有方向性，所以不違背能量守恒定律的物理過程不一定都是可以實現的，故B錯誤；
根據熱力學第二定律，一切自發進行的與熱現象有關的宏觀過程，都具有方向性，所以可以由自然過程的方向性判斷物理過程能否自發進行，故C正確；
根據熱力學第二定律，一部分物理過程可以自發進行，故D錯誤。
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3.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。
4.(2023·廣州市模擬)火熱的夏天教室里的空調為同學們提供了舒爽的環境，空調的工作原理如圖所示，以下表述正確的是
A.空調的工作原理對應的是熱力學第一定律的開爾文表述
B.空調的工作原理反映了熱傳導的方向性
C.此原理圖中的Q1=Q2
D.此原理圖說明熱量不能從低溫物體傳到高溫物體
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空調的工作原理對應的是熱力學第二定律的開爾文表述，A錯誤；
空調的工作原理反映了熱傳導的方向性，熱量不能自發的從低溫物體傳遞給高溫物體，但在其他條件干預下，可以從低溫物體傳遞給高溫物體，B正確；
此原理圖中的Q1=Q2+W，C錯誤；
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此原理圖說明在外界干預下，熱量能從低溫物體傳到高溫物體，D錯誤。
5.(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
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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。
考點二　熱力學第一定律和熱力學第二定律的比較
6.(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一緩慢的絕熱膨脹過程，氣體的內能減小
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一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。
7.(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時對外做功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，在熱傳導中，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
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根據熱力學第一定律知，ΔU=W+Q=-100 J+120 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，ΔU的大小由W、Q共同決定，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。
8.(多選)下列有關熱力學第二定律的說法正確的是
A.氣體自發地擴散運動總是向著更為無序的方向進行，是不可逆過程
B.能源危機說明自然界的總能量在不斷減少
C.水的溫度自動下降時，釋放的內能可以自發地全部轉化為機械能
D.物體從高溫熱源吸收熱量后，內能可能變少
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能力綜合練
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氣體自發地擴散運動總是向著無序的方向進行，是不可逆的過程，故A正確；
根據能量守恒定律可知自然界的能量總量不會減少，故B錯誤；
水的溫度自動下降時釋放的內能不可能在不引起其他變化的情況下完全轉化為機械能，故C錯誤；
改變物體內能方式有熱傳遞和做功，所以當物體吸收熱量后對外做功的情況下內能可能變少，故D正確。
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9.如圖所示，水平橫置氣缸內封閉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，活塞與氣缸壁之間無摩擦，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，氣體有足夠時間與外界進行傳熱，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且內能不變，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。
10.氣閘艙是空間站中供航天員進入太空或由太空返回用的氣密性裝置，其原理如圖所示。座艙A與氣閘艙B間裝有閥門K，A中充滿氣體，B內為真空。航天員由太空返回到B時，將B封閉，打開閥門K，A中的氣體進入B中，最終達到平衡。假設此過程中系統保持溫度不變，艙內氣體可視為理想氣體，不考慮航天員的影響，則此過程中
A.氣體膨脹做功，內能減小
B.氣體從外界吸收熱量
C.氣體分子在單位時間內對A艙壁單位面積碰撞的次數減少
D.一段時間后，A內氣體的密度可以自發地恢復到原來的密度
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由于系統溫度保持不變，所以氣體內能不變，
即ΔU=0，氣閘艙B內為真空，打開閥門K，A
內的氣體自由擴散，該過程氣體不做功，根據熱力學第一定律ΔU=W+Q，可知Q=0，即不吸熱也不放熱，故A、B錯誤；
氣體體積增大，則氣體分子密集程度減小，溫度不變，分子的平均動能不變，則氣體分子在單位時間內對A艙壁單位面積碰撞的次數減少，故C正確；
根據熱力學第二定律可知，B中氣體不能自發地退回到A中，即A內氣體的密度不可能自發地恢復到原來的密度，故D錯誤。
11.熱力學第二定律常見的表述方式有兩種，其一：不可能使熱量自發地由低溫物體傳遞到高溫物體；其二：不可能從單一熱庫吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化。第一種表述方式可以用如圖所示制冷機工作示意圖來表示，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，則下列示意圖中正確的是
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對于第二種表述方式，熱機工作時，從高溫熱庫吸收熱量，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熱庫，故選項B正確，A、C、D錯誤。
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