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3.4热力学第二定律
预习新课
一、热力学第二定律
1．内容：在物理学中，反映宏观自然过程的 性的定律．
2．热力学第二定律的 表述：
热量不能 地从 温物体传到 温物体．阐述的是传热的 性．
3．热力学第二定律的 表述：
(1)热机①热机工作的两个阶段：第一个阶段是 ，把燃料中的 变成工作物质的 ；第二个阶段是工作物质对外 ，把自己的内能变成 ．
②热机用于做功的热量一定 它从高温热库吸收的热量，即W Q.
(2)热力学第二定律的开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之 ，而不产生其他影响．(该表述阐述了机械能与内能转化的方向性)．
4．热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是 的．(选填“等价”或“不等价”)
二、能源是有限的
1．能源：具有 的容易利用的储能物质．
2．能量耗散：使用的能源转化成内能分散在环境中不能自动聚集起来驱动机器做功，这样的转化过程叫作“能量耗散”．
3．能源的使用过程中虽然能的总量保持不变，但能量的品质下降了， 减少了．
随堂练习
例1．关于自然过程中的方向性，下列说法正确的是(　　)
A．摩擦生热的过程是可逆的
B．凡是符合能量守恒的过程一般都是可逆的
C．实际的宏观自然过程都具有“单向性”或“不可逆性”
D．空调机既能制冷又能制热，说明热传递不存在方向性
例2．下列过程中可能发生的是(　　)
A．某种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，其内气体自发逸出后又自发跑进去，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．将两瓶不同液体混合，然后它们又自发地各自分开
例3．(多选)根据热力学第二定律可知，下列说法中正确的是(　　)
A．不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化
B．没有冷凝器，只有单一的热库，能将从单一热库吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机是可以实现的
C．制冷系统将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气中，而不引起其他变化
D．不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化
例4． (多选)对于热力学第一定律和热力学第二定律的理解，下列说法正确的是(　　)
A．一定质量的气体膨胀对外做功100 J，同时从外界吸收120 J 热量，则它的内能增加20 J
B．物体从外界吸收热量，其内能一定增加，物体对外界做功，其内能一定减少
C．第二类永动机违反了热力学第二定律，没有违反热力学第一定律
D．凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，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
例5．全球受“新冠”疫情的影响，能源市场需求减少，国际原油价格一路走低．下列关于能量和能源说法正确的是(　　)
A．由于自然界的能量守恒，所以不需要节约能源
B．在利用能源的过程中，能量在数量上并未减少
C．能量耗散说明能量在转化过程中没有方向性
D．人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造
例6．关于两类永动机和热力学两大定律，下列说法正确的是(　　)
A．第二类永动机不可能制成是因为违背了热力学第一定律
B．第一类永动机不可能制成是因为违背了热力学第二定律
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，从单一热库吸收热量，完全变成功也是可能的
例7．(多选)下列对能量耗散理解正确的是(　　)
A．能量耗散说明能量在不断减少
B．能量耗散遵守能量守恒定律
C．能量耗散说明能量不能凭空产生，但可以凭空消失
D．能量耗散从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性
课后巩固
1．(多选)下列哪个过程具有方向性(　　)
A．热传导过程 B．内能向机械能的转化过程
C．气体的扩散过程 D．气体向真空中的膨胀
2．把水和酒精混合后，用蒸发的方式又可以分开，然后液化恢复到原来的状态，这说明(　　)
A．扩散现象没有方向
B．将水和酒精分开时，引起了其他变化，故扩散具有方向性
C．将水和酒精分开时，并没有引起化学变化，故扩散现象没有方向性
D．用本题的实验，无法说明扩散现象是否具有方向性
3．(多选)电冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气，说明(　　)
A．热量能自发地从低温物体传到高温物体
B．在一定条件下，热量可以从低温物体传到高温物体
C．热量的传递过程不具有方向性
D．在自发的条件下热量的传递过程具有方向性
4．(多选)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，而经过一段时间大米、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，放在室外的物体随气温的降低，不会将内能自发地转化为机械能而动起来
D．即使节能减排措施的不断完善，最终也不会使汽车热机的效率达到100%
5．在一个与外界没有热交换的房间里打开冰箱门，冰箱正常工作，过一段时间房间内的温度将如何变化(　　)
A．降低 B．升高 C．不变 D．无法确定
6．(多选)若有人想制造一种使用于轮船上的机器，它从海水中吸热全部转变为功，关于这种设想，下列说法正确的是(　　)
A．这种机器能造成
B．这种机器不能造成
C．这种机器违反了热力学第一定律
D．这种机器违反了热力学第二定律
7．下列说法正确的是(　　)
A．机械能全部变成内能是不可能的
B．第二类永动机不可能制造成功是因为能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体转移到另一个物体，或从一种形式转化成另一种形式
C．根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体
D．从单一热源吸收的热量全部变成功是可能的
8．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并加以利用．下列关于能量耗散的说法正确的是(　　)
A．能量耗散说明能量不守恒
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．能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程不具有方向性
9．热力学第二定律常见的表述方式有两种，其一：不可能使热量由低温物体传递到高温物体而不引起其他变化；其二：不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化。第一种表述方式可以用图甲来表示，根据你对第二种表述的理解，如果也用类似的示意图来表示，你认为图乙示意图中正确的是(　　)
甲 乙
10．下列说法正确的是(　　)
A．第二类永动机不可能制成功的原因是违背能量守恒定律
B．热力学第二定律可表述为所有自发的热现象的宏观过程都具有方向性
C．因为能量守恒，所以能源危机是不可能的
D．摩擦力做功的过程，必定有机械能转化为内能
3.4 热力学第二定律 参考答案
一、热力学第二定律
1．方向．
2．克劳修斯；自发；低；高；方向。
3．开尔文：(1)①燃烧燃料，化学能 内能；做功，机械能．②小于， < .
(2)完全变成功．
4．等价
二、能源是有限的1．高品质．3．能源
随堂练习
答案　C
解析　摩擦生热的过程是不可逆的，故A错误．能量守恒具有单向性，一般是不可逆，故B错误；实际的宏观过程都具有“单向性”或“不可逆性”，故C正确；空调机既能制冷又能制热，并不能说明热传递不存在方向性，而是在相反的过程中，要引起其他方面的变化，故D错误．
答案　C
解析　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，而不引起其他的影响，但通过一些其他手段是可以实现的，故C项正确；内能转化为机械能不可能自发地进行，要使内能全部转化为机械能必定要引起其他变化，故A项错误；气体膨胀具有方向性，故B项错误；扩散现象也有方向性，故D项错误．
答案　AD
解析　热力学第二定律揭示了与热现象有关的物理过程的方向性，机械能和内能的转化过程具有方向性，机械能可以全部转化为内能，而内能要全部转化为机械能必须借助外部的帮助，即会引起其他变化，A选项正确，B选项错误；热传递过程也具有方向性，热量能自发地从高温物体传给低温物体，但是热量要从低温物体传到高温物体，必然要引起其他变化(外界对系统做功)，C选项错误，D选项正确．
答案　AC
解析　根据热力学第一定律知，ΔU＝W＋Q＝－100 J＋120 J＝20 J，说明内能增加了20 J，故A正确；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知ΔU>0，内能增加，ΔU<0，内能减小，ΔU的大小由W、Q共同决定，说明物体从外界吸收热量，其内能不一定增加，物体对外界做功，其内能不一定减少，故B错误；第二类永动机没有违反热力学第一定律，不能制成是因为它违反了热力学第二定律，故C正确；通过做功的方式可以使热量从低温物体传递给高温物体，如电冰箱制冷时热量从低温物体传递给高温物体，故D错误．
答案　B
解析　根据能量守恒定律可知，能量不会被创造，也不会凭空消失，B正确，D错误；由于能量传递具有方向性，能量耗散导致能量品质降低，所以必须节约能源，A、C错误．
答案　D
解析　第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机违背热力学第二定律，A、B错误；由热力学第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝W＋Q可以等于0，C错误；由热力学第二定律可知选项D中的现象是可能的，但会产生其他影响，D正确．
答案　BD
解析　在发生能量转化的宏观过程中，其他形式的能量最终转化为流散到周围环境的内能，无法再回收利用，这种现象叫能量耗散．能量耗散并不违反能量守恒定律，宇宙中的能量既没有减少，也没有消失，它从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性，故A、C错，B、D对．
课后巩固
答案　ACD
解析　ACD过程都是与热现象有关的宏观过程，它们都具有方向性．B项机械能可以完全转化为内能，但内能就不能自动地、并不引起任何变化地100%变为机械能。
2．答案　B
解析　从题中可明显看出，两者混合时是自动产生的，但两者分离时，要先加热后冷却，也就是说，向分离与向混合这两个方向的发展是可以通过过程是否自动完成、是否需要外加其他手段才能完成来区分的，因此，可以证明扩散是有方向性的，B正确，A、C、D错误．
3．答案　BD
解析　一切自发过程都有方向性，如热传递，热量总是由高温物体自发地传向低温物体；又如扩散，气体总是自发地由密度大的地方向密度小的地方扩散．在外界帮助下气体可以由密度小的地方向密度大的地方扩散，热量可以从低温物体传向高温物体，电冰箱就是借助外界做功把热量从低温物体传向高温物体，B、D正确．
4．答案　BCD
解析　热力学第二定律反映的是与热现象有关的宏观过程的方向性的规律，A不属于热现象，A不符合题意；由热力学第二定律可知B、C、D符合题意．
5．答案　B
解析　冰箱消耗电能使冰箱内外发生热交换而达到内部制冷，把冰箱与房间看成一个系统，打开冰箱门后，冰箱与房间内的热交换发生在系统内，系统内部无法使系统总能量发生变化。但系统消耗电能增加了系统的总能量，根据能量守恒定律，系统增加的能量转化为内能使房间的温度升高。故选项B正确。
6．答案　BD
解析　这种机器从海水中吸热全部转变为功，这相当于第二类永动机，第二类永动机它不违反热力学第一定律，但违反了热力学第二定律，不能造成，故B、D正确．
7．答案　D
解析　机械能可以全部转化为内能，故A错；第二类永动机不可能制造成功是因为它违背了热力学第二定律，故B错；热量不能自发地从低温物体传到高温物体，但如果不是自发的，是可以进行的，故C错；从单一热源吸收热量全部用来做功而不引起其他变化，是不可能的，但如果是从单一热源吸收热量全部变为功的同时也引起了其他的变化，是可能的，故D对．
8．答案　C
解析　能量耗散过程中能量还是守恒的，能量耗散符合热力学第二定律，C正确．
9．答案　B
解析　由题图甲可知，使热量由低温物体传递到高温物体必伴随压缩机的做功，即引起其他变化；对于第二种方式，热机工作时，从高温物体吸收热量，只有一部分用来对外做功，转变为机械能，另一部分热量要排放给低温物体，故选项B正确，A、C、D错误。
10．答案　B
解析　第二类永动机不可能制造成功的原因是违背热力学第二定律，但不违背能量守恒定律，选项A错误；热力学第二定律可表述为所有自发的热现象的宏观过程都具有方向性，选项B正确；能量虽然守恒，但有些能量耗散以后就将不能再利用，故要节约能源，选项C错误；静摩擦力做功，没有机械能转化为内能，选项D错误．

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