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第4节　热力学第二定律(赋能课—精细培优科学思维)
课标要求 学习目标
通过自然界中宏观过程的方向性，了解热力学第二定律。 1.知道一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。知道热力学第二定律的两种表述内容。2.体会用热力学第二定律反映宏观自然过程的方向性。体会能量守恒和能源有限。3.应用热力学定律解释生产生活中的实例。
一、热力学第二定律
1．热力学第二定律
在物理学中，反映宏观自然过程的________的定律。
2．热力学第二定律的克劳修斯表述
热量不能自发地从________物体传到________物体。
3．热力学第二定律的开尔文表述
不可能从单一热库吸收________，使之完全变成功，而不产生其他影响。
二、能源是有限的
1．自然界的一切变化，人类社会的所有活动，都伴随着能量的转移和转化，能量在转移和转化过程中，总量是________的。
2．能量耗散：能源在利用过程中最后都转化为________，不能再自动聚集起来加以利用的现象。
3．能源：具有________的容易利用的储能物质。
4．能量品质变化：能源的使用过程中虽然能的总量保持守恒，但能量的品质降低了，能源会逐步减少，因此能源是有限的资源。
[微情境·大道理]
1.若室内的温度恒定，一杯热水静置一段时间后就会变成一杯常温的水，但一杯常温的水不会自行变成一杯热水。下落的石头因为与空气摩擦而变热，一部分机械能转化成了内能，但石头不能把内能自动转化为机械能，使自己重新飞上天去。
请对以下说法作出判断：
(1)热量可以自发地由高温物体传递到低温物体。(　　)
(2)热量不可能由低温物体传递到高温物体。(　　)
(3)能量传递自发进行是有方向性的。(　　)
2．既然能量守恒，为什么还要节约能源？
强化点(一)　热力学第二定律的理解与应用
任务驱动　
　　　　如图是热量在传递过程中的情境。
讨论：
(1)在自然过程中热量是如何传递的？
(2)冰箱是如何传递热量的？
[要点释解明]
1．对热力学第二定律的理解
(1)“自发地”是指热量从高温物体“自发地”传给低温物体的方向性。在传热过程中不会对其他物体产生影响或借助其他物体提供能量等。
(2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响。如吸热、放热、做功等。
(3)“单一热库”：指温度均匀并且恒定不变的系统。若一系统各部分温度不相同或者温度不稳定，则构成机器的工作物质可以在不同温度的两部分之间工作，从而可以对外做功。据报道，有些国家已在研究利用海水上下温度不同来发电。
(4)“不可能”：实际上热机或制冷机系统循环终了时，除了从单一热库吸收热量对外做功，以及热量从低温热库传到高温热库以外，过程中所产生的其他一切影响，不论用任何的办法都不可能加以消除。
2．热力学第二定律的实质
热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。
3．热力学过程方向性实例
(1)高温物体低温物体
(2)功热
(3)气体体积V1气体体积V2(较大)
(4)不同气体A和B混合气体AB
4．热力学第二定律的其他描述
(1)一切宏观自然过程的进行都具有方向性。
(2)气体向真空的自由膨胀是不可逆的。
[典例]　(多选)下列现象不可能发生的是(　　)
A．在一与外界绝热的房间内，将一台正在工作的电冰箱的门打开，能使该房间降温
B．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化为机械能
C．一个在粗糙的水平地面上运动的物体最终要停下来，物体的动能全部转化为内能
D．在热传导中，热量可以自发地从高温物体传向低温物体
听课记录：
对热力学第二定律理解的两个误区
(1)误认为热量只能由高温物体传到低温物体，不能由低温物体传到高温物体。热量可以由高温物体传到低温物体，也可以由低温物体传到高温物体；但是，前者可以自发完成，而后者则必须有外界参与。
(2)误认为机械能可以完全转化为内能，而内能不能完全转化为机械能。机械能可以完全转化为内能，内能也可以完全转化为机械能；但是，前者可以不产生其他影响，而后者一定会产生其他影响。
[题点全练清]
1．(多选)下列说法中正确的是(　　)
A．一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性
B．一切不违背能量守恒定律的物理过程都是可能实现的
C．由自然过程的方向性可以判断物理过程能否自发进行
D．一切物理过程都不可能自发地进行
2．(2024·泰安高二阶段练习)下列说法正确的是(　　)
A．热量不能由低温物体传递到高温物体
B．外界对物体做功，物体的内能必定增加
C．第二类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律
D．电冰箱虽然可以从低温物体吸收热量，但不违背热力学第二定律
强化点(二)　热机和第二类永动机
任务驱动　
如图所示是制冷机和热机的工作过程示意图，请在图片基础上思考以下问题：
(1)制冷机工作时热量是自发地从低温热库传到高温热库吗？
(2)热机工作时是否将从高温热库吸收的热量全部用来做功？
[要点释解明]
1．热机的特点
(1)热机不仅仅只有一个热库。
(2)热机的效率不可能达到100%。
2．第二类永动机不能制成的原因：违反了热力学第二定律(不违反能量守恒定律)。
3．第二类永动机不能制成的意义
(1)机械能可全部转化成内能，但内能不能全部转化成机械能。
(2)机械能和内能的转化过程具有方向性。
4．两类永动机的比较
分类 第一类永动机 第二类永动机
设计要求 不消耗任何能量,可以不断对外做功(或只给予很小的能量启动后,可以永远运动下去) 将内能全部转化为机械能,而不引起其他变化(或只有一个热源,实现内能与机械能的转化)
不可能制成的原因　 违背了能量守恒定律 违背了热力学第二定律
[典例]　(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而不引起其他变化
B．凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量只能自发地从高温物体传递给低温物体，而不能自发地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．第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，随着科技的进步和发展，第二类永动机可以制造出来
听课记录：
[题点全练清]
1．(多选)关于热机的效率，下列说法正确的是(　　)
A．有可能达到80%　B．有可能达到100%
C．有可能超过80% D．一定能达到100%
2．(2024·哈尔滨高二阶段练习)(多选)下面说法中正确的是(　　)
A．不可能从单一热源吸热，使之完全变成功，而不产生其他影响
B．热量只能由高温物体传递给低温物体
C．第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第一定律
D．利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能是可能的
强化点(三)　能量与能量耗散
[要点释解明]
1．各种形式的能最终都转化为内能，流散到周围的环境中，分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它也只不过能使地球、大气稍稍变暖一点，却再也不能驱动机器做功了。
2．从可被利用的价值来看，内能较之机械能、电能等，是一种低品质的能量。由此可知，能量耗散虽然不会导致能量的总量减少，却会导致能量品质的降低，实际上是将能量从容易利用的形式降级为不大可用的形式。
3．能量耗散导致可利用能源减少，所以要节约能源。
[题点全练清]
1．(2024·辽宁葫芦岛高二联考)(多选)下列对能量耗散理解正确的是(　　)
A．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
B．能量耗散遵守能量守恒定律
C．能量耗散说明能量可以凭空消失
D．能量耗散说明能量在不断减少
2．(2024·日照高二检测)关于能量和能源，下列说法正确的是(　　)
A．人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造
B．在能源的利用过程中，由于能量在数量上并未减少，所以不需要节约能源
C．自然界中只要涉及热现象的宏观过程都具有方向性
D．能量耗散现象说明：在能量转化的过程中，虽然能量的总量并不减少，但能量品质提升了
第4节　热力学第二定律
一、1.方向性　2.低温　高温　3.热量
二、1.守恒　2.内能　3.高品质
[微情境·大道理]
1．(1)√　(2)×　(3)√
2．提示：人们在使用能源的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的内能。虽然能量不会减少，但能源会越来越少，所以要节约能源。
强化点(一)　
[任务驱动]　提示：(1)热量由温度高的物体传递给温度低的物体，或由温度高的地方传递到温度低的地方。
(2)冰箱可以通过电机做功，把热量从温度比较低的冰箱内传递到冰箱外。
[典例]　选AB　在一与外界绝热的房间内，将一台正在工作的电冰箱的门打开，消耗了电能，产生了焦耳热，所以房间温度不仅不能降低还会升高，故A不可能发生；蒸汽机不可能把蒸汽的内能全部转化为机械能，转化过程中必然存在能量耗散，故B不可能发生；一个在粗糙的水平地面上运动的物体最终要停下来，物体的动能全部转化为内能，C可能发生；在热传导中，热量可以自发地从高温物体传向低温物体，D可能发生。
[题点全练清]
1．选AC　自然界中一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性，故A正确；一切自发进行的与热现象有关的宏观过程都具有方向性，所以不违背能量守恒定律的物理过程不一定都是可以实现的，故B错误；根据热力学第二定律，一切自发进行的与热现象有关的宏观过程都具有方向性，所以可以由自然过程的方向性判断物理过程能否自发进行，故C正确；根据热力学第二定律，一部分物理过程可以自发进行的，故D错误。
2．选D　热量能由低温物体传递到高温物体，此过程会引起其他的变化，故A错误；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，物体的内能的变化与外界做功和物体吸收的热量有关，外界对物体做功，若同时物体对外放热，物体的内能可能减小，故B错误；第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，故C错误；电冰箱虽然可以从低温物体吸收热量，但要消耗一定的电能，所以不违反热力学第二定律，故D正确。
强化点(二)　
[任务驱动]　提示：(1)不是。热量从低温热库传到高温热库时需要有外界做功。
(2)否。热机工作时只将从高温热库吸收热量的一部分用来做功，剩余的释放到低温热库。
[典例]　选BC　机械能可以全部转化为内能，在没有外界影响时，内能不能全部用来做功转化为机械能，A错误；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正确；尽管科技不断进步，热机的效率仍不能达到100%，C正确；第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，而是违背了热力学第二定律，故第二类永动机不可能制造出来，D错误。
[题点全练清]
1．选AC　根据热力学第二定律，热机效率永远也达不到100%。
2．选AD　根据热力学第二定律可知，不可能从单一热源吸热，使之完全变成功，而不产生其他影响，故A正确；热量可以由低温物体传递给高温物体，但会产生其他影响，故B错误；第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，故C错误；利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能是可能的，故D正确。
强化点(三)　
1．选AB　能量耗散遵守能量守恒定律，能量既不能凭空消失，也不能减少，而是以不同形式存在。能量耗散是指在能量转化的过
程中，其他形式的能最终转化为内能，流散到周围环境中，无法再被利用，使能量的可利用率越来越低，反映了能量流动的方向性。故A、B正确。
2．选C　根据能量守恒定律，能量是不能被创造的，A错误；在能源的利用过程中，虽然能量在数量上并未减少，但是能量的品质在降低，所以需要节约能源，B错误；根据热力学第二定律可知，自然界中只要涉及热现象的宏观过程都具有方向性，C正确；能量耗散现象说明：在能量转化的过程中，虽然能量的总量并不减少，但能量品质降低了，D错误。
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热力学第二定律
(赋能课——精细培优科学思维)
第4节
课标要求 学习目标
通过自然界中宏观过程的方向性，了解热力学第二定律。 1.知道一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。知道热力学第二定律的两种表述内容。
2.体会用热力学第二定律反映宏观自然过程的方向性。体会能量守恒和能源有限。
3.应用热力学定律解释生产生活中的实例。
1
课前预知教材/落实主干基础
2
课堂精析重难/深度发掘知能
3
课时跟踪检测
CONTENTS
目录
课前预知教材/落实主干基础
一、热力学第二定律
1.热力学第二定律：在物理学中，反映宏观自然过程的_______的定律。
2.热力学第二定律的克劳修斯表述：热量不能自发地从_____物体传到______物体。
3.热力学第二定律的开尔文表述：不可能从单一热库吸收______，使之完全变成功，而不产生其他影响。
方向性
高温
热量
低温
二、能源是有限的
1.自然界的一切变化，人类社会的所有活动，都伴随着能量的转移和转化，能量在转移和转化过程中，总量是_____的。
2.能量耗散：能源在利用过程中最后都转化为______，不能再自动聚集起来加以利用的现象。
3.能源：具有________的容易利用的储能物质。
4.能量品质变化：能源的使用过程中虽然能的总量保持守恒，但能量的品质降低了，能源会逐步减少，因此能源是有限的资源。
守恒
内能
高品质
1.若室内的温度恒定，一杯热水静置一段时间后就会变成一杯常温的水，但一杯常温的水不会自行变成一杯热水。下落的石头因为与空气摩擦而变热，一部分机械能转化成了内能，但石头不能把内能自动转化为机械能，使自己重新飞上天去。
请对以下说法作出判断：
微情境·大道理
(1)热量可以自发地由高温物体传递到低温物体。 ( )
(2)热量不可能由低温物体传递到高温物体。 ( )
(3)能量传递自发进行是有方向性的。 ( )
√
√
×
2.既然能量守恒，为什么还要节约能源
提示：人们在使用能源的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的内能。虽然能量不会减少，但能源会越来越少，所以要节约能源。
课堂精析重难/深度发掘知能
如图是热量在传递过程中的情境。
讨论：
强化点(一)　热力学第二定律的理解与应用
任务驱动
(1)在自然过程中热量是如何传递的
提示：热量由温度高的物体传递给温度低的物体，或由温度高的地方传递到温度低的地方。
(2)冰箱是如何传递热量的
提示：冰箱可以通过电机做功，把热量从温度比较低的冰箱内传递到冰箱外。
1.对热力学第二定律的理解
(1)“自发地”是指热量从高温物体“自发地”传给低温物体的方向性。在传热过程中不会对其他物体产生影响或借助其他物体提供能量等。
(2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响。如吸热、放热、做功等。
要点释解明
(3)“单一热库”：指温度均匀并且恒定不变的系统。若一系统各部分温度不相同或者温度不稳定，则构成机器的工作物质可以在不同温度的两部分之间工作，从而可以对外做功。据报道，有些国家已在研究利用海水上下温度不同来发电。
(4)“不可能”：实际上热机或制冷机系统循环终了时，除了从单一热库吸收热量对外做功，以及热量从低温热库传到高温热库以外，过程中所产生的其他一切影响，不论用任何的办法都不可能加以消除。
2.热力学第二定律的实质
热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。
3.热力学过程方向性实例
(1)高温物体 低温物体
(2)功 热
(3)气体体积V1 气体体积V2(较大)
(4)不同气体A和B 混合气体AB
4.热力学第二定律的其他描述
(1)一切宏观自然过程的进行都具有方向性。
(2)气体向真空的自由膨胀是不可逆的。
[典例]　(多选)下列现象不可能发生的是 (　　)
A.在一与外界绝热的房间内，将一台正在工作的电冰箱的门打开，能使该房间降温
B.蒸汽机把蒸汽的内能全部转化为机械能
C.一个在粗糙的水平地面上运动的物体最终要停下来，物体的动能全部转化为内能
D.在热传导中，热量可以自发地从高温物体传向低温物体
√
√
[解析]　在一与外界绝热的房间内，将一台正在工作的电冰箱的门打开，消耗了电能，产生了焦耳热，所以房间温度不仅不能降低还会升高，故A不可能发生；蒸汽机不可能把蒸汽的内能全部转化为机械能，转化过程中必然存在能量耗散，故B不可能发生；一个在粗糙的水平地面上运动的物体最终要停下来，物体的动能全部转化为内能，C可能发生；在热传导中，热量可以自发地从高温物体传向低温物体，D可能发生。
/易错警示/
对热力学第二定律理解的两个误区
(1)误认为热量只能由高温物体传到低温物体，不能由低温物体传到高温物体。热量可以由高温物体传到低温物体，也可以由低温物体传到高温物体；但是，前者可以自发完成，而后者则必须有外界参与。
(2)误认为机械能可以完全转化为内能，而内能不能完全转化为机械能。机械能可以完全转化为内能，内能也可以完全转化为机械能；但是，前者可以不产生其他影响，而后者一定会产生其他影响。
1.(多选)下列说法中正确的是 (　　)
A.一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性
B.一切不违背能量守恒定律的物理过程都是可能实现的
C.由自然过程的方向性可以判断物理过程能否自发进行
D.一切物理过程都不可能自发地进行
题点全练清
√
√
解析：自然界中一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性，故A正确；一切自发进行的与热现象有关的宏观过程都具有方向性，所以不违背能量守恒定律的物理过程不一定都是可以实现的，故B错误；根据热力学第二定律，一切自发进行的与热现象有关的宏观过程都具有方向性，所以可以由自然过程的方向性判断物理过程能否自发进行，故C正确；根据热力学第二定律，一部分物理过程可以自发进行的，故D错误。
2.(2024·泰安高二阶段练习)下列说法正确的是 (　　)
A.热量不能由低温物体传递到高温物体
B.外界对物体做功，物体的内能必定增加
C.第二类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律
D.电冰箱虽然可以从低温物体吸收热量，但不违背热力学第二定律
√
解析：热量能由低温物体传递到高温物体，此过程会引起其他的变化，故A错误；根据热力学第一定律ΔU=W+Q，物体的内能的变化与外界做功和物体吸收的热量有关，外界对物体做功，若同时物体对外放热，物体的内能可能减小，故B错误；第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，故C错误；电冰箱虽然可以从低温物体吸收热量，但要消耗一定的电能，所以不违反热力学第二定律，故D正确。
如图所示是制冷机和热机的工作过程示意图，请在图片基础上思考以下问题：
任务驱动
强化点(二)　热机和第二类永动机
(1)制冷机工作时热量是自发地从低温热库传到高温热库吗
提示：不是。热量从低温热库传到高温热库时需要有外界做功。
(2)热机工作时是否将从高温热库吸收的热量全部用来做功
提示：否。热机工作时只将从高温热库吸收热量的一部分用来做功，剩余的释放到低温热库。
1.热机的特点
(1)热机不仅仅只有一个热库。
(2)热机的效率不可能达到100%。
2.第二类永动机不能制成的原因：违反了热力学第二定律(不违反能量守恒定律)。
要点释解明
3.第二类永动机不能制成的意义
(1)机械能可全部转化成内能，但内能不能全部转化成机械能。
(2)机械能和内能的转化过程具有方向性。
4.两类永动机的比较
分类 第一类永动机 第二类永动机
设计 要求 不消耗任何能量，可以不断对外做功(或只给予很小的能量启动后，可以永远运动下去) 将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化(或只有一个热源，实现内能与机械能的转化)
不可能 制成的 原因　 违背了能量守恒定律 违背了热力学第二定律
[典例]　(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而不引起其他变化
B.凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量只能自发地从高温物体传递给低温物体，而不能自发地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.第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，随着科技的进步和发展，第二类永动机可以制造出来
[解析]　机械能可以全部转化为内能，在没有外界影响时，内能不能全部用来做功转化为机械能，A错误；
√
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正确；尽管科技不断进步，热机的效率仍不能达到100%，C正确；第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，而是违背了热力学第二定律，故第二类永动机不可能制造出来，D错误。
1.(多选)关于热机的效率，下列说法正确的是 (　　)
A.有可能达到80%　　　　 B.有可能达到100%
C.有可能超过80% D.一定能达到100%
解析：根据热力学第二定律，热机效率永远也达不到100%。
题点全练清
√
√
2.(2024·哈尔滨高二阶段练习)(多选)下面说法中正确的是 (　　)
A.不可能从单一热源吸热，使之完全变成功，而不产生其他影响
B.热量只能由高温物体传递给低温物体
C.第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第一定律
D.利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能是可能的
√
√
解析：根据热力学第二定律可知，不可能从单一热源吸热，使之完全变成功，而不产生其他影响，故A正确；热量可以由低温物体传递给高温物体，但会产生其他影响，故B错误；第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，故C错误；利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能是可能的，故D正确。
1.各种形式的能最终都转化为内能，流散到周围的环境中，分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它也只不过能使地球、大气稍稍变暖一点，却再也不能驱动机器做功了。
2.从可被利用的价值来看，内能较之机械能、电能等，是一种低品质的能量。由此可知，能量耗散虽然不会导致能量的总量减少，却会导致能量品质的降低，实际上是将能量从容易利用的形式降级为不大可用的形式。
3.能量耗散导致可利用能源减少，所以要节约能源。
要点释解明
强化点(三)　能量与能量耗散
1.(2024·辽宁葫芦岛高二联考)(多选)下列对能量耗散理解正确的是 (　　)
A.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
B.能量耗散遵守能量守恒定律
C.能量耗散说明能量可以凭空消失
D.能量耗散说明能量在不断减少
题点全练清
√
√
解析：能量耗散遵守能量守恒定律，能量既不能凭空消失，也不能减少，而是以不同形式存在。能量耗散是指在能量转化的过程中，其他形式的能最终转化为内能，流散到周围环境中，无法再被利用，使能量的可利用率越来越低，反映了能量流动的方向性。故
A、B正确。
2.(2024·日照高二检测)关于能量和能源，下列说法正确的是 (　　)
A.人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造
B.在能源的利用过程中，由于能量在数量上并未减少，所以不需要节约能源
C.自然界中只要涉及热现象的宏观过程都具有方向性
D.能量耗散现象说明：在能量转化的过程中，虽然能量的总量并不减少，但能量品质提升了
√
解析：根据能量守恒定律，能量是不能被创造的，A错误；在能源的利用过程中，虽然能量在数量上并未减少，但是能量的品质在降低，所以需要节约能源，B错误；根据热力学第二定律可知，自然界中只要涉及热现象的宏观过程都具有方向性，C正确；能量耗散现象说明：在能量转化的过程中，虽然能量的总量并不减少，但能量品质降低了，D错误。
课时跟踪检测
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A级——基础达标
1.关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说法正确的是(　　)
A.第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律
B.第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律
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，从单一热源吸收热量，使之完全变成功是可能的
√
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解析：第一类永动机违反能量守恒定律，第二类永动机违反热力学第二定律，故A、B错误；由热力学第一定律ΔU=W+Q可知，做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，同时做功和热传递也不一定会改变内能，故C错误；由热力学第二定律可知，从单一热源吸收热量，使之完全变成功是可能的，但会引起其他变化，故D正确。
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2.(2024·黑龙江绥化高二阶段练习)下列叙述均和热力学定律相关，其中正确的是 (　　)
A.不违背能量守恒定律的机器都能制成
B.电冰箱的制冷系统能够把冰箱内的热量传到外界，它违背了热力学第二定律
C.能量耗散过程中能量是不守恒的
D.从能量转化的角度看，能量耗散反映了自然界中宏观过程具有方向性
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解析：第二类永动机不违背能量守恒定律，但不能制成，故A错误；电冰箱能把冰箱内的热量传到外界，但同时要消耗电能，不违背热力学第二定律，故B错误；能量耗散过程中能量也是守恒的，故C错误；能量耗散反映了能量转化的方向性，故D正确。
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3.下列过程中，可能发生的是 (　　)
A.某工作物质从高温热库吸收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.将两瓶不同液体自发混合，然后又自发地各自分开
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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给高温物体，而不引起其他的变化，但通过一些物理过程是可以实现的，故C正确；内能自发地全部转化为机械能是不可能的，故A错误；气体膨胀具有方向性，故B错误；扩散现象也有方向性，故D错误。
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4.(多选)下列关于热力学定律的说法正确的是 (　　)
A.如果两个系统均与第三个系统处于热平衡状态，这两个系统的温度一定相等
B.外界对某系统做正功，该系统的内能一定增加
C.可以找到一种材料做成墙壁，冬天供暖时吸收热量温度升高，向房间释放热量供暖，然后再把热量吸收回去，形成循环供暖，只需要短时间供热后即可停止外界供热
D.低温系统可以向高温系统传递热量
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解析：如果两个系统均与第三个系统处于热平衡状态，这两个系统的温度一定相等，故A正确；根据热力学第一定律ΔU=W+Q可知，外界对系统做正功即W>0，系统有可能同时对外放热即Q<0，那么系统内能的变化不确定，故B错误；根据热力学第二定律，选项C中所述的现象是不可能实现的，故C错误；低温系统向高温系统传递热量是可以实现的，前提是要引起其他变化，故D正确。
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5.PM2.5主要来自化石燃料、生物质、垃圾的焚烧，为了控制污染，要求我们节约及高效利用能源。关于能源和能量，下列说法中正确的是 (　　)
A.自然界中的石油、煤炭等能源可供人类永久使用
B.人类应多开发与利用太阳能、风能等新能源
C.能量被使用后就消失了，所以要节约能源
D.能量耗散说明自然界的能量在不断减少
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解析：煤炭、石油虽然是当今人类利用的主要能源，但短期内不能从自然界得到补充，是不可再生能源，A错误；太阳能和风能等都是可再生能源且为清洁能源，应该尽量开发与利用，B正确；能量虽然守恒，但有些能量使用以后不能再被利用，所以要节约能源，但能量是不会减少的，也不会被消灭，只是形式发生转变，C、D错误。
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6.(2024·湖北十堰高二检测)关于热力学第二定律，下列说法不正确的是 (　　)
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.自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性
C.热量不可能自发地从低温物体传递到高温物体
D.热机效率不可能达到100%
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解析：第二类永动机不可能制成是因为违背了热力学第二定律，故A错误；自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，都不可逆，故B正确；根据热力学第二定律知，热量能够自发地从高温物体传递到低温物体，但不能自发地从低温物体传递到高温物体，故C正确；热力学第二定律可表述为：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，所以热机效率不可能达到100%，故D正确。
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7.下列关于热力学第二定律的说法正确的是 (　　)
A.所有符合能量守恒定律的宏观过程都能发生
B.一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的
C.机械能可以全部转化为内能，在不产生其他影响的情况下，内能可以全部用来做功而转化成机械能
D.气体向真空的自由膨胀是可逆的
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解析：符合能量守恒定律，但违背热力学第二定律的宏观过程不能发生，A错误；根据热力学第二定律可知热现象具有方向性，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，B正确；机械能可以全部转化为内能，在不产生其他影响的情况下，内能无法全部用来做功而转化成机械能，C错误；根据热力学第二定律可知热现象具有方向性，气体向真空的自由膨胀是不可逆的，D错误。
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8.如图所示，汽缸内盛有一定量的理想气体，汽缸壁是导热的，汽缸外环境保持恒温，活塞与汽缸壁的接触面是光滑的，但不漏气。现将活塞与杆连接，使其缓慢地向右移动，这样气体将等温膨胀并对外做功。若已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法正确的是 (　　)
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A.气体是从单一热库吸热，全部用来对外做功，因此此过程违反了热力学第二定律
B.气体是从单一热库吸热，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.气体是从单一热库吸热，全部用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律
D.以上三种说法都不对
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解析：此过程虽然是气体从单一热库吸热，全部用来对外做功，但引起了其他变化(有外力控制着活塞缓慢地移动，而非自动进行的)，所以此过程不违反热力学第二定律。
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9.(2024·浙江温州高二联考)第19届亚运会在杭州盛大开幕。此次亚运会开幕式将实体烟花燃放改成电子烟花表演展示，通过数字技术、光学投影等展现烟花绽放场景，传递出中国绿色低碳环保且负责任的发展中大国形象。以下说法正确的是 (　　)
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A.能量在使用过程中总量保持不变，故无需节约用电，可尽情燃放电子烟花
B.不断开发新能源，发展新技术，是缓解能源危机、加强环境保护的重要手段
C.电子烟花技术将电能全部转化为光能和内能，过程中不存在能量耗散
D.相比于传统烟花，使用电子烟花完全无污染
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解析：能量在使用过程中虽然总量保持不变，但品质越来越差，即可利用率越来越低，所以必须节约能源，故A错误；不断开发新能源，发展新技术，是缓解能源危机、加强环境保护的重要手段，B正确；电子烟花技术不能将电能全部转化为光能和内能，过程中也存在能量耗散，C错误；相比于传统烟花，使用电子烟花污染较少，但也不是完全无污染，D错误。
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B级——综合应用
10.(多选)用两种不同材料的金属丝组成一个回路，接触点1插在热水中，接触点2插在冷水中，如图所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象。关于这一现象的正确说法是(　　)
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A.这一实验不违背热力学第二定律
B.在实验过程中，热水温度降低，冷水温度升高
C.在实验过程中，热水的内能全部转化成电能，电能则部分转化成冷水的内能
D.在实验过程中，热水的内能只有部分转化成电能，电能则全部转化成冷水的内能
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解析：自然界中的任何自然现象或过程都不违反热力学第二定律，本实验现象也不违反热力学第二定律，A正确；整个过程中能量守恒且传热有方向性，B正确；在实验过程中，热水中的内能除转化为电能外，还升高了金属丝的温度，内能不能全部转化为电能；电能除转化为冷水的内能外，还升高了金属丝的温度，电能不能全部转化为冷水的内能，C、D错误。
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11.电能被广泛应用在动力、照明、化学、纺织、通信、广播等各个领域，是科学技术发展、人民经济飞跃的主要动力。如图所示为火电站电能产生与使用过程中各阶段的能量转化效率，已知1 kg标准煤完全燃烧时产生的热量约为2.93×107 J。则 (　　)
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A.发电站的发电效率约为40%
B.提高输送电压可以提高发电站的发电效率
C.1 kg标准煤完全燃烧能输送到用户端的电能约为9.4×106 J
D.用户端消耗1 kW·h的电能，发电站需要烧0.5 kg的标准煤
解析：发电站的发电效率约为90%×40%×99%=35.64%，A错误；提高输送电压并不能提高发电站的发电效率，B错误；
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1 kg标准煤完全燃烧能输送到用户端的电能约为2.93×107 J×
35.64%×90%≈9.4×106 J，C正确；由于1 kW·h=3.6×106 J，≈0.38 kg，用户端消耗1 kW·h的电能，发电站需要
烧约0.38 kg的标准煤，D错误。
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12.一辆汽车以80 km/h的速度行驶时，每10 km耗油约1 L。根据汽油的热值进行简单的计算可知，这时的功率约为70 kW。如图是一辆小汽车行驶时功率分配的大致比例图。下列判断正确的是 (　　)
A.每小时耗油0.125 L
B.汽车热功率是70 kW
C.进入发动机的功率为8 kW
D.整辆汽车的总效率约为13%
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解析：汽车以80 km/h的速度行驶，则每小时耗油8 L，A错误；汽车热功率等于排气管热损与散热器损失之和，即52 kW，B错误；进入发动机的功率等于总功率减去排气管热损、汽油蒸发损失、散热器损失，即17 kW，C错误；整辆汽车的总效率约为η=×100%=×100%≈13%，D正确。
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13.(多选)利用“涡流效应”可实现冷热气体的分离。如图，一冷热气体分离装置由喷嘴、涡流室、环形管、分离挡板和冷热两端管等构成。高压氮气由喷嘴切向流入涡流室中，然后以螺旋方式在环形管中向右旋转前进，分子热运动速率较小的气体分子将聚集到环形管中心部位，而分子热运动速率较大的气体分子将聚集到环形管边缘部位。气流到达分离挡板处时，中心部位气流与分离挡板碰撞后反向，从A端流出，边缘部位气流从B端流出。下列说法正确的是 (　　)
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A.A端流出的气体分子热运动平均速率一定小于B端流出的
B.A端流出的气体内能一定大于B端流出的
C.该装置气体进出过程满足能量守恒定律，但违背了热力学第二定律
D.该装置气体进出的过程既满足能量守恒定律，也满足热力学第二定律
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解析：依题意，A端流出的气体分子热运动速率较小，B端流出的气体分子热运动速率较大，所以从A端流出的气体分子热运动平均速率小于从B端流出的，同种气体分子热运动平均速率较大，其对应的温度也就较高，所以A端为冷端，B端为热端，故A正确；从A端流出的气体分子平均动能小于从B端流出的气体分子平均动能，内能的多少还与分子数有关，不能得出从A端流出的气体内能一定大于从B端流出的气体内能，故B错误；
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该装置将冷热气体进行分离，喷嘴处有高压，即通过外界做功而实现的，并非自发进行的，没有违背热力学第二定律；温度较低的从A端流出，温度较高的从B端流出，也符合能量守恒定律，故C错误，D正确。
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14.1821年，德国物理学家塞贝克发现了一种怪现象：把两根铜丝和一根铁丝与灵敏电流计串联成闭合电路，然后把铜铁丝的一个连接点放在盛有冰水混合物的容器里保持低温，另一个连接点放在火焰上加热，升到很高的温度时，发现灵敏电流计的指针
发生了偏转，表明闭合电路中产生了电流，这
就是温差发电现象。这一实验是否违反热力学
第二定律 简述这一过程中能的转化情况。
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答案：见解析
解析：不违反。内能不可能全部转化为电能，而不产生其他影响；产生的电能是由被火焰加热的铜铁丝的内能转化而来，其内能一部分转化为电能，一部分传递给冰水混合物。
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4课时跟踪检测(十四)　热力学第二定律
A级——基础达标
1．关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说法正确的是(　　)
A．第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律
B．第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律
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，从单一热源吸收热量，使之完全变成功是可能的
2．(2024·黑龙江绥化高二阶段练习)下列叙述均和热力学定律相关，其中正确的是(　　)
A．不违背能量守恒定律的机器都能制成
B．电冰箱的制冷系统能够把冰箱内的热量传到外界，它违背了热力学第二定律
C．能量耗散过程中能量是不守恒的
D．从能量转化的角度看，能量耗散反映了自然界中宏观过程具有方向性
3．下列过程中，可能发生的是(　　)
A．某工作物质从高温热库吸收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．将两瓶不同液体自发混合，然后又自发地各自分开
4．(多选)下列关于热力学定律的说法正确的是(　　)
A．如果两个系统均与第三个系统处于热平衡状态，这两个系统的温度一定相等
B．外界对某系统做正功，该系统的内能一定增加
C．可以找到一种材料做成墙壁，冬天供暖时吸收热量温度升高，向房间释放热量供暖，然后再把热量吸收回去，形成循环供暖，只需要短时间供热后即可停止外界供热
D．低温系统可以向高温系统传递热量
5．PM2.5主要来自化石燃料、生物质、垃圾的焚烧，为了控制污染，要求我们节约及高效利用能源。关于能源和能量，下列说法中正确的是(　　)
A．自然界中的石油、煤炭等能源可供人类永久使用
B．人类应多开发与利用太阳能、风能等新能源
C．能量被使用后就消失了，所以要节约能源
D．能量耗散说明自然界的能量在不断减少
6．(2024·湖北十堰高二检测)关于热力学第二定律，下列说法不正确的是(　　)
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．自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性
C．热量不可能自发地从低温物体传递到高温物体
D．热机效率不可能达到100%
7．下列关于热力学第二定律的说法正确的是(　　)
A．所有符合能量守恒定律的宏观过程都能发生
B．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的
C．机械能可以全部转化为内能，在不产生其他影响的情况下，内能可以全部用来做功而转化成机械能
D．气体向真空的自由膨胀是可逆的
8.如图所示，汽缸内盛有一定量的理想气体，汽缸壁是导热的，汽缸外环境保持恒温，活塞与汽缸壁的接触面是光滑的，但不漏气。现将活塞与杆连接，使其缓慢地向右移动，这样气体将等温膨胀并对外做功。若已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法正确的是(　　)
A．气体是从单一热库吸热，全部用来对外做功，因此此过程违反了热力学第二定律
B．气体是从单一热库吸热，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．气体是从单一热库吸热，全部用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律
D．以上三种说法都不对
9．(2024·浙江温州高二联考)第19届亚运会在杭州盛大开幕。此次亚运会开幕式将实体烟花燃放改成电子烟花表演展示，通过数字技术、光学投影等展现烟花绽放场景，传递出中国绿色低碳环保且负责任的发展中大国形象。以下说法正确的是(　　)
A．能量在使用过程中总量保持不变，故无需节约用电，可尽情燃放电子烟花
B．不断开发新能源，发展新技术，是缓解能源危机、加强环境保护的重要手段
C．电子烟花技术将电能全部转化为光能和内能，过程中不存在能量耗散
D．相比于传统烟花，使用电子烟花完全无污染
B级——综合应用
10.(多选)用两种不同材料的金属丝组成一个回路，接触点1插在热水中，接触点2插在冷水中，如图所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象。关于这一现象的正确说法是(　　)
A．这一实验不违背热力学第二定律
B．在实验过程中，热水温度降低，冷水温度升高
C．在实验过程中，热水的内能全部转化成电能，电能则部分转化成冷水的内能
D．在实验过程中，热水的内能只有部分转化成电能，电能则全部转化成冷水的内能
11．电能被广泛应用在动力、照明、化学、纺织、通信、广播等各个领域，是科学技术发展、人民经济飞跃的主要动力。如图所示为火电站电能产生与使用过程中各阶段的能量转化效率，已知1 kg标准煤完全燃烧时产生的热量约为2.93×107 J。则(　　)
A．发电站的发电效率约为40%
B．提高输送电压可以提高发电站的发电效率
C．1 kg标准煤完全燃烧能输送到用户端的电能约为9.4×106 J
D．用户端消耗1 kW·h的电能，发电站需要烧0.5 kg的标准煤
12．一辆汽车以80 km/h的速度行驶时，每10 km耗油约1 L。根据汽油的热值进行简单的计算可知，这时的功率约为70 kW。如图是一辆小汽车行驶时功率分配的大致比例图。下列判断正确的是(　　)
A．每小时耗油0.125 L
B．汽车热功率是70 kW
C．进入发动机的功率为8 kW
D．整辆汽车的总效率约为13%
13．(多选)利用“涡流效应”可实现冷热气体的分离。如图，一冷热气体分离装置由喷嘴、涡流室、环形管、分离挡板和冷热两端管等构成。高压氮气由喷嘴切向流入涡流室中，然后以螺旋方式在环形管中向右旋转前进，分子热运动速率较小的气体分子将聚集到环形管中心部位，而分子热运动速率较大的气体分子将聚集到环形管边缘部位。气流到达分离挡板处时，中心部位气流与分离挡板碰撞后反向，从A端流出，边缘部位气流从B端流出。下列说法正确的是(　　)
A．A端流出的气体分子热运动平均速率一定小于B端流出的
B．A端流出的气体内能一定大于B端流出的
C．该装置气体进出过程满足能量守恒定律，但违背了热力学第二定律
D．该装置气体进出的过程既满足能量守恒定律，也满足热力学第二定律
14.1821年，德国物理学家塞贝克发现了一种怪现象：把两根铜丝和一根铁丝与灵敏电流计串联成闭合电路，然后把铜铁丝的一个连接点放在盛有冰水混合物的容器里保持低温，另一个连接点放在火焰上加热，升到很高的温度时，发现灵敏电流计的指针发生了偏转，表明闭合电路中产生了电流，这就是温差发电现象。这一实验是否违反热力学第二定律？简述这一过程中能的转化情况。
课时跟踪检测(十四)
1．选D　第一类永动机违反能量守恒定律，第二类永动机违反热力学第二定律，故A、B错误；由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，同时做功和热传递也不一定会改变内能，故C错误；由热力学第二定律可知，从单一热源吸收热量，使之完全变成功是可能的，但会引起其他变化，故D正确。
2．选D　第二类永动机不违背能量守恒定律，但不能制成，故A错误；电冰箱能把冰箱内的热量传到外界，但同时要消耗电能，不违背热力学第二定律，故B错误；能量耗散过程中能量也是守恒的，故C错误；能量耗散反映了能量转化的方向性，故D正确。
3．选C　根据热力学第二定律，热量不可能从低温物体自发地传给高温物体，而不引起其他的变化，但通过一些物理过程是可以实现的，故C正确；内能自发地全部转化为机械能是不可能的，故A错误；气体膨胀具有方向性，故B错误；扩散现象也有方向性，故D错误。
4．选AD　如果两个系统均与第三个系统处于热平衡状态，这两个系统的温度一定相等，故A正确；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，外界对系统做正功即W>0，系统有可能同时对外放热即Q<0，那么系统内能的变化不确定，故B错误；根据热力学第二定律，选项C中所述的现象是不可能实现的，故C错误；低温系统向高温系统传递热量是可以实现的，前提是要引起其他变化，故D正确。
5．选B　煤炭、石油虽然是当今人类利用的主要能源，但短期内不能从自然界得到补充，是不可再生能源，A错误；太阳能和风能等都是可再生能源且为清洁能源，应该尽量开发与利用，B正确；能量虽然守恒，但有些能量使用以后不能再被利用，所以要节约能源，但能量是不会减少的，也不会被消灭，只是形式发生转变，C、D错误。
6．选A　第二类永动机不可能制成是因为违背了热力学第二定律，故A错误；自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，都不可逆，故B正确；根据热力学第二定律知，热量能够自发地从高温物体传递到低温物体，但不能自发地从低温物体传递到高温物体，故C正确；热力学第二定律可表述为：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，所以热机效率不可能达到100%，故D正确。
7．选B　符合能量守恒定律，但违背热力学第二定律的宏观过程不能发生，A错误；根据热力学第二定律可知热现象具有方向性，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，B正确；机械能可以全部转化为内能，在不产生其他影响的情况下，内能无法全部用来做功而转化成机械能，C错误；根据热力学第二定律可知热现象具有方向性，气体向真空的自由膨胀是不可逆的，D错误。
8．选C　此过程虽然是气体从单一热库吸热，全部用来对外做功，但引起了其他变化(有外力控制着活塞缓慢地移动，而非自动进行的)，所以此过程不违反热力学第二定律。
9．选B　能量在使用过程中虽然总量保持不变，但品质越来越差，即可利用率越来越低，所以必须节约能源，故A错误；不断开发新能源，发展新技术，是缓解能源危机、加强环境保护的重要手段，B正确；电子烟花技术不能将电能全部转化为光能和内能，过程中也存在能量耗散，C错误；相比于传统烟花，使用电子烟花污染较少，但也不是完全无污染，D错误。
10．选AB　自然界中的任何自然现象或过程都不违反热力学第二定律，本实验现象也不违反热力学第二定律，A正确；整个过程中能量守恒且传热有方向性，B正确；在实验过程中，热水中的内能除转化为电能外，还升高了金属丝的温度，内能不能全部转化为电能；电能除转化为冷水的内能外，还升高了金属丝的温度，电能不能全部转化为冷水的内能，C、D错误。
11．选C　发电站的发电效率约为90%×40%×99%＝35.64%，A错误；提高输送电压并不能提高发电站的发电效率，B错误；1 kg标准煤完全燃烧能输送到用户端的电能约为2.93×107 J×35.64%×90%≈9.4×106 J，C正确；由于1 kW·h＝3.6×106 J，≈0.38 kg，用户端消耗1 kW·h的电能，发电站需要烧约0.38 kg的标准煤，D错误。
12．选D　汽车以80 km/h的速度行驶，则每小时耗油8 L，A错误；汽车热功率等于排气管热损与散热器损失之和，即52 kW，B错误；进入发动机的功率等于总功率减去排气管热损、汽油蒸发损失、散热器损失，即17 kW，C错误；整辆汽车的总效率约为η＝×100%＝×100%≈13%，D正确。
13．选AD　依题意，A端流出的气体分子热运动速率较小，B端流出的气体分子热运动速率较大，所以从A端流出的气体分子热运动平均速率小于从B端流出的，同种气体分子热运动平均速率较大，其对应的温度也就较高，所以A端为冷端，B端为热端，故A正确；从A端流出的气体分子平均动能小于从B端流出的气体分子平均动能，内能的多少还与分子数有关，不能得出从A端流出的气体内能一定大于从B端流出的气体内能，故B错误；该装置将冷热气体进行分离，喷嘴处有高压，即通过外界做功而实现的，并非自发进行的，没有违背热力学第二定律；温度较低的从A端流出，温度较高的从B端流出，也符合能量守恒定律，故C错误，D正确。
14．解析：不违反。内能不可能全部转化为电能，而不产生其他影响；产生的电能是由被火焰加热的铜铁丝的内能转化而来，其内能一部分转化为电能，一部分传递给冰水混合物。
答案：见解析
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