资源简介

(共37张PPT)
[学习目标]
1.知道自然界中宏观过程的方向性。
2.知道什么叫热力学第二定律，了解热力学第二定律的两种典型表述，能运用热力学第二定律解释自然界中宏观自然过程的方向性问题。
3.知道“第二类永动机”不可能实现的原因。
1.自然界中宏观过程的方向性
(1)一切与______有关的宏观自然过程都具有____性，其相反的过程是不可能____产生的。
(2)常见自然过程的方向性
①热传递具有____性。
②气体的____现象具有方向性。
③机械能和____之间的转化具有方向性。
④气体的____膨胀过程具有方向性。
热现象
方向
自发
方向
扩散
内能
自由
2.热力学第二定律
(1)一般概述：能够揭示宏观自然过程______规律的是热力学第二定律。
(2)两种表述
①克劳修斯表述：热量不可能____地从___温物体传递到___温物体，该表述阐述的是______的方向性。
②开尔文表述：不可能从_____热源吸收热量，使之____变成功，而______其他影响，该表述阐述的是机械能与____之间转化的方向性。
注意：热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是等价的。
(3)实质：揭示了宏观自然过程的______。
方向性
自发
低
高
热传递
单一
全部
不产生
内能
方向性
[思考探究]
制冷机是使热量从低温物体传到高温物体的装置，通过制冷机的工作可以使一定空间内的物体温度低于环境温度并维持低温状态。夏天，将房间内一台正在工作的电冰箱的门打开，试分析这是否可以降低室内的平均温度？为什么？
提示　不会降低室内的平均温度。若将一台正在工作的电冰箱的门打开，尽管可以不断向室内释放冷气，但同时冰箱的箱体向室内散热，就整个房间来说，由于外界通过导线不断有能量输入，室内的平均温度会不断升高。
[例1]　(多选)下列物理过程具有方向性的是(　　)
A.机械能与内能之间的转化
B.物体动能和势能的转化
C.气体的扩散过程
D.气体向真空中膨胀的过程
解析　由热力学第二定律可知，凡是涉及热现象的宏观自然过程都是有方向性的，不可逆的，故A、C、D正确；动能和势能的转化是相互的、自发的，与热现象无关，不具有方向性，故B错误。
ACD
[例2]　(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，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，不会由内能自发地转化为机械能而动起来
D.随着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%
BCD
解析　大米和小米混合后小米能自发地填充到大米空隙中，这种现象与温度无关，不是热现象，不能用热力学第二定律解释；将一滴红墨水滴入一杯清水中，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，这种现象与温度有关，温度越高，分子运动越激烈，扩散越快，根据热力学第二定律，墨水和清水不会自动分开；冬季的夜晚，放在室外的物体随气温的降低，物体的内能减少，根据热力学第二定律，内能不会自发地转化为机械能而动起来；随着节能减排措施的不断完善，根据热力学第二定律，最终也不会使汽车热机的效率达到100%。故选B、C、D。
[总结提升]
1.热力学第二定律表述中的几个关键词含义的理解
关键词 含义理解
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。在传递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
不产生其
他影响 是指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
单一热库 是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
不可能 是指实际上热机或制冷机系统循环时，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.热力学过程的方向性实例
1.热力学两定律的比较
热力学第一定律 热力学第二定律
区别 是能量守恒定律在热力学中的表现，否定了创造能量和消灭能量的可能性，从而否定了第一类永动机 是关于在有限空间和时间内，一切和热现象有关的宏观自然过程具有不可逆性的经验总结，从而否定了第二类永动机
联系 两定律分别从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律，二者既相互独立，又相互补充，都是热力学的理论基础
2.两类永动机的比较
第一类永动机 第二类永动机
设计要求 不消耗任何能量，可以不断做功(或只给予很少的能量启动后，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，实现内能向机械能的转化)
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
[例3]　关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述正确的是(　　)
A.热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化，而热力学第二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式的能，故这两条定律是相互矛盾的
B.内能可以全部转化为其他形式的能，只是会产生其他影响，故两条定律并不矛盾
C.两条定律都是有关能量的转化规律，它们不但不矛盾，而且没有本质区别
D.能量守恒定律包含了热力学第一定律和热力学第二定律
解析　热力学第一定律揭示了内能与其他形式能量之间的转化关系，是能量守恒定律在热力学中的具体体现。热力学第二定律则进一步阐明了内能与其他形式能量转化时的方向性，二者表述的角度不同，本质不同，相互补充，并不矛盾，B正确，A、C、D错误。
B
[例4]　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
解析　第一类永动机违背了能量守恒定律，第二类永动机违背了热力学第二定律，A、B错误；由热力学第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝Q＋W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。
D
1.(自然界中宏观过程的方向性)下列过程可能发生的是(　　)
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，使低温物体的温度更低，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
解析　根据热力学第二定律，内能自发地全部转化为机械能是不可能的，A错误；气体膨胀具有方向性，不能自发逸出又自发跑进去，使其恢复原状，B错误；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，而不引起其他的变化，但通过一些手段是可以实现的，C正确；扩散现象是有方向性，因此液体混合后不能自发地各自分开，D错误。
C
2.(热力学第二定律)(多选)如图所示为电冰箱的工作原理示意图。压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内、外的管道中不断循环。在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外。下列说法正确的是(　　)
BC
A.热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外
B.电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到
外界，是因为其消耗了电能
C.电冰箱的工作原理不违背热力学第二定律
D.电冰箱的工作原理违背热力学第二定律
解析　根据热力学第二定律，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，要想使热量从低温物体传到高温物体必须借助于其他系统做功，故A错误，B正确；电冰箱的工作原理不违背热力学第二定律，故C正确，D错误。
3.(热力学第二定律)以下现象违背热力学第二定律的是(　　)
A.一杯热茶在打开盖后，茶会自动变凉
B.没有漏气、没有摩擦的理想热机，其效率可能是100%
C.桶中浑浊的泥水静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离
D.在地面上运动的物体逐渐停下来，机械能全部变为内能
解析　热茶自动变凉是热量从高温物体传递到低温物体，不违背热力学第二定律；任何热机效率都不可能达到100%，违背热力学第二定律；泥、水分离是机械能向内能的转化，不违背热力学第二定律；物体因摩擦力而停下来，是机械能向内能的转化，是自发过程，不违背热力学第二定律，故选B。
B
4.(多选)下列现象及关于热力学第一、第二定律的叙述正确的是(　　)
A.一定质量的理想气体在等温膨胀过程中，气体一定从外界吸收热量
B.热力学第一定律和热力学第二定律是从不同角度阐述了能量守恒定律
C.0 ℃的冰融化为0 ℃的水，此过程系统吸收热量，内能增加
D.“覆水难收(泼出去的水难以收回)”反映了与热现象有关的宏观过程具有方向性
解析　一定质量的理想气体在等温膨胀过程中，内能不变，即ΔU＝0，而W<0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可得Q>0，气体一定从外界吸收热量，故A正确；热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的体现，热力学第二定律则指出了能量转化的方向性，故B错误；0 ℃的冰融化为0 ℃的水，系统分子势能增加，分子平均动能不变，分子总动能不变，系统内能增加，故C正确；热力学第二定律的微观意义是一切自发过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行，泼出去的水相比盆中的水，分子无序性增加了，反映了与热现象有关的宏观过程具有方向性，故D正确。
ACD
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
[基础巩固练]
1.(多选)下列现象中能够发生的是(　　)
A.一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热
B.蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能
C.桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离
D.电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体
解析　A、B项描述的现象都违背了热力学第二定律，故不能发生，错误；泥、水分离是由于重力作用，能够发生，C正确；由热力学第二定律可知，电冰箱通电后把热量由低温物体传到高温物体是可以通过消耗电能的方式实现的，故能够发生，D正确。
CD
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
2.热力学第二定律表明(　　)
A.不可能从单一热源吸收热量使之全部变为有用功
B.摩擦生热的过程是不可逆的
C.热机中，燃气的内能可全部用于对外做功
D.热量不可能从温度低的物体传到温度高的物体
解析　可以从单一热源吸收热量，使之完全变为有用功，但是会引起其他的变化，故A错误；根据热力学第二定律可知，机械能转化为内能的过程具有方向性，是不可逆过程，故B正确；机械能可以全部转化为内能，而内能不可以全部转化为机械能，故C错误；热量不可能自发地从低温物体传递到高温物体，若有外界做功，热量可以从低温物体传递到高温物体，比如冰箱，故D错误。
B
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
3.热力学定律表明自然界中进行的热现象的宏观过程(　　)
A.有的只遵守热力学第一定律
B.有的只遵守热力学第二定律
C.有的既不遵守热力学第一定律，也不遵守热力学第二定律
D.所有的都遵守热力学第一、第二定律
解析　热力学第一、第二定律是热力学的基本定律，对所有涉及热现象的宏观过程都成立，选项D正确。
D
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
4.(多选)根据热力学第二定律可知，下列说法正确的是(　　)
A.热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体
B.热量能够从高温物体传到低温物体，也可以从低温物体传到高温物体
C.机械能可以全部转化为内能
D.内能可以全部转化为机械能而不引起其他变化
解析　根据热传递的方向性可知，热量可以自发地从高温物体传到低温物体，但不能自发地从低温物体传到高温物体，如果借助外界的帮助，热量可以从低温物体传到高温物体，故A错误，B正确；机械能可以全部转化为内能(如一个运动物体克服摩擦力做功且最终停止运动时，机械能全部转化为内能)，内能无法全部转化为机械能而不引起其他变化，故C正确，D错误。
BC
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
5.关于热力学定律，下列说法正确的是(　　)
A.功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程
B.对某物体做功，必定会使该物体的内能增加
C.不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为功
D.不可能使热量从低温物体传向高温物体
解析　热力学第二定律的实质：一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的，根据热力学第二定律可知，功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程，故A正确；做功和传热是改变物体内能的两种方法，对物体做功，内能不一定增加，故B错误；根据热力学第二定律可知，不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为功，而不引起其他变化，故C错误；根据热力学第二定律，不可能使热量自发地从低温物体传向高温物体，但在外界的作用下，能使热量从低温物体传向高温物体，比如电冰箱，故D错误。
A
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
6.(多选)下列说法正确的是(　　)
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以实现的
C.由热力学第二定律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
解析　由热力学第二定律的物理意义知，A、C正确，D错误；不违背能量守恒定律的物理过程，如果违背热力学第二定律，也是无法实现的，B错误。
AC
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
7.关于对永动机的认识，下列说法正确的是(　　)
A.随着科技的不断发展，永动机是可以制成的
B.永动机指的是在摩擦力趋于零的条件下一直运动的机器，它不需要对外做功
C.两类永动机的实质和工作原理是相同的，都是人们的美好设想，是永远不会实现的
D.虽然第二类永动机不违反能量守恒定律，但仍不可制成
解析　第一类永动机违反了能量的转化与守恒，不可能实现，故A错误；永动机需要对外做功，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，仍不可制成，故D正确；两类永动机的实质和工作原理是不相同的，故C错误。
D
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
[能力提升练]
8.(2025·广西桂林高二月考)如图所示，气缸内盛有一定质量的理想气体，气缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与气缸壁之间无摩擦，且不漏气。现将活塞杆与外界连接并缓慢地向右移动，这样气体将等温膨胀并通过杆对外做功。已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法正确的是(　　)
C
A.气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，因此此过
程违反热力学第二定律
B.气体是从单一热源吸热，但并未全用来对外做功，所以
此过程不违反热力学第二定律
C.气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律
D.以上三种说法都不对
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
解析　由于气缸壁是导热的，外界温度不变，活塞杆与外界连接并使活塞缓慢地向右移动过程中，有足够时间进行传热，气缸内的气体温度不变，即内能不变。该过程气体是从单一热源即外部环境吸收热量，全部用来对外做功并保证内能不变，但此过程并不违反热力学第二定律，这是因为此过程需要外力对活塞做功来维持，如果没有外力对活塞做功，此过程不可能自发进行，故选项C正确。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
9.下列有关能量转化的说法正确的是(　　)
A.不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不产生其他的变化
B.只要对内燃机不断进行改进，就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能
C.满足能量守恒定律的物理过程都能自发进行
D.外界对物体做功，物体的内能必然增加
解析　由热力学第二定律的开尔文表述可知，A正确；热机效率总低于100%，B错误；满足能量守恒定律的物理过程未必能自发进行，一切与热现象有关的过程一定都满足热力学第二定律，C错误；由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，W＞0，ΔU不一定大于0，即内能不一定增加，D错误。
A
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
10.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：不可能从单一热源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所给示意图来表示，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，则所给的四个选项中正确的是(　　)
B
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
解析　由题图可知，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；对于第二种表述，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。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
11.下列说法正确的是(　　)
A.在一房间内，打开一台冰箱的门，再接通电源，过一段时间后，室内温度就会降低
B.从目前的理论看来，只要实验设备足够高级，可以使温度降低到－274 ℃
C.第二类永动机是不能制造出来的，尽管它不违反热力学第一定律，但它违反热力学第二定律
D.机械能可以自发地全部转化为内能，内能也可以全部转化为机械能而不引起其他变化
解析　在房间内，打开一台冰箱的门，再接通电源，电流做功，电能转化为热能，室内温度会升高，故A错误；－274 ℃低于绝对零度，是不可能达到的，故B错误；第二类永动机不违反能量守恒定律，违反了物理过程的方向性，故C正确；机械能可以自发地全部转化为内能，但不可能从单一热源吸收热量并将这热量全变为功，而不产生其他影响，故D错误。
C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
[拓展培优练]
12.如图所示，某厂家声称所生产的空气能热水器能将热量从空气吸收到储水箱，下列说法正确的是(　　)
D
A.热量可以自发地从大气传递到储水箱内
B.空气能热水器的工作原理违反了能量守恒
定律
C.空气能热水器的工作原理违反了热力学第
二定律
D.空气能热水器能够不断地把空气中的热量传到水箱内，但必须消耗电能
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
解析　该热水器将空气中的能量转移到热水中的能量，符合能量守恒定律，但是热量不可能自发地从低温物体转移到高温物体，实质上在产生热水的过程中，必须消耗电能才能实现， 因此符合热力学第二定律。综上所述，热量不可以自发地从大气传递到储水箱内，选项A错误；空气能热水器的工作原理并未违反能量守恒定律，选项B错误；空气能热水器的工作原理并未违反热力学第二定律，选项C错误；空气能热水器能够不断地把空气中的热量传到水箱内，但必须消耗电能，与结论相符，选项D正确。

展开更多......

收起↑