17/174．熱力學(xué)第二定律1．通過(guò)對(duì)自然界中與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程方向性的實(shí)例分析，了解歸納熱力學(xué)第二定律的過(guò)程和方法。2．能用熱力學(xué)第二定律解釋常見(jiàn)的不可逆過(guò)程，和自然界中的能量轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移以及方向性問(wèn)題。3．了解能量與能源的區(qū)別以及能源的有限性。熱力學(xué)第二定律1．熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述(1)內(nèi)容：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。(2)熱傳遞的方向性①熱量可以自發(fā)地由高溫物體傳給低溫物體。②熱量不能自發(fā)地由低溫物體傳給高溫物體。③一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過(guò)程都是不可逆的。提醒：在表述中強(qiáng)調(diào)“自發(fā)”，就是不需要任何第三者介入就能發(fā)生。2．熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文表述(1)熱機(jī)。①熱機(jī)工作的兩個(gè)階段：第一個(gè)階段是燃燒燃料，把燃料中的化學(xué)能變成工作物質(zhì)的內(nèi)能；第二個(gè)階段是工作物質(zhì)對(duì)外做功，把自己的內(nèi)能變成機(jī)械能。②熱機(jī)的效率：熱機(jī)輸出的機(jī)械功W與燃料產(chǎn)生的熱量Q的比值。用公式表示：η＝WQ(2)開(kāi)爾文表述。不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響(該表述闡述了機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性)。提醒：熱力學(xué)第二定律的克勞修斯和開(kāi)爾文表述是等價(jià)的。如圖是熱量在傳遞過(guò)程中的情景?！締?wèn)題】(1)在自然過(guò)程中熱量是如何傳遞的？(2)熱量能否由溫度低的物體傳遞給溫度高的物體？(3)空調(diào)和冰箱是如何傳遞熱量的？提示：(1)熱量由溫度高的物體傳遞給溫度低的物體，或由溫度高的地方傳遞到溫度低的地方。(2)能。(3)空調(diào)和冰箱可以通過(guò)電機(jī)做功，把熱量從溫度比較低的房間內(nèi)或冰箱內(nèi)傳遞到房間外或冰箱外。1．自然過(guò)程的方向性。(1)熱傳導(dǎo)具有方向性。兩個(gè)溫度不同的物體相互接觸時(shí)，熱量會(huì)自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，而低溫物體不可能自發(fā)地將熱量傳給高溫物體，要實(shí)現(xiàn)低溫物體向高溫物體傳遞熱量，必須借助外界的幫助，因而產(chǎn)生其他影響或引起其他變化。(2)氣體的擴(kuò)散現(xiàn)象具有方向性。兩種不同的氣體可以自發(fā)地進(jìn)入對(duì)方，最后成為均勻的混合氣體，但這種均勻的混合氣體，決不會(huì)自發(fā)地分開(kāi)，成為兩種不同的氣體。(3)機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過(guò)程具有方向性。物體在地面上運(yùn)動(dòng)，因摩擦而逐漸停止下來(lái)，但絕不可能出現(xiàn)物體吸收原來(lái)傳遞出去的熱量后，在地面上重新運(yùn)動(dòng)起來(lái)。(4)氣體向真空膨脹具有方向性。氣體可自發(fā)地向真空容器內(nèi)膨脹，但絕不可能出現(xiàn)氣體自發(fā)地從容器中流出，使容器內(nèi)變?yōu)檎婵铡?．在熱力學(xué)第二定律的表述中，“自發(fā)地”“不產(chǎn)生其他影響”“單一熱庫(kù)”“不可能”的含義。(1)“自發(fā)地”是指熱量從高溫物體自發(fā)地傳給低溫物體的方向性。在傳遞過(guò)程中不會(huì)對(duì)其他物體產(chǎn)生影響或借助其他物體提供能量等。(2)“不產(chǎn)生其他影響”的含義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過(guò)程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對(duì)周?chē)h(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響。如吸熱、放熱、做功等。(3)“單一熱庫(kù)”：指溫度均勻并且恒定不變的系統(tǒng)。若一系統(tǒng)各部分溫度不相同或者溫度不穩(wěn)定，則構(gòu)成機(jī)器的工作物質(zhì)可以在不同溫度的兩部分之間工作，從而可以對(duì)外做功。據(jù)報(bào)道，有些國(guó)家已在研究利用海水上下層溫度不同來(lái)發(fā)電。(4)“不可能”：實(shí)際上熱機(jī)或制冷機(jī)系統(tǒng)循環(huán)時(shí)，除了從單一熱庫(kù)吸收熱量對(duì)外做功，以及熱量從低溫?zé)釒?kù)傳到高溫?zé)釒?kù)以外，過(guò)程所產(chǎn)生的其他一切影響，不論用任何的辦法都不可能加以消除。特別提醒：(1)熱力學(xué)第二定律的兩種表述是等價(jià)的。(2)熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)：熱力學(xué)第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與宏觀過(guò)程的方向性，使人們認(rèn)識(shí)到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性?！镜淅?】(多選)關(guān)于兩類(lèi)永動(dòng)機(jī)和熱力學(xué)的兩個(gè)定律，下列說(shuō)法正確的是()A．一切物理過(guò)程都不可能自發(fā)地進(jìn)行B．物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功C．利用淺層海水和深層海水之間的溫度差制造一種熱機(jī)，將海水的一部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能是可能的D．做功可以改變物體的內(nèi)能，熱傳遞也可以改變物體的內(nèi)能，同時(shí)做功和熱傳遞一定會(huì)改變物體的內(nèi)能BC[根據(jù)熱力學(xué)第二定律，一部分物理過(guò)程可以自發(fā)進(jìn)行，故A錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，物體不可能從單一熱源吸熱，并全部用來(lái)對(duì)外做功而不引起其他變化，若引起外界變化則可以，故B正確；根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，利用淺層海水和深層海水之間的溫度差制造一種熱機(jī)，將海水的一部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，這在理論上是可行的，故C正確；做功可以改變物體的內(nèi)能，熱傳遞也可以改變物體的內(nèi)能，但同時(shí)做功和熱傳遞不一定會(huì)改變物體的內(nèi)能，比如物體吸收熱量的同時(shí)對(duì)外做功，內(nèi)能不一定改變，故D錯(cuò)誤。][跟進(jìn)訓(xùn)練]1．下列說(shuō)法正確的是()A．冰箱能使熱量從低溫物體傳遞給高溫物體，因此不遵從熱力學(xué)第二定律B．空調(diào)工作時(shí)消耗的電能與室內(nèi)溫度降低所放出的熱量可以相等C．自發(fā)的熱傳導(dǎo)是不可逆的D．不可能通過(guò)給物體加熱而使它運(yùn)動(dòng)起來(lái)，因?yàn)檫`背了熱力學(xué)第一定律C[在外界的幫助和影響下，冰箱能使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體，并不違背熱力學(xué)第二定律，A錯(cuò)誤；空調(diào)消耗的電能必須大于室內(nèi)溫度降低所放出的熱量，B錯(cuò)誤；自發(fā)的熱傳導(dǎo)是不可逆的，C正確；不可能通過(guò)給物體加熱而使它運(yùn)動(dòng)起來(lái)，因?yàn)檫`背了熱力學(xué)第二定律，D錯(cuò)誤。]第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成如圖所示為國(guó)內(nèi)某柴油機(jī)廠所產(chǎn)的單缸柴油機(jī)，圖中上方部分為水箱。我們把“從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響的熱機(jī)稱(chēng)為第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)”?！締?wèn)題】(1)熱機(jī)工作時(shí)，內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能嗎？為什么？水箱所起的作用是什么？(2)如果隨著科技的不斷發(fā)展，能夠使熱機(jī)沒(méi)有漏氣、沒(méi)有摩擦，是不是就能制成第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)？提示：(1)柴油機(jī)工作時(shí)水箱所起的作用是作為低溫?zé)釒?kù)給熱機(jī)快速降溫，在內(nèi)能向機(jī)械能轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，內(nèi)能有一部分轉(zhuǎn)移到低溫?zé)釒?kù)，不可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。(2)不能。即使沒(méi)有摩擦、沒(méi)有漏氣等能量損失，它也不可能把吸收的熱量百分之百地轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，例如汽車(chē)排出氣體的溫度一定會(huì)比空氣的溫度高，它會(huì)向周?chē)?。所以第二?lèi)永動(dòng)機(jī)是不可能制成的。1．第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)(1)第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)。只從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之完全變?yōu)橛杏玫墓Χ灰鹌渌兓臒釞C(jī)。(2)第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成。這類(lèi)機(jī)器雖然不違背能量守恒定律，但因?yàn)闄C(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過(guò)程是有方向性的，熱機(jī)在工作過(guò)程中必然排出部分熱量，即使沒(méi)有任何漏氣、摩擦、不必要機(jī)體熱量損失，熱機(jī)排出氣體的溫度總比周?chē)諝獾臏囟雀?，它?huì)向空氣散熱，也總有W<Q，所以熱機(jī)的效率總達(dá)不到100%，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的效率一般在20%～30%，燃?xì)廨啓C(jī)的效率較高，可達(dá)60%左右。(3)熱力學(xué)第二定律還可表述為第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成。2．兩類(lèi)永動(dòng)機(jī)的比較分類(lèi)第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)要求不消耗任何能量，可以不斷做功(或只給予很小的能量啟動(dòng)后，可以永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去)將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，而不引起其他變化(或只有一個(gè)熱源，實(shí)現(xiàn)內(nèi)能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)化)不可能的原因違背了能量守恒定律違背了熱力學(xué)第二定律【典例2】地球上有很多的海水，它的總質(zhì)量約為1.4×1018t，如果這些海水的溫度降低0.1℃，將要放出5.8×1023J的熱量，有人曾設(shè)想利用海水放出的熱量使它完全變成機(jī)械能來(lái)解決能源危機(jī)，但這種機(jī)器是不可能制成的，其原因是()A．內(nèi)能不可以轉(zhuǎn)化成機(jī)械能B．內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能不滿(mǎn)足熱力學(xué)第一定律C．只從單一熱源吸收熱量并完全轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的機(jī)器不滿(mǎn)足熱力學(xué)第二定律D．上述三種原因都不正確C[內(nèi)能可以轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，如熱機(jī)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的過(guò)程滿(mǎn)足熱力學(xué)第一定律，即能量守恒定律，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；熱力學(xué)第二定律告訴我們：不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來(lái)做功，而不引起其他變化，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。][跟進(jìn)訓(xùn)練]2．(多選)關(guān)于第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)，下列說(shuō)法正確的是()A．沒(méi)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(lái)做功，而不引起其他變化的熱機(jī)是第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)B．第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)違反了能量守恒定律，所以不可能制成C．第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成，說(shuō)明機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能D．第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成，說(shuō)明機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，同時(shí)不引起其他變化AD[根據(jù)所學(xué)的熱機(jī)知識(shí)可知選項(xiàng)A正確。第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不違反能量守恒定律，但是違反熱力學(xué)第二定律，所以選項(xiàng)B錯(cuò)誤。機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能在引起其他變化時(shí)可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確。]能源是有限的1．能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化具有方向性：在各種生產(chǎn)生活中，人們利用的各種形式的能最終都轉(zhuǎn)化成內(nèi)能流散到周?chē)沫h(huán)境中。2．能量耗散根據(jù)熱力學(xué)第二定律，分散在環(huán)境中的內(nèi)能不管數(shù)量多么巨大，它也只不過(guò)能使地球、大氣稍稍變暖一點(diǎn)，卻再也不能自動(dòng)聚集起來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)器做功了。這樣的轉(zhuǎn)化過(guò)程叫作“能量耗散”。3．能源：是指具有高品質(zhì)的容易利用的儲(chǔ)能物質(zhì)。水磨是中國(guó)民間用水力帶動(dòng)的石磨。水磨用石頭制成，分上下兩片，呈圓形。流動(dòng)的水帶動(dòng)水磨做功，由于磨盤(pán)和糧食之間的摩擦和擠壓，使磨盤(pán)和糧食的溫度升高，水流的一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)變成了磨盤(pán)和糧食等的內(nèi)能?！締?wèn)題】(1)分析通過(guò)什么方式使磨盤(pán)和糧食的內(nèi)能增加了？(2)這些內(nèi)能最終流散到周?chē)沫h(huán)境中，但我們沒(méi)有辦法把這些流散的內(nèi)能重新收集起來(lái)加以利用，可見(jiàn)，內(nèi)能與機(jī)械能相比，哪種能量的品質(zhì)低？提示：(1)做功。(2)內(nèi)能品質(zhì)低。如何正確理解能量耗散和品質(zhì)降低1．各種形式的能最終都轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，流散到周?chē)沫h(huán)境中，分散在環(huán)境中的內(nèi)能不管數(shù)量多么巨大，它也不過(guò)只能使地球、大氣稍稍變暖一點(diǎn)，卻再也不能全部驅(qū)動(dòng)機(jī)器做功了。2．從可被利用的價(jià)值來(lái)看，內(nèi)能較之機(jī)械能、電能等，是一種低品質(zhì)的能量。由此可知，能量耗散雖然不會(huì)導(dǎo)致能量的總量減少，卻會(huì)導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低，所以要節(jié)約能源。3．能量耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的自發(fā)的宏觀過(guò)程具有方向性。【典例3】(多選)下列關(guān)于能量耗散的說(shuō)法正確的是()A．能量耗散使能的總量減少，違背了能量守恒定律B．能量耗散是指耗散在環(huán)境中的內(nèi)能再也不能被人類(lèi)利用C．各種形式的能量向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化，一定條件下，是能夠自動(dòng)全額發(fā)生的D．能量耗散導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低思路點(diǎn)撥：(1)能量轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移是守恒的。(2)能量耗散使品質(zhì)降低，不好利用。BCD[能量耗散是能量在轉(zhuǎn)化的過(guò)程中有一部分以?xún)?nèi)能的形式被周?chē)h(huán)境吸收，遵守能量守恒定律，但使得能量品質(zhì)降低，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，D正確；耗散的內(nèi)能無(wú)法再被利用，選項(xiàng)B正確；各種形式的能在一定的條件下可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但相反過(guò)程卻不能夠全額進(jìn)行，選項(xiàng)C正確。故B、C、D正確。]能量耗散不僅遵循能量守恒定律，而且從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界的宏觀過(guò)程具有方向性。[跟進(jìn)訓(xùn)練]3．下列說(shuō)法正確的是()A．自然界的能量的總和是守恒的，所以節(jié)約能源是毫無(wú)意義的B．電源是通過(guò)靜電力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能的裝置C．電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，是通過(guò)電流做功來(lái)實(shí)現(xiàn)的D．能量耗散表明自然界的能量總和在不斷減少C[自然界的能量的總和是不變的，但人類(lèi)可以利用的能源是有限的，節(jié)約能源不僅能使我們長(zhǎng)久利用，并且可以減小常規(guī)能源在使用中帶來(lái)的污染，節(jié)約能源對(duì)人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展有很大的意義，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；電源是通過(guò)非靜電力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能的裝置，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；電能是通過(guò)電流做功來(lái)轉(zhuǎn)化為其他形式的能，故C項(xiàng)正確；能量耗散是針對(duì)一個(gè)系統(tǒng)(或一個(gè)物體)而言，能量在自然界中是守恒的，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。]1．下列說(shuō)法正確的是()A．電動(dòng)機(jī)是把電能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置B．熱機(jī)是將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置C．隨著技術(shù)不斷發(fā)展，可以把內(nèi)燃機(jī)得到的全部?jī)?nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能D．雖然不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化，但不可能將已轉(zhuǎn)化成內(nèi)能的能量全部收集起來(lái)加以完全利用D[由于電阻的存在，電流通過(guò)電動(dòng)機(jī)時(shí)一定會(huì)發(fā)熱，電能不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，A錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律知，熱機(jī)不可能將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，B錯(cuò)誤；C項(xiàng)說(shuō)法違背熱力學(xué)第二定律，C錯(cuò)誤；由于能量耗散，能源的可利用率降低，D正確。]2．(多選)下列哪些現(xiàn)象能夠發(fā)生，并且不違背熱力學(xué)第二定律()A．打開(kāi)一杯熱茶的杯蓋后，茶會(huì)自動(dòng)變得更熱B．蒸汽機(jī)把蒸汽的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能C．桶中混濁的泥水在靜置一段時(shí)間后，泥沙下沉，上面的水變清，泥、水自動(dòng)分離D．電冰箱通電后把箱內(nèi)低溫物體的熱量傳到箱外高溫物體CD[熱茶溫度比周?chē)h(huán)境的溫度高，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，A違背了熱力學(xué)第二定律，不能發(fā)生，A不符合題意；蒸汽機(jī)的能量損失不可避免，不能把蒸汽的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，B違背了熱力學(xué)第二定律，不能發(fā)生，B不符合題意；桶中混濁的泥水在靜置一段時(shí)間后，泥沙下沉，上面的水變清，泥、水自動(dòng)分離，系統(tǒng)的重力勢(shì)能減少了，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，C不違背熱力學(xué)第二定律，能夠發(fā)生，C符合題意；電冰箱通電后把箱內(nèi)低溫物體的熱量傳到箱外高溫物體，消耗了電能，D不違背熱力學(xué)第二定律，能夠發(fā)生，D符合題意。]3．對(duì)于永動(dòng)機(jī)的認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)法正確的是()A．第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)和第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)都違背了能量守恒定律，所以都不可能制成B．第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)違背了能量守恒定律，第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)沒(méi)有違背能量守恒定律，因此，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)是可以制成的C．第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)違反了熱力學(xué)第一定律，第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)違反了熱力學(xué)第二定律，這兩類(lèi)永動(dòng)機(jī)都不可能制成D．兩類(lèi)永動(dòng)機(jī)的實(shí)質(zhì)和工作原理是相同的，都是人們的美好設(shè)想，是永遠(yuǎn)不會(huì)實(shí)現(xiàn)的C[第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)違反了能量的轉(zhuǎn)化與守恒，不可能實(shí)現(xiàn)，第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不違反能量守恒定律，但違反了熱力學(xué)第二定律，內(nèi)能在轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過(guò)程中要膨脹，所以要引起其他變化。這兩類(lèi)永動(dòng)機(jī)都不可能制成，故A、B、D錯(cuò)誤，C正確。]4．我國(guó)自古有“晝漲稱(chēng)潮，夜?jié)q稱(chēng)汐”的說(shuō)法。潮汐主要是由太陽(yáng)和月球?qū)Ｋ囊υ斐傻模栽虑驅(qū)Ｋ囊橹鳌?1)世界兩大觀潮勝地，一處是亞馬孫河北河口，另一處是我國(guó)的________入?？?。(2)如圖甲、乙是某些潮汐發(fā)電示意圖。漲潮時(shí)開(kāi)閘門(mén)(圖甲)，水由通道進(jìn)入海灣水庫(kù)蓄水，待水面升至最高點(diǎn)時(shí)關(guān)閉閘門(mén)，當(dāng)落潮時(shí)，開(kāi)閘放水發(fā)電(圖乙)。設(shè)海灣水庫(kù)面積為5.0×108m2，平均潮差為3.0m，一天漲落潮兩次，發(fā)電的平均能量轉(zhuǎn)化率為10%，則一天內(nèi)發(fā)電的平均功率約為(ρ水取1.0×103kg/m3，g取10m/s2)________。A．2.6×104kW B．5.2×104kWC．2.6×105kW D．5.2×105kW[解析](1)錢(qián)塘江是世界著名的觀潮勝地，有“八月十八潮，壯觀天下無(wú)”的說(shuō)法。(2)發(fā)電時(shí)水減少的勢(shì)能ΔEp＝mgΔh＝ρ水·ShgΔh，其中Δh＝h2，一天發(fā)電兩次，轉(zhuǎn)化成的電能E＝2ΔEp×10%，P＝Et，代入數(shù)值得P≈5.2×104kW，[答案](1)錢(qián)塘江(2)B回歸本節(jié)知識(shí)，自我完成以下問(wèn)題：1．“由熱力學(xué)第二定律可知，一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程都是不可逆的?！边@種說(shuō)法正確嗎，為什么？提示：錯(cuò)誤；應(yīng)該是一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過(guò)程都是不可逆的。如果有外加因素，如冰箱，就可以把熱量由低溫物體傳到高溫物體。2．第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)與第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)的區(qū)別是什么？它為什么不能實(shí)現(xiàn)？提示：第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)是從單一熱源吸收的熱量可以全部用來(lái)做功，而不引起其他變化的機(jī)器，即效率η＝100%的機(jī)器。第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)是指不消耗任何能量就能永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去的機(jī)器，它違反了能量守恒定律。第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不能實(shí)現(xiàn)的原因：違背了熱力學(xué)第二定律，但沒(méi)有違背能量守恒定律。3．由能量守恒可知，能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，總能量是不變的，那么為什么我們還要節(jié)約能源呢？提示：能量耗散雖然不會(huì)導(dǎo)致能量的總量減少，卻會(huì)導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低，所以要節(jié)約能源。課時(shí)分層作業(yè)(十二)熱力學(xué)第二定律題組一熱力學(xué)第二定律1．(多選)下列關(guān)于熱傳遞的說(shuō)法正確的是()A．熱量只能從高溫物體傳遞到低溫物體，而不能從低溫物體傳遞到高溫物體B．熱量只能從低溫物體傳遞到高溫物體，而不能從高溫物體傳遞到低溫物體C．熱量既可以從高溫物體傳遞到低溫物體，又可以從低溫物體傳遞到高溫物體D．熱量會(huì)自發(fā)地從高溫物體傳遞到低溫物體，而不會(huì)自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體CD[熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳遞到低溫物體，但不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體，若從低溫物體傳遞到高溫物體，必須依靠外界的幫助，說(shuō)明能量的轉(zhuǎn)移具有方向性。C、D正確。]2．如圖所示，絕熱的汽缸被一個(gè)絕熱的活塞分成左、右兩部分，活塞質(zhì)量不計(jì)，活塞用銷(xiāo)釘鎖住，活塞與汽缸之間沒(méi)有摩擦，汽缸左邊裝有一定質(zhì)量的理想氣體，右邊為真空，現(xiàn)在拔去銷(xiāo)釘，讓氣體向右邊的真空做絕熱自由膨脹，下列說(shuō)法正確的是()A．氣體在向真空膨脹的過(guò)程中對(duì)外做功，氣體內(nèi)能減少B．氣體在向真空膨脹的過(guò)程中，分子平均動(dòng)能變小C．氣體在向真空膨脹的過(guò)程中，系統(tǒng)的熵不可能增加D．若無(wú)外界的干預(yù)，氣體分子不可能自發(fā)地退回到左邊，使右邊重新成為真空D[由于活塞質(zhì)量不計(jì)，右邊為真空，氣體向真空膨脹時(shí)不做功，A錯(cuò)誤；氣體膨脹時(shí)，不做功，不交換熱量，內(nèi)能不變，故溫度不變，分子平均動(dòng)能不變，B錯(cuò)誤；氣體在向真空膨脹的過(guò)程中，無(wú)序性在增加，系統(tǒng)的熵在增加，C錯(cuò)誤；若無(wú)外界的干預(yù)，氣體分子不可能自發(fā)地退回到左邊，使右邊重新成為真空，D正確。]3．日常生活中使用的燃油汽車(chē)，其動(dòng)力來(lái)源于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的汽缸，在汽缸內(nèi)，通過(guò)燃料燃燒將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，下列說(shuō)法正確的是()A．現(xiàn)代汽車(chē)技術(shù)已經(jīng)非常先進(jìn)，能夠使燃料燃燒釋放的熱量全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能B．燃料燃燒過(guò)程符合熱力學(xué)第二定律，內(nèi)能無(wú)法全部用來(lái)做功以轉(zhuǎn)化成機(jī)械能C．燃料燃燒釋放的熱量沒(méi)有全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故該過(guò)程不符合熱力學(xué)第一定律D．發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，若沒(méi)有漏氣和摩擦，也沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)的熱量損失，則燃料燃燒產(chǎn)生的熱量能夠完全轉(zhuǎn)化成機(jī)械能B[根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱機(jī)的效率不可能達(dá)到100%，現(xiàn)代汽車(chē)技術(shù)已經(jīng)非常先進(jìn)，但也不能夠使燃料燃燒釋放的熱量全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，A錯(cuò)誤；燃料燃燒過(guò)程符合熱力學(xué)第二定律，內(nèi)能無(wú)法全部用來(lái)做功以轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，B正確；燃料燃燒釋放的熱量沒(méi)有全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，該過(guò)程符合熱力學(xué)第一定律，C錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱機(jī)的效率不可能達(dá)到100%，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，就算沒(méi)有漏氣和摩擦，也沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)的熱量損失，燃料燃燒產(chǎn)生的熱量也不可能完全轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，D錯(cuò)誤。]4．(多選)圖為電冰箱的工作原理示意圖。壓縮機(jī)工作時(shí)，強(qiáng)迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán)。在蒸發(fā)器中制冷劑汽化吸收箱體內(nèi)的熱量，經(jīng)過(guò)冷凝器時(shí)制冷劑液化，放出熱量到箱體外。下列說(shuō)法正確的是()A．熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外B．電冰箱消耗電能，其制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界，在室內(nèi)打開(kāi)冰箱門(mén)并不能起到制冷的效果C．電冰箱的工作原理違反熱力學(xué)第一定律D．電冰箱的工作原理不違反熱力學(xué)第二定律BD[由熱力學(xué)第二定律可知，熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，除非有外界的影響或幫助，電冰箱把熱量從低溫物體傳到高溫物體，需要壓縮機(jī)的幫助并消耗電能，電冰箱的工作原理不違反熱力學(xué)第二定律，打開(kāi)電冰箱并不能起到制冷效果，故A錯(cuò)誤，B、D正確。熱力學(xué)第一定律是熱現(xiàn)象中內(nèi)能與其他形式能的轉(zhuǎn)化或內(nèi)能轉(zhuǎn)移的規(guī)律，是能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律的具體表現(xiàn)，適用于所有的熱力學(xué)過(guò)程，所以電冰箱的工作原理不違反熱力學(xué)第一定律，C錯(cuò)誤。]題組二第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成5．關(guān)于永動(dòng)機(jī)、熱力學(xué)定律和能量守恒定律的討論，下列敘述正確的是()A．第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)違反了能量守恒定律B．如果物體從外界吸收了熱量，則物體的內(nèi)能一定增加C．由熱力學(xué)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D．做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能，從能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的觀點(diǎn)來(lái)看，這兩種改變方式是沒(méi)有區(qū)別的C[第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)違反了熱力學(xué)第二定律，A錯(cuò)誤；物體從外界吸收熱量，可能同時(shí)對(duì)外做功，因此物體的內(nèi)能不一定增加，B錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律知，熱量不能自發(fā)地由低溫物體傳到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響，如果產(chǎn)生其他影響，則熱量能從低溫物體傳到高溫物體，從單一熱源吸收熱量，完全變成功也是可能的，C正確；做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能，但從能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的觀點(diǎn)來(lái)看，這兩種改變方式是有區(qū)別的，D錯(cuò)誤。]6．(多選)用兩種不同的金屬絲組成一個(gè)回路，接觸點(diǎn)1插在熱水中，接觸點(diǎn)2插在冷水中，如圖所示，電流計(jì)指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這就是溫差發(fā)電現(xiàn)象。關(guān)于這一現(xiàn)象，正確的說(shuō)法是()A．這一實(shí)驗(yàn)過(guò)程不違反熱力學(xué)第二定律B．在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，熱水一定降溫，冷水一定升溫C．在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，熱水內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化成電能，電能則部分轉(zhuǎn)化成冷水的內(nèi)能D．在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，熱水的內(nèi)能只有部分轉(zhuǎn)化成電能，電能則全部轉(zhuǎn)化成冷水的內(nèi)能AB[溫差發(fā)電現(xiàn)象中產(chǎn)生了電能是因?yàn)闊崴械膬?nèi)能減少，一部分轉(zhuǎn)化為電能，一部分散失，轉(zhuǎn)化效率低于100%，不違反熱力學(xué)第二定律，熱水溫度降低，冷水溫度升高，電流計(jì)也會(huì)消耗電能，故選項(xiàng)A、B正確，C、D錯(cuò)誤。]題組三能源是有限的7．(多選)下列哪些現(xiàn)象屬于能量耗散()A．利用水流能發(fā)電獲得電能B．電能通過(guò)燈泡中的電阻絲轉(zhuǎn)化為光能C．電池的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能D．火爐把房子烤暖BD[能量耗散是指其他形式能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，最終分散在周?chē)h(huán)境中無(wú)法重新收集起來(lái)并加以利用的現(xiàn)象，轉(zhuǎn)化為能夠重新收集并加以利用的能量不能稱(chēng)為能量耗散，能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過(guò)程中有方向性，并且能量品質(zhì)不斷降低。故選B、D。]8．(多選)熱現(xiàn)象過(guò)程中不可避免地出現(xiàn)能量耗散的現(xiàn)象。所謂能量耗散是指在能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程中無(wú)法把流散的能量重新收集、重新加以利用的現(xiàn)象。下列關(guān)于能量耗散的說(shuō)法中，正確的是()A．能量耗散說(shuō)明能量不守恒B．能量耗散不符合熱力學(xué)第二定律C．能量耗散過(guò)程中能量仍守恒D．能量耗散是從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀過(guò)程具有方向性CD[能量耗散過(guò)程能量仍守恒，但可利用的能源越來(lái)越少，這說(shuō)明自然界中的宏觀過(guò)程具有方向性，符合熱力學(xué)第二定律，C、D正確。]9．(多選)如圖所示，汽缸內(nèi)盛有一定量的理想氣體，汽缸壁是導(dǎo)熱的，缸外環(huán)境保持恒溫，活塞與汽缸壁的接觸是光滑的，但不漏氣，現(xiàn)將活塞桿緩慢向右移動(dòng)，這樣氣體將等溫膨脹并通過(guò)桿對(duì)外做功。若已知理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，則下列說(shuō)法正確的是()A．氣體是從單一熱源吸熱，全部用來(lái)對(duì)外做功，此過(guò)程違背熱力學(xué)第二定律B．氣體是從單一熱源吸熱，但并未全部用來(lái)對(duì)外做功，此過(guò)程不違背熱力學(xué)第二定律C．氣體是從單一熱源吸熱，全部用來(lái)對(duì)外做功，此過(guò)程不違背熱力學(xué)第二定律D．氣體是從單一熱源吸熱，全部用來(lái)對(duì)外做功，此過(guò)程不違背熱力學(xué)第一定律CD[由于氣體始終通過(guò)汽缸與外界接觸，外界溫度不變，活塞桿與外界連接并使其緩慢地向右移動(dòng)過(guò)程中，有足夠時(shí)間進(jìn)行熱交換，氣體等溫膨脹，所以汽缸內(nèi)的氣體溫度不變，內(nèi)能也不變，該過(guò)程氣體是從單一熱源即外部環(huán)境吸收熱量，則全部用來(lái)對(duì)外做功才能保證內(nèi)能不變，此過(guò)程既不違背熱力學(xué)第二定律，也不違背熱力學(xué)第一定律，此過(guò)程由外力對(duì)活塞做功來(lái)維持，如果沒(méi)有外力F對(duì)活塞做功，此過(guò)程不可能發(fā)生，C、D正確。]10．(多選)(2022·湖南卷)利用“渦流效應(yīng)”可實(shí)現(xiàn)冷熱氣體的分離。如圖，一冷熱氣體分離裝置由噴嘴、渦流室、環(huán)形管、分離擋板和冷熱兩端管等構(gòu)成。高壓氮?dú)庥蓢娮烨邢蛄魅霚u流室中，然后以螺旋方式在環(huán)形管中向右旋轉(zhuǎn)前進(jìn)，分子熱運(yùn)動(dòng)速率較小的氣體分子將聚集到環(huán)形管中心部位，而分子熱運(yùn)動(dòng)速率較大的氣體分子將聚集到環(huán)形管邊緣部位。氣流到達(dá)分離擋板處時(shí)，中心部位氣流與分離擋板碰撞后反向，從A端流出，邊緣部位氣流從B端流出。下列說(shuō)法正確的是()A．A端為冷端，B端為熱端B．A端流出的氣體分子熱運(yùn)動(dòng)平均速率一定小于B端流出的C．A端流出的氣體內(nèi)能一定大于B端流出的D．該裝置氣體進(jìn)出的過(guò)程滿(mǎn)足能量守恒定律，但違背了熱力學(xué)第二定律E．該裝置氣體進(jìn)出的過(guò)程既滿(mǎn)足能量守恒定律，也滿(mǎn)足熱力學(xué)第二定律ABE[由題意可知分子熱運(yùn)動(dòng)速率較大的氣體分子將聚集到環(huán)形管邊緣部位，從B端流出，分子熱運(yùn)動(dòng)速