第三章熱力學(xué)定律4．熱力學(xué)第二定律課前預(yù)習(xí)反饋

知識(shí)點(diǎn)

11．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______物體傳到______物體。即傳熱的過程具有________。(2)傳熱的方向性①熱量可以自發(fā)地由______物體傳給______物體。②熱量不能自發(fā)地由______物體傳給______物體。③一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是__________。說明：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。熱力學(xué)第二定律低溫高溫方向性高溫低溫低溫高溫不可逆的2．熱力學(xué)第二定律的另一種表述(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__________變成工作物質(zhì)的______。第二個(gè)階段是工作物質(zhì)對(duì)外______，把自己的內(nèi)能變成________。②熱機(jī)的效率：熱機(jī)輸出的_________與燃料產(chǎn)生的________的比值。用公式表示：η＝______?；瘜W(xué)能內(nèi)能做功機(jī)械能機(jī)械功W熱量Q(2)開爾文表述不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之____________，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)注意：熱力學(xué)第二定律的克勞修斯和開爾文表述是等價(jià)的。完全變成功『判一判』(1)機(jī)械能可以完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。(

)(2)內(nèi)能不可能完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。(

)(3)能夠制成的熱機(jī)既不違背能量守恒定律，也不違背熱力學(xué)第二定律。(

)(4)一個(gè)系統(tǒng)中個(gè)體排列的“有序”和“無(wú)序”是絕對(duì)的。(

)(5)科技發(fā)達(dá)后，熱機(jī)的效率可以達(dá)到100%。(

)(6)熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體。(

)√×√××√『選一選』關(guān)于熱力學(xué)第二定律有以下四種說法：①熱力學(xué)第二定律使我們認(rèn)識(shí)到：自然界中進(jìn)行的一切宏觀過程都是可逆的；②熱力學(xué)第二定律使我們認(rèn)識(shí)到：自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性，是不可逆的；③熱力學(xué)第二定律使我們認(rèn)識(shí)到：熱量不可能由低溫物體傳遞到高溫物體；④第二類永動(dòng)機(jī)違背了能量守恒定律和熱力學(xué)第二定律，因此不可能制成。上述說法中正確的是(

)A．②

B．②③C．①④

D．①③④答案：A解析：熱力學(xué)第二定律使我們認(rèn)識(shí)到：自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性，是不可逆的，①錯(cuò)誤，②正確；熱量可以由低溫物體傳遞到高溫物體，但要引起其他變化，③錯(cuò)誤；第二類永動(dòng)機(jī)不違背能量守恒定律，但是違背了熱力學(xué)第二定律，因此不可能制成，④錯(cuò)誤。故選A?！合胍幌搿灰韵履男┈F(xiàn)象能夠發(fā)生，哪些不能發(fā)生？能夠發(fā)生的現(xiàn)象是否違背熱力學(xué)第二定律？(1)一杯熱茶自然放置，茶會(huì)自動(dòng)變得更熱。(2)蒸汽機(jī)把蒸汽的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。(3)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。提示：(1)不能發(fā)生。熱茶溫度比周圍環(huán)境溫度高，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。(2)不能發(fā)生。蒸汽推動(dòng)活塞做功，這一過程中，一方面由于活塞摩擦汽缸而產(chǎn)生內(nèi)能，另一方面蒸汽與周圍環(huán)境有溫度差，蒸汽機(jī)會(huì)向周圍環(huán)境散熱。所以，蒸汽機(jī)把蒸汽的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能是不可能的。(3)能夠發(fā)生。由于泥沙比水的密度大，泥沙會(huì)自動(dòng)下沉，從而使得上面的渾水變清了。此過程不違背熱力學(xué)第二定律，泥沙的重心降低，重力勢(shì)能減少了，水的重心升高，水的重力勢(shì)能增加了，但系統(tǒng)總的重力勢(shì)能減少了，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而機(jī)械能百分之百地轉(zhuǎn)化為內(nèi)能是可能的。知識(shí)點(diǎn)

21．能量耗散：有序度較高(集中度較高)的能量轉(zhuǎn)化為______，流散到環(huán)境中無(wú)法重新收集起來加以利用的現(xiàn)象。2．各種形式的能量向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化，是無(wú)序程度______的狀態(tài)向無(wú)序程度______的狀態(tài)的轉(zhuǎn)化，是能夠______發(fā)生、全額發(fā)生的。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)變化過程具有______性。4．能量耗散雖然不會(huì)導(dǎo)致能量總量的減少，卻會(huì)導(dǎo)致能量______的降低，它實(shí)際上是將能量從高度有用的________形式降級(jí)為不大可用的________形式。說明：雖然能量總量不會(huì)減少，但能源會(huì)逐步減少，因此能源是有限的資源。能源是有限的內(nèi)能較小較大自動(dòng)方向品質(zhì)高品質(zhì)低品質(zhì)『選一選』(多選)下列說法正確的是(

)A．利用太陽(yáng)能、風(fēng)能和氫能等能源替代化石能源，可以減少環(huán)境污染B．用電動(dòng)汽車代替燃油汽車，可改善空氣質(zhì)量C．能量是守恒的，我們不需要節(jié)約能源D．能量的耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中宏觀過程的方向性。能源的利用受這種方向性的制約，所以能源的利用是有條件的，也是有代價(jià)的答案：ABD解析：利用太陽(yáng)能、風(fēng)能和氫能等能源替代化石能源，可減少環(huán)境污染，故A正確；用電動(dòng)汽車代替燃油汽車，能減少尾氣的排放，可改善空氣質(zhì)量，故B正確；能量雖然是守恒的，但是可利用的能源越來越少，所以我們需要節(jié)約能源，故C錯(cuò)誤；能量的耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中宏觀過程的方向性；能源的利用受這種方向性的制約，所以能源的利用是有條件的，也是有代價(jià)的，故D正確。課內(nèi)互動(dòng)探究探究

對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解要|點(diǎn)|提|煉1．自然過程的方向性(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，絕不會(huì)自發(fā)地分開，成為兩種不同的氣體。(3)機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性物體在水平面上運(yùn)動(dòng)，因摩擦而逐漸停止下來，但絕不可能出現(xiàn)物體吸收原來傳遞出去的熱量后，在地面上重新運(yùn)動(dòng)起來。(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)宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對(duì)周圍環(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溫度差來發(fā)電。(4)“不可能”：實(shí)際上熱機(jī)或制冷機(jī)系統(tǒng)循環(huán)終了時(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，過程所產(chǎn)生的其他一切影響，用任何辦法都不可能加以消除。熱力學(xué)第二定律的兩種表述是等價(jià)的，不管如何表述，熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)是相同的，即一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過程都具有方向性。這個(gè)過程可以自發(fā)地從一個(gè)方向向另一個(gè)方向進(jìn)行，但是向相反的方向卻不能自發(fā)地進(jìn)行，必須借助外界的幫助。典|例|剖|析1.(多選)如圖中汽缸內(nèi)盛有一定質(zhì)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面是光滑的，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)，則下列說法正確的是(

)A．氣體是從單一熱庫(kù)吸熱，全部用來對(duì)外做功，此過程違背熱力學(xué)第二定律B．氣體是從單一熱庫(kù)吸熱，但并未全部用來對(duì)外做功，此過程不違背熱力學(xué)第二定律C．氣體是從單一熱庫(kù)吸熱，全部用來對(duì)外做功，此過程不違背熱力學(xué)第二定律D．氣體是從單一熱庫(kù)吸熱，全部用來對(duì)外做功，此過程不違背熱力學(xué)第一定律答案：CD解析：汽缸壁是導(dǎo)熱的，外界環(huán)境溫度不變，活塞桿緩慢向右移動(dòng)過程中，有足夠的時(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，該過程中，氣體是從單一熱庫(kù)(外部環(huán)境)吸收熱量，全部用來對(duì)外做功才能保證內(nèi)能不變，此過程既不違背熱力學(xué)第二定律，也不違背熱力學(xué)第一定律，因?yàn)榇诉^程通過外力對(duì)活塞做功來維持，如果沒有外力對(duì)活塞做功，此過程不可能發(fā)生，故C、D正確。(多選)電冰箱能夠不斷地把熱量從溫度較低的冰箱內(nèi)部傳給溫度較高的外界空氣，下列說法正確的是(

)A．熱量能自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體B．在一定條件下，熱量可以從低溫物體傳給高溫物體C．熱量的傳遞過程不具有方向性D．在自發(fā)的條件下熱量的傳遞過程具有方向性答案：BD對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練?解析：一切自發(fā)過程都有方向性，如熱傳導(dǎo)，熱量總是由高溫物體自發(fā)地傳向低溫物體；又如擴(kuò)散，氣體總是自發(fā)地由密度大的地方向密度小的地方擴(kuò)散。在外界幫助下氣體可以由密度小的地方向密度大的地方擴(kuò)散，熱量可以從低溫物體傳向高溫物體，電冰箱就是借助外界做功把熱量從低溫物體——冷凍食品，傳向高溫物體——周圍的大氣。所以在回答熱力學(xué)過程的方向性問題時(shí)，要區(qū)分是自發(fā)過程還是非自發(fā)過程，電冰箱內(nèi)熱量傳遞的過程是有外界參與的。探究

能源是有限的要|點(diǎn)|提|煉1.能源的分類能源分類方法按形成或轉(zhuǎn)換特點(diǎn)能源分類一次能源二次能源特點(diǎn)自然形成，未經(jīng)加工由一次能源經(jīng)過加工轉(zhuǎn)換而成舉例太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮?、核能、潮汐能焦炭、木炭、蒸汽、液化氣、酒精、汽油、電?.能源開發(fā)和利用加強(qiáng)新能源，特別是清潔能源的開發(fā)和利用，控制化石能源開采，提高能源的利用率，降低對(duì)環(huán)境的污染。典|例|剖|析2．(2024·廣東高二期末)下列對(duì)能量理解正確的是(

)A．能量在被利用的過程中，可利用的效率不變B．能量轉(zhuǎn)化遵守能量守恒定律C．能量可以憑空消失D．自然界中的能量在不斷減少答案：B解析：由熱力學(xué)第二定律的開爾文表述：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。開爾文的表述闡述了機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性：機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能不可能全部用來做功以轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，因此能量在被利用的過程中，可利用的效率是不同的，故A錯(cuò)誤；由能量守恒定律可知，能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。因此能量轉(zhuǎn)化遵守能量守恒定律，故B正確，C錯(cuò)誤；由能量守恒定律可知，自然界中的能量不會(huì)減少，故D錯(cuò)誤。關(guān)于能量耗散，下列說法不正確的是(

)A．能量耗散導(dǎo)致能量的品質(zhì)降低B．能量耗散是指分散在環(huán)境中的內(nèi)能很難被人類再回收利用C．能量耗散使能量總量減少，違背了能量守恒定律D．各種形式的能量在一定條件下向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化，是能夠全額發(fā)生的答案：C解析：能量耗散是能量在轉(zhuǎn)化過程中以內(nèi)能的形式發(fā)散到周圍環(huán)境中，使得能量品質(zhì)降低，且耗散在環(huán)境中的內(nèi)能很難被人類再利用，但能量耗散遵守能量守恒定律，另外，各種形式的能量在一定條件下向內(nèi)能轉(zhuǎn)化是能夠全額發(fā)生的，故A、B、D正確，C錯(cuò)誤。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練?核心素養(yǎng)提升熱力學(xué)第一定律與熱力學(xué)第二定律的區(qū)別與聯(lián)系區(qū)別熱力學(xué)第一定律揭示了做功和傳熱對(duì)改變物體內(nèi)能的規(guī)律關(guān)系ΔU＝W＋Q，指明內(nèi)能不但可以轉(zhuǎn)移，而且還能跟其他形式的能相互轉(zhuǎn)化。熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在熱學(xué)中的一種表述形式，是從能的角度揭示不同物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式相互轉(zhuǎn)化的可能性熱力學(xué)第二定律揭示了大量分子參與的宏觀過程的方向性。如機(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)械能而不引起其他變化，進(jìn)一步揭示了各種能量轉(zhuǎn)化過程及物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)化過程都具有方向性聯(lián)系熱力學(xué)第一定律是和熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程中能量守恒的特殊表達(dá)形式，說明功及熱量與內(nèi)能改變的定量關(guān)系，而熱力學(xué)第二定律指出了能量轉(zhuǎn)化與守恒能否實(shí)現(xiàn)的條件和過程進(jìn)行的方向，指出了一切變化過程的自然發(fā)展方向不可逆，除非靠外界影響，所以二者相互獨(dú)立，又相互補(bǔ)充，都是熱力學(xué)的理論基礎(chǔ)(多選)關(guān)于熱力學(xué)兩大定律，下列說法正確的是(

)A．熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律是相互獨(dú)立的B．熱力學(xué)第二定律的兩種表述是等效的C．由熱力學(xué)第一定律可知做功不一定改變內(nèi)能，傳熱也不一定改變內(nèi)能，但同時(shí)做功和傳熱一定會(huì)改變內(nèi)能D．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，從單一熱庫(kù)吸收熱量，完全變成功也是可能的答案：ABD解析：熱力學(xué)第二定律有幾種不同的表述形式，但它們是等效的，它與熱力學(xué)第一定律是各自獨(dú)立的，A、B正確；由熱力學(xué)第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝W＋Q可以等于0，C錯(cuò)誤；由熱力學(xué)第二定律可知D中現(xiàn)象是可能的，但不引起其他變化是不可能的，D正確。案例規(guī)律總結(jié)：(1)熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在熱學(xué)中的一種表述形式，是從能的角度揭示不同物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式相互轉(zhuǎn)化的可能性。告誡人們：第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成。(2)熱力學(xué)第二定律揭示了大量分子參與的宏觀過程的方向性。如機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而不引起其他變化，進(jìn)一步揭示了各種有關(guān)熱的物理過程都具有方向性。告誡人們：第二類永動(dòng)機(jī)也不可能制成。課堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)一、熱力學(xué)第二定律1．(多選)下列說法正確的是(

)A．不可以從單一熱庫(kù)吸熱使之完全變成功B．機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能不可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而不產(chǎn)生其他影響C．熱機(jī)的效率不能達(dá)到100%D．將來可能利用海水的溫差發(fā)電供人類使用答案：BCD解析：在引起其他變化的情況下，可以從單一熱庫(kù)吸熱使之完全變成功，故A錯(cuò)誤；在產(chǎn)生其他影響的情況下，內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故B正確；由于不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量全部對(duì)外做功而不引起其他變化，導(dǎo)致熱機(jī)的效率不能達(dá)到100%，故C正確；將來可能實(shí)現(xiàn)海水溫差發(fā)電，故D正確。2．(多選)有關(guān)熱力學(xué)第二定律，下列說法正確的是(

)A．熱力學(xué)第二定律說明自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性B．熱力學(xué)第二定律可以表述為：氣體向真空的自由膨脹是不可逆的C．由熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述可知熱量只能從高溫物體傳到低溫物體D．第一類永動(dòng)機(jī)違背了熱力學(xué)第二定律，因此制不成答案：AB解析：根據(jù)熱力學(xué)第二定律，自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性，故A正確；對(duì)任何與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程方向性的描述，都可以作為熱力學(xué)第二定律的一種表述，故B正確；熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，只是不能自發(fā)進(jìn)行，第一類永動(dòng)機(jī)違背了能量守恒定律，故C、D錯(cuò)誤。3．下列關(guān)于熵的說法錯(cuò)誤的是(

)A．熵是系統(tǒng)無(wú)序程度的量度B．在孤立系統(tǒng)中，一個(gè)自發(fā)的過程總是向熵減少的方向進(jìn)行C．熱力學(xué)第二定律的微觀實(shí)質(zhì)是孤立系統(tǒng)總是向熵增大的狀態(tài)發(fā)展D．熵值越大，代表系統(tǒng)分子運(yùn)動(dòng)越無(wú)序答案：B解析：熵是系統(tǒng)無(wú)序程度的量度，熵越大，系統(tǒng)分子運(yùn)動(dòng)無(wú)序程度越大，故A、D正確；孤立系統(tǒng)中發(fā)生的任何實(shí)際過程，其能量的總值保持不變，而其熵值恒增，故B錯(cuò)誤，C正確。4．關(guān)于熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律，下列論述正確的是(

)A．熱力學(xué)第一定律指出內(nèi)能可以與其他形式的能相互轉(zhuǎn)化，而熱力學(xué)第二定律則指出內(nèi)能不可能完全轉(zhuǎn)化為其他形式的能，故這兩條定律是相互矛盾的B．內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為其他形式的能，只是會(huì)產(chǎn)生其他影響，故兩條定律并不矛盾C．兩條定律都是有關(guān)能量的轉(zhuǎn)化規(guī)律，它們不但不矛盾，而且沒有本質(zhì)區(qū)別D．能量守恒定律包含了熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律答案：B解析：熱力學(xué)第一定律揭示了內(nèi)能與其他形式能量之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，是能量守恒定律在熱力學(xué)中的具體體現(xiàn)。熱力學(xué)第二定律則進(jìn)一步闡明了內(nèi)能與其他形式能量轉(zhuǎn)化時(shí)的方向性，二者表述的角度不同，本質(zhì)不同，相互補(bǔ)充，并不矛盾，B正確，A、C、D錯(cuò)誤。二、能源是有限的5．(2024·浙江溫州高二期中)第19屆亞運(yùn)會(huì)于9月23