第三章

熱力學(xué)定律第4節(jié)

熱力學(xué)第二定律圖解課標(biāo)要點(diǎn)_______________________________

將一滴黑色顏料滴進(jìn)一杯清水中，顏料會(huì)自發(fā)地在清水中擴(kuò)散，直到它們均勻地分散在水中為止。而分散開(kāi)的顏料不能自發(fā)地重新聚集成顏料滴，使杯子中的水又變成清水。這類(lèi)現(xiàn)象揭示出什么物理規(guī)律呢？學(xué)思用·典例詳解例1-1

（多選）關(guān)于自然過(guò)程的方向性，下列說(shuō)法正確的是(

)CDA.摩擦生熱的過(guò)程是可逆的B.凡是符合能量守恒的過(guò)程一般都是可逆的C.實(shí)際的宏觀自發(fā)過(guò)程都具有“單向性”或“不可逆性”D.氣體的自由膨脹是不可逆過(guò)程【解析】機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過(guò)程具有方向性，所以摩擦生熱的過(guò)程是不可逆的，故A錯(cuò)誤。實(shí)際的宏觀自發(fā)過(guò)程都符合能量守恒定律，具有“單向性”或“不可逆性”，故B錯(cuò)誤，C正確。氣體自由膨脹的過(guò)程具有方向性，是不可逆過(guò)程，故D正確。例2-2

（多選）根據(jù)熱力學(xué)第二定律分析，下列說(shuō)法正確的是(

)BCA.熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，但不能從低溫物體傳到高溫物體B.熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，也可以從低溫物體傳到高溫物體C.機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能D.內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而不引起其他變化【解析】根據(jù)熱傳導(dǎo)的規(guī)律可知，熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，卻不能自發(fā)地（不需要外界幫助）從低溫物體傳到高溫物體,但是如果借助外界的幫助，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，故A錯(cuò)誤，B正確；機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能（【舉例】如一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體克服摩擦力做功且最終停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。），但內(nèi)能無(wú)法全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而不引起其他變化，故C正確，D錯(cuò)誤。.

.例2-3

[教材第63頁(yè)“練習(xí)與應(yīng)用”第2題改編](2025·江蘇南通期中)下列現(xiàn)象中，遵循能量守恒定律但違反熱力學(xué)第二定律的是(

)DA.一杯熱茶自然放置，茶水會(huì)慢慢冷卻B.蒸汽機(jī)把蒸汽的部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能C.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D.通過(guò)降低海水溫度的方法就可以得到大量的能量用來(lái)發(fā)電從而解決能源短缺的問(wèn)題【解析】傳熱具有方向性，熱量能自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，故一杯熱茶自然放置，茶水會(huì)慢慢冷卻，遵循熱力學(xué)第二定律，故A不符合題意；根據(jù)熱力學(xué)第二定律知，蒸汽機(jī)的能量損失不可避免，只能把蒸汽的部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故B不符合題意；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，但此過(guò)程中消耗了電能，所以不違反熱力學(xué)第二定律，故C不符合題意；根據(jù)熱力學(xué)第二定律知，不可能從單一熱源吸收熱量并轉(zhuǎn)化為功而不引起其他的變化，利用降低海水溫度放出大量的熱量來(lái)發(fā)電，降低海水溫度的過(guò)程，消耗的能源更多，不能解決能源短缺的問(wèn)題，故D符合題意。【學(xué)會(huì)了嗎丨變式題】1.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)氣體燃燒將氣體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，下列說(shuō)法正確的是(

)BA.現(xiàn)代汽車(chē)技術(shù)已經(jīng)非常先進(jìn)，能夠使氣體燃燒釋放的熱量全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能B.氣體燃燒過(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.氣體燃燒釋放的熱量沒(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，則氣體燃燒產(chǎn)生的熱量能夠完全轉(zhuǎn)化成機(jī)械能【解析】選項(xiàng)分析正誤AB氣體燃燒過(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?！藽氣體燃燒釋放的熱量雖然沒(méi)有全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，但該過(guò)程符合熱力學(xué)第一定律。D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，氣體燃燒產(chǎn)生的熱量也不能完全轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。例3-4

下列現(xiàn)象屬于能量耗散的是(

)DA.利用水能發(fā)電將水能轉(zhuǎn)化為電能

B.電池的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能C.電流通過(guò)電阻絲將電能轉(zhuǎn)化為光能

D.火爐把房子烤暖【解析】能量耗散是指其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能，最終流散在周?chē)h(huán)境中無(wú)法重新收集并加以利用的過(guò)程。本題中的電能、光能都可以重新收集并加以利用。火爐把房子烤暖使燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成內(nèi)能并流散在周?chē)沫h(huán)境中，難以重新收集并加以利用，是能量耗散。故本題選D。例4-5

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(

)BA.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，兩者相互矛盾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.兩條定律沒(méi)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【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。明考向·出題考法例6

下列關(guān)于熵的說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)BA.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(guò)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【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(guò)程，其能量的總值保持不變，而其熵值不會(huì)減少，故B錯(cuò)誤，C正確。方法幫

解題課丨關(guān)鍵能力構(gòu)建題型1

熱力學(xué)第二定律的應(yīng)用例7

[鏈接教材第60頁(yè)“思考與討論”]（多選）如圖3-4-2所示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(

)BC圖3-4-2A.熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外B.電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界，是因?yàn)槠湎牧穗娔蹸.電冰箱的工作原理不違反熱力學(xué)第一定律D.電冰箱的工作原理違反熱力學(xué)第一定律

【解析】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)化規(guī)律，是能量守恒的具體表現(xiàn)，適用于所有的熱學(xué)過(guò)程，故C正確，D錯(cuò)誤；根據(jù)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，必須借助于外界做功，A錯(cuò)誤，B正確?！緦W(xué)會(huì)了嗎丨變式題】2.（多選）下列宏觀過(guò)程能用熱力學(xué)第二定律解釋的是(

)BCD

【解析】熱力學(xué)第二定律反映的是與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程的方向性，A不屬于熱現(xiàn)象，不符合題意；由熱力學(xué)第二定律可知B、C、D符合題意。題型2

有關(guān)熱機(jī)效率的計(jì)算

【學(xué)會(huì)了嗎丨變式題】

高考幫

考試課丨核心素養(yǎng)聚焦考情揭秘素養(yǎng)點(diǎn)擊基本考查點(diǎn)熱力學(xué)第二定律的理解，能源相關(guān)問(wèn)題分析等。1.明確自然界中宏觀過(guò)程的方向性，理解熱力學(xué)第二定律的含義，能理解自然界能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性問(wèn)題。2.認(rèn)識(shí)能源是有限的，關(guān)心社會(huì)發(fā)展，關(guān)注能源安全，節(jié)約使用能源，樹(shù)立促進(jìn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的責(zé)任意識(shí)。熱點(diǎn)及難點(diǎn)熱力學(xué)第二定律與其他熱學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用問(wèn)題。題型及難度主要是選擇題或填空題，難度中等偏易。高考中地位熱力學(xué)理論的重要基礎(chǔ)，很少單獨(dú)命題?？枷?/p>

熱力學(xué)第二定律與其他熱學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用圖3-4-3例9

(湖南高考題，多選)利用“渦流效應(yīng)”可實(shí)現(xiàn)冷熱氣體的分離。如圖3-4-3，一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)

本題以分離冷熱氣體的原理為背景考查分子動(dòng)理論和熱力學(xué)第二定律，能夠拓展考生的視野，考查考生讀取信息的能力，體現(xiàn)了物理學(xué)科核心素養(yǎng)中的物理觀念和科學(xué)思維?！獭獭?/p>

練習(xí)幫

習(xí)題課丨學(xué)業(yè)質(zhì)量測(cè)評(píng)A

基礎(chǔ)練丨知識(shí)測(cè)評(píng)建議時(shí)間：10分鐘1.關(guān)于熱力學(xué)第二定律，下列說(shuō)法不正確的是(

)A

2.（多選）根據(jù)熱力學(xué)第二定律，下列說(shuō)法正確的是(

)ADA.不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量并把它全部用來(lái)做功，而不引起其他變化B.沒(méi)有冷凝器，只有單一的熱庫(kù)，能從單一熱庫(kù)吸收熱量全部用來(lái)做功，而不引起其他變化的熱機(jī)是可以制成的C.制冷系統(tǒng)可將冰箱里的熱量傳到外界較高溫度的空氣中而不引起其他變化D.不可能使熱量由低溫物體傳到高溫物體，而不引起其他變化【解析】熱力學(xué)第二定律揭示了與熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過(guò)程的方向性。機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過(guò)程具有方向性，機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而不引起其他變化，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；熱傳導(dǎo)過(guò)程也具有方向性，熱量能自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，但要從低溫物體傳到高溫物體，必然會(huì)引起其他變化（【點(diǎn)撥】外界對(duì)系統(tǒng)做功），選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確。.

.3.根據(jù)熱學(xué)中的有關(guān)知識(shí)，判斷下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)CA.機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能也可以用來(lái)做功轉(zhuǎn)化成機(jī)械能B.自發(fā)的熱傳遞過(guò)程是向著分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序性增大的方向進(jìn)行的C.第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)違背能量守恒定律，但第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不違背能量守恒定律，所以隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)可以被制造出來(lái)D.空調(diào)既能制熱又能制冷，說(shuō)明在不自發(fā)的條件下，熱量可以逆向傳遞【解析】機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能也可以用來(lái)做功轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，故A正確；根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程都具有方向性，自發(fā)的熱傳遞過(guò)程是向著分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序性增大的方向進(jìn)行的，故B正確；第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)違背能量守恒定律，第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)違背熱力學(xué)第二定律，都不可能被制造出來(lái)，故C錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體，但在一定外界條件下可以實(shí)現(xiàn)，例如空調(diào)制冷時(shí)，壓縮機(jī)工作，消耗電能，把熱量從低溫物體傳遞給高溫物體，故D正確。4.(2025·湖北襄陽(yáng)市第一中學(xué)月考)全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織與國(guó)家氣候中心2025年4月21日聯(lián)合發(fā)布《2025年全球新能源發(fā)電年景預(yù)測(cè)報(bào)告》。能源問(wèn)題是當(dāng)今世界最為重要的問(wèn)題之一，熱力學(xué)的研究對(duì)能源利用率的提高起到了關(guān)鍵作用，為熱機(jī)的設(shè)計(jì)與制造提供了足夠的理論支持。關(guān)于熱機(jī)和熱力學(xué)定律，以下表述正確的是(

)C

【解析】選項(xiàng)分析正誤AB雖然能量守恒，但是使用后能源的品質(zhì)降低，可利用的能源會(huì)越來(lái)越少，能源危機(jī)仍然存在。C由熵增加原理可知，一切自然過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序性增大的方向進(jìn)行?！藾熱力學(xué)第二定律可表述為“不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體而不引起其他變化”。B

綜合練丨選考通關(guān)建議時(shí)間：15分鐘5.熱力學(xué)第二定律常見(jiàn)的表述方式有兩種，其一是：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體；其二是：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。第一種表述方式可以用圖來(lái)表示，根據(jù)你對(duì)第二種表述的理解，如果也用類(lèi)似的示意圖來(lái)表示，你認(rèn)為下列示意圖中正確的是(

)BA.

B.

C.

D.

【解析】由題圖可知，使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體必伴隨著制冷機(jī)的做功，即不是自發(fā)的過(guò)程,對(duì)于第二種表述,熱機(jī)工作時(shí),從高溫物體吸收熱量,只有一部分用來(lái)對(duì)外做功，轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能,另一部分熱量要傳遞給低溫物體,故選項(xiàng)B正確,A、C、D錯(cuò)誤。6.將一件裙子放進(jìn)死海，3年后它成了一件精美的藝術(shù)品（如圖），其形成原因是海水中的鹽不斷在衣服表面結(jié)晶。根據(jù)這一現(xiàn)象判斷，下列說(shuō)法不正確的是(

)DA.結(jié)晶過(guò)程看似是自發(fā)的，其實(shí)要受到環(huán)境的影響B(tài).結(jié)晶過(guò)程是無(wú)序向有序轉(zhuǎn)變的過(guò)程C.鹽在溶解的過(guò)程中熵是增加的D.這件藝術(shù)品被精心保存在充滿惰性氣體的密閉櫥窗里，可視為孤立系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間后，該藝術(shù)品的熵可能減小【解析】結(jié)晶過(guò)程不是自發(fā)的，通常是由水溫降低或水的蒸發(fā)引起的，受到環(huán)境的影響，是由無(wú)序向有序的轉(zhuǎn)變過(guò)程，故A、B正確；鹽的溶解是自發(fā)的熵增加過(guò)程，故C正確；孤立系統(tǒng)的熵永不減小，總是增大或者不變，故D錯(cuò)誤。7.(教材第63頁(yè)“練習(xí)與應(yīng)用”第3題改編)制冷機(jī)是一種利用工作物質(zhì)，使熱量從低溫物體傳到高溫物體的裝置，通過(guò)制冷機(jī)可以使一