四、热力学第二定律优质课一等奖

高二物理

《热力学定律》

《选修3-3》10.4：热力学第二定律

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【基础知识梳理】

一．自然过程的方向性：

1．热传导具有方向性；

2．气体的扩散现象具有方向性；

3．气体的膨胀具有方向性。

4．机械能和内能的转化过程具有方向性；

5．自然过程的方向性。

二．热力学第二定律的一种表述（克劳修斯表述）：

1．内容：热量不能自发地从

物体传到

物体。

2．理解：阐述的是热传递的方向性。当不受外界干扰时，两个温度不同的物体相互接触，热量只会自发地从

物体传到

物体；若要使这个与热现象有关的宏观过程逆向完成，必须有第三方的介入，即提供必要的帮助，例如做功等。

三．热力学第二定律的另一种表述（开尔文表述）：

1．内容：不可能从从单一热库吸收

，使之完全变成

，而不产生其他影响。

2．理解：阐述的是机械能与内能转化的方向性。通过做功，机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功以转化成机械能而不产生其他影响。

3．延伸：热力学第二定律也可以表述为：气体向真空的自由膨胀是不可逆的。

4．实质：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，都是

。

四．热机与第二类永动机：

1．热机：

（1）概念：热机是把

能转化成

能的一种装置。常见的有

和

。

（2）组成：由热源、工作物质、冷凝器组成。

（3）工作原理：工作物质从热源吸收热量Q1，推动活塞做功W，然后排出废气，同时把热量Q2散发到冷凝器中。根据能量守恒有Q1=

。

（4）热机的效率：把热机做的功W与它从热源中吸收的热量Q1的比值叫做热机的效率。

即：η=

。这说明热机不可能把吸收的热量全部转化成机械能，总有一部分要散失到冷凝器中，所以热机的效率不可能达到100﹪。

2．第二类永动机：

（1）定义：只从单一热源吸收热量，使之完全变成有用的功而不引起其他变化的热机。

（2）理解：第二类永动机虽然不违背能量守恒定律，但因为机械能和内能的转化过程是有

方向性的，热机工作时从高温热库吸收的热量Q，只会有一部分用来做功W，转化为机械能，而另一部分热量必然要排放给低温热库。所以，热机用于做机械功的热量仅是它从高温热库吸收热量的一部分，绝不会是全部。因此，第二类永动机是不可能制成的。

【典型例题】

【例1】下列哪些过程具有方向性【 】

A．热传导过程

B．机械能向内能的转化过程

C．气体的扩散过程

D．气体向真空中的膨胀

【例2】下列说法正确的是【 】

A．热量能自发地从高温物体传给低温物体

B．热量不能从低温物体传到高温物体

C．热传导是有方向性的

D．气体向真空中膨胀的过程是有方向性的

【例3】下列过程中，可能发生的是【 】

A．某工作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，可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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【例4】电冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气，这说明了【 】

A．热量能自发地从低温物体传给高温物体

B．在一定条件下，热量可以从低温物体传给高温物体

C．热量的传导过程不具有方向性

D．在自发的条件下热量的传导过程具有方向性

【例5】下列关于热机的说法中，正确的是【 】

A．热机是把内能转化成机械能的装置

B．热机是把机械能转化为内能的装置

C．只要对内燃机不断进行革新，它可以把燃料燃烧释放的内能全部转化为机械能

D．即使没有漏气，也没有摩擦等能量损失，内燃机也不可能把内能全部转化为机械能

【例6】关于第二类永动机，下列说法正确的是【 】

A．没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不

引起其他变化的热机叫做第二类永动机

B．第二类永动机违反了能量守恒定律，所以不可能制成

C．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部

转化为机械能

D．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部

转化为机械能，同时不引起其他变化

【例7】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．其实，能量守恒定律已经包含了热力学第一定律和热力学第二定律

【例8】如图中气缸内盛有定量的理想气体，气缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与气缸壁的接触是光滑的，但不漏气．现将活塞杆与外界连接，使其缓慢地向右移动，这样气体将等温膨胀并通过杆对外做功．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．ABC三种说法都不对

【10.4——课后巩固练习】

1．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，是因为违反了能量守恒定律

D．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

2．关于热力学定律，下列说法正确的是【 】

A．为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量

B．对某物体做功，必定会使该物体的内能增加

C．可以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

E．功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程

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3．根据热力学第二定律，下列判断正确的有【 】

A．热机中燃气的内能不可能全部变成机械能

B．电流的能不可能全部变成内能

C．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变成电能

D．在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体

4．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% 5．第二类永动机不可能制成，是因为【 】

A．违背了能量的守恒定律

B．热量总是从高温物体传递到低温物体

C．机械能不能全部转化为内能

D．内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化

6．下列关于热机的说法中，正确的是【 】

A．热机是把内能转化成机械能的装置

B．热机是把机械能转化为内能的装置

C．只要对内燃机不断进行革新，它可以把燃料燃烧释放的内能全部转化为机械能

D．即使没有漏气，也没有摩擦等能量损失，内燃机也不可能把内能全部转化为机械能

7．如图所示为电冰箱的工作原理示意图，压缩机工作时，使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【 】

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反热力学第一定律

D．电冰箱的工作原理违反热力学第一定律

8．某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由汽缸和活塞组成。开箱时，密闭于汽缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图所示。在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间相互作用，则缸内气体【 】

A．对外做正功，分子的平均动能减小[来源:www.shulihua.net]

B．对外做正功，内能增大

C．对外做负功，分子的平均动能增大

D．对外做负功，内能减小

9．如图，一定质量的理想气体，由状态a经过ab过程到达状态b或者经过ac过程到达状态c。设气体在状态b和状态c的温度分别为Tb和Tc，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac，则【 】

A．Tb>Tc，Qab>Qac

B．Tb>Tc，Qab

C．Tb＝Tc，Qab>Qac

D．Tb＝Tc，Qab

10．如图所示，固定容器及可动活塞P都是绝热的，中间有一导热的固定隔板B，B的两边分别盛有气体甲和乙。现将活塞P缓慢地向B移动一段距离，已知气体的温度随其内能的增加而升高。则在移动P的过程中【 】

A．外力对乙做功；甲的内能不变

B．外力对乙做功；乙的内能不变

C．乙传递热量给甲；乙的内能增加

D．乙的内能增加；甲的内能不变

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11．如图，水平放置的密封汽缸内的气体被一竖直隔板分隔为左右两部分，隔板可在汽缸内无摩擦滑动，右侧汽缸内有一电热丝。汽缸壁和隔板均绝热。初始时隔板静止，左右两边气体温度相等。现给电热丝提供一微弱电流，通电一段时间后切断电源。当缸内气体再次达到平衡时，与初始状态相比【 】

A．右边气体温度升高，左边气体温度不变

B．左右两边气体温度都升高

C．左边气体压强增大

D．右边气体内能的增加量等于电热丝放出的热量

12．用隔板将一绝热容器隔成A和B两部分，A中盛有一定质量的理想气体，B为真空．现把隔板抽去，A中的气体自动充满整个容器，这个过程称为气体的自由膨胀．下列说法正确的是【 】

A．自由膨胀过程中，气体分子只做定向运动

B．自由膨胀后，气体的压强减小

C．自由膨胀前后，气体的温度不变

D．自由膨胀过程中，气体不做功

E．容器中的气体在足够长的时间内，能全部自动回到A部分

13．地球上有很多的海水，它的总质量约为1.4×1018吨，如果这些海水的温度降低0.1°C，23将要放出5.8×10焦耳的热量，有人曾设想利用海水放出的热量使它完全变成机械能来解决能源危机，但这种机器是不能制成的，其原因是(

) A．内能不能转化成机械能

B．内能转化成机械能不满足热力学第一定律

C．只从单一热源吸收热量并完全转化成机械能的机器不满足热力学第二定律

D．上述三种原因都不正确

14．关于热力学定律，下列说法正确的是(

) A．为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量

B．对某物体做功，必定会使该物体的内能增加

C．可以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

E．机械能转化为内能的实际宏观过程是不可逆过程

15．一定量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态，其p -T图象如图所示，其中对角线ac的延长线过原点O。下列判断正确的是（

）

A．气体在a、c两状态的体积相等

B．气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能

C．在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功

D．在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功

E．在过程bc中外界对气体做的功等于在过程da中气体对外界做的功

16．关于热力学定律，下列说法正确的是（

）

A．气体吸热后温度一定升高

B．对气体做功可以改变其内能

C．理想气体等压膨胀过程一定放热

D．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体

E．如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡

17．关于气体的内能，下列说法正确的是（

）

A．质量和温度都相同的气体，内能一定相同

B．气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大

C．气体被压缩时，内能可能不变

D．一定量的某种理想气体的内能只与温度有关

E．一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加

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