79知識(shí)講解 熱力學(xué)第二定律

1、熱力學(xué)第二定律【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1了解熱傳導(dǎo)過程的方向性；2了解什么是第二類永動(dòng)機(jī)，為什么第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成；3了解熱力學(xué)第二定律的兩種不同的表述，以及這兩種表述的物理實(shí)質(zhì)；4利用熱力學(xué)第二定律分析解決實(shí)際問題，作出正確判斷5知道什么是有序和無序，什么是宏觀態(tài)和微觀態(tài)；6知道熱力學(xué)第二定律的微觀解釋，而一切自然過程總是沿分子熱運(yùn)動(dòng)的無序性增大的方向進(jìn)行的；7知道熵的概念，熵的增加原理8了解什么是能源、常規(guī)能源、常規(guī)能源的儲(chǔ)量與人類需求的矛盾；9了解常見能源的使用與環(huán)境污染的關(guān)系：10了解哪些能源是清潔能源，哪些能源是可再生能源；11理解能量守恒和節(jié)約能源的關(guān)系；12了解開發(fā)新能源的意義【要點(diǎn)梳理

2、】要點(diǎn)一、熱力學(xué)第二定律1熱傳導(dǎo)的方向性（自然過程的方向性）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，結(jié)果使高溫物體的溫度降低，低溫物體的溫度升高（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，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

3、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)檎婵眨?）在整個(gè)自然界中，無論有生命的還是無生命的所有的宏觀自發(fā)過程都具有單向性，都有一定的方向性，都是一種不可逆過程如河水向下流，重物向下落，山岳被侵蝕，房屋衰朽倒塌，人的一生從嬰兒到老年到死亡等2熱機(jī)（1）熱機(jī)：熱機(jī)是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的一種裝置如蒸汽機(jī)把水蒸氣的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；內(nèi)燃機(jī)是把燃燒后的高溫高壓氣體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能（2）熱機(jī)的組成部分熱源：指燃燒燃料而獲得能量的部件.工作物質(zhì)：指利用獲得

4、的熱量來做功的物質(zhì)，如蒸汽機(jī)里的蒸汽，內(nèi)燃機(jī)里燃燒后的高溫氣體.冷凝器：把做功后工作物質(zhì)所剩余的熱量進(jìn)行再吸收的部分.如推動(dòng)活塞做功后放出的蒸汽的溫度也很高，如果把這種蒸汽直接放入大氣中，則大氣就是冷凝器當(dāng)然這樣就白白浪費(fèi)了剩余的蒸汽所具有的能量，通常把這種工作后剩余的蒸汽通過管道送入居民區(qū)用于燒水、做飯、取暖等（3）熱機(jī)的工作原理工作物質(zhì)從熱源吸收熱量Q，推動(dòng)活塞做功彤，然后排出廢氣，同時(shí)把熱量Q散發(fā)到冷凝器中.12根據(jù)能量守恒有Q二W+Q12（4）熱機(jī)的效率把熱機(jī)做的功W與它從熱源中吸收的熱量Q的比值叫做熱機(jī)的效率，用耳表示，有1耳二-Q1因?yàn)镼二W+Q，12所以QW，耳VI.1這說明熱機(jī)

5、不可能把吸收的熱能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，總有一部分要散失到冷凝器中3第二類永動(dòng)機(jī)（1）定義從單一熱源吸熱全部用來做功，而不引起其他變化把它得到的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，熱機(jī)效率達(dá)100這種想象中的熱機(jī)稱為第二類永動(dòng)機(jī)只從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)橛杏玫墓Χ灰鹌渌兓臒釞C(jī)（2）第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成雖然第二類永動(dòng)機(jī)不違反能量守恒定律，大量的事實(shí)證明在任何情況下，熱機(jī)都不可能只有一個(gè)熱源，熱機(jī)要不斷地把吸取的熱量變?yōu)橛杏玫墓?，就不可避免地將一部分熱量傳給低溫?zé)嵩春茱@然，如果第二類永動(dòng)機(jī)能制成，那么就可以利用空氣或海洋作為熱源，從它們那里不斷吸取熱量而做功，這是最經(jīng)濟(jì)不過的，因?yàn)楹Ｑ蟮膬?nèi)能實(shí)際上

6、是取之不盡的4熱力學(xué)第二定律（1）兩種表述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這是按照熱傳導(dǎo)的方向性來表述的不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功.而不引起其他變化也可以表述為：第二類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的這是按照機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向性來表述的（2）兩種表述是等效的熱力學(xué)第二定律的兩種表述看上去似乎沒有什么聯(lián)系，然而實(shí)際上它們是等效的，即由其中一個(gè)，可以推導(dǎo)出另一個(gè)（3）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，揭示了大量分子參與的宏觀過程的方向性，使人們認(rèn)識(shí)到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性5熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律的區(qū)別（1）熱力學(xué)第一定律

7、揭示了做功和熱傳遞對(duì)改變物體內(nèi)能的規(guī)律關(guān)系A(chǔ)U=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)化的可能性告誡人們：第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成熱力學(xué)第一定律只有一種表述形式（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)一步揭示了各種物質(zhì)過程及其運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)化過程都具有方向性告誡人們：第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成熱力學(xué)第二定律有多種表述形式要點(diǎn)二、熱力學(xué)第二定律的微觀解釋1有序和無序確定某種規(guī)則，符合這個(gè)規(guī)則的就是有

8、序的，不符合確定的規(guī)則和要求的分布是無序的特別提示：無序意味著各處都一樣、平均、沒有差別；而有序則是相反，有序與無序是相對(duì)的，一副撲克牌，指定按黑桃、紅桃、梅花、方塊的順序排列，但對(duì)號(hào)碼的大小不作要求，這樣的排列對(duì)于完全雜亂的一副牌來說是有序的，但對(duì)于不僅有花樣方面的要求，而且對(duì)號(hào)碼順序也有要求的排列來說，就是無序的了2宏觀態(tài)和微觀態(tài)規(guī)定了某種規(guī)則，我們就規(guī)定了一個(gè)“宏觀態(tài)”，這個(gè)“宏觀態(tài)”可能包舍一種或幾種“微觀態(tài)”，不同的“宏觀態(tài)”對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)的個(gè)數(shù)不同如果一個(gè)“宏觀態(tài)”對(duì)應(yīng)的“微觀態(tài)”比較墨，就說這個(gè)“宏觀態(tài)”是比較無序的我們以氣體向真空的擴(kuò)散為例來認(rèn)識(shí)宏觀態(tài)和微觀態(tài)一個(gè)箱子被擋板分為左

9、、右兩室，左室為氣體，右室為真空，撤去擋板后氣體要由左向右擴(kuò)散我們從分子熱運(yùn)動(dòng)的角度分析這個(gè)過程的方向性為了簡(jiǎn)單，假定氣體只由A、B、C、D共4個(gè)分子組成如圖所示，甲、乙、丙、丁是4個(gè)不同的微觀態(tài)，但甲、乙屬于同一個(gè)宏觀態(tài)，丙、丁屬于另一個(gè)宏觀態(tài)撤去擋板后每個(gè)分子都可以處于箱中任何位置，就像隊(duì)列解散后的學(xué)生一樣如果細(xì)致地區(qū)分哪個(gè)分子在哪側(cè)，這樣的一個(gè)一個(gè)的狀態(tài)就是不同的微觀態(tài).例如“A、B在左室，C、D在右室”與“A、C在左室，B、D在右室”就是兩個(gè)不同的微觀態(tài)當(dāng)然“A在左室，B、C、D在右室”也是與前兩個(gè)不同的微觀態(tài)但是，宏觀的觀察并不能區(qū)分圖甲和乙的兩個(gè)微觀態(tài)，我們只能說兩種情況下左右兩室

10、中分子數(shù)的多少是一樣的，因此，我們說甲和乙屬于同一個(gè)宏觀態(tài)：而丙和丁，盡管從微觀上看具體分子的位置并不一樣，是不同的微觀態(tài)，但它們也屬于同一個(gè)宏觀態(tài)，都是“左1右3”3熱力學(xué)第二定律的微觀解釋和意義（1）熱力學(xué)第二定律的微觀解釋一切自然過程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無序性增大的方向進(jìn)行與熱現(xiàn)象有關(guān)的自發(fā)的宏觀過程，總是朝著分子熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無序性增加的方向進(jìn)行的由大量分子組成的系統(tǒng)自發(fā)變化時(shí)，總是向著無序程度增加的方向發(fā)展，至少無序程度不會(huì)減少（2）對(duì)熱力學(xué)第二定律微觀意義的理解系統(tǒng)的熱力學(xué)過程就是大量分子無序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化從微觀看，在功轉(zhuǎn)化為熱的過程中，自然過程是大量分子從有序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向無序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)

11、化的過程，但其逆過程卻不能自發(fā)地進(jìn)行即不可能由大量分子無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蜻\(yùn)動(dòng)從微觀看，熱傳遞的過程中，自然過程是大量分子從無序程度小的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向無序程度大的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程，其逆過程不能自發(fā)進(jìn)行大量分子無序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的方向總是向無序性增大的方向進(jìn)行即一切自然過程總是沿著無序性增大的方向進(jìn)行，這就是熱力學(xué)第二定律的微觀意義4熵（1）熵的概念在物理學(xué)中，用來量度系統(tǒng)無序程度的物理量叫做熵在物理學(xué)中，為了描述一個(gè)系統(tǒng)的無序程度，引入一個(gè)物理量，叫做熵物理學(xué)中用字母Q表示一個(gè)宏觀狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的微觀狀態(tài)的數(shù)目，用字母S表示熵，有：SkInQ式中k叫做玻耳茲曼常數(shù)要點(diǎn)詮釋：既然微觀態(tài)的數(shù)目Q是

12、分子運(yùn)動(dòng)無序性的一種量度，由于Q越大，熵S也越大，那么熵S自然也是系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)無序性的量度（2）熵增加原理在任何自然過程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)減小，如果過程可逆，則熵不變；如果過程不可逆則熵增加在孤立系統(tǒng)中，一切不可逆過程必然朝著熵增加的方向進(jìn)行，這就是熵增加原理5熱傳遞的方向性兩個(gè)溫度不同的物體接觸時(shí)，熱量會(huì)自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，直到兩者溫度相等；一個(gè)溫度處處相等的物體，不可能自發(fā)地變得一部分溫度高、另一部分溫度低6熵與能量退降（1）能量退降在熵增加的同時(shí)，一切不可逆過程總是使能量逐漸喪失做功的本領(lǐng)，從可利用狀態(tài)轉(zhuǎn)化為不可利用狀態(tài)，能量品質(zhì)退化了，這種現(xiàn)象稱為能量退降能量的可利

13、用程度降低的現(xiàn)象稱為能量降退（2）對(duì)能量的耗散與退化的理解在利用能源的實(shí)際過程中，由于摩擦、體積形變、系統(tǒng)向外界放出熱量等因素，會(huì)有部分能量最終以熱的形式轉(zhuǎn)移出去由于宏觀過程的不可逆性，導(dǎo)致這些能量無法重新收集而加以利用，從而造成能量的永久性損失，這就是能量耗散可見，能量耗散與能量轉(zhuǎn)化的宏觀過程具有方向性、不可逆性的必然結(jié)果能量耗散過程中，包括環(huán)境在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)總能量仍是守恒的，但可利用的能量在減少。造成能量的“貶值”任何利用能源的過程都必然導(dǎo)致這種能量“貶值”，即退化因此我們要節(jié)約能源要點(diǎn)三、能源和可持續(xù)發(fā)展1能量耗散和品質(zhì)降低（1）能量耗散集中度較高且有序度較高的能量（如機(jī)械能、電能、化學(xué)

14、能等），當(dāng)它們變?yōu)榄h(huán)境的內(nèi)能后，就成為更加分散因而也是無序度更大的能量，我們無法把這些分散的內(nèi)能重新收集起來加以利用，這樣的轉(zhuǎn)化過程叫做能量耗散（2）能量品質(zhì)降低各種形式的能量向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化，是微觀領(lǐng)域內(nèi)無序程度較小向無序程度較大的轉(zhuǎn)化，是能夠自動(dòng)發(fā)生、全額發(fā)生的而內(nèi)能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)化過程，由熱力學(xué)第二定律知道，這種轉(zhuǎn)化是有條件的，即環(huán)境中必須存在著溫度差。而且內(nèi)能不能全額轉(zhuǎn)化為機(jī)械能因此，從可被利用的價(jià)值來看，內(nèi)能較之機(jī)械能、電能等，是一種低品質(zhì)的能量2能源與人類社會(huì)發(fā)展（1）能源定義：能夠提供可利用能量的物質(zhì).常規(guī)能源：煤、石油、天然氣.能源的供需現(xiàn)狀：石油將在幾十年內(nèi)采完，煤也將在二百多年內(nèi)

15、采完，故需加強(qiáng)新能源的開發(fā)和利用，如水能、風(fēng)能等能源的分類：a.不可再生能源：如前面提到的煤、石油、天然氣等常規(guī)能源；b可再生能源：如風(fēng)能、水能等（2）能源與人類社會(huì)發(fā)展能源是社會(huì)存在與發(fā)展永遠(yuǎn)不可或缺的必需品，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的物質(zhì)基礎(chǔ).它與材料、信息構(gòu)成現(xiàn)代社會(huì)的三大支柱.能源科技的每一次突破，都帶來了生產(chǎn)力的巨大飛躍和社會(huì)的進(jìn)步.能源與環(huán)境（1）常規(guī)能源對(duì)環(huán)境的影響石油和煤炭燃燒產(chǎn)生的二氧化碳增加了大氣中二氧化碳的含量，由此加劇了溫室效應(yīng)，引發(fā)了一系列問題，如兩極的冰雪融化、海平面上升、海水倒灌、耕地鹽堿化等，這些都是自然對(duì)人類的報(bào)復(fù).排入大氣中的污染物在太陽紫外線照射下發(fā)生光化學(xué)效應(yīng)，形

16、成一種毒性很大的二次污染物“光化學(xué)煙霧”.如：氮氧化物和碳氧化物在大氣中受到陽光中強(qiáng)烈的紫外線照射會(huì)生成臭氧.還有一些問題，如煤燃燒時(shí)形成的二氧化硫等物質(zhì)使雨水形成“酸雨”，機(jī)器在工作時(shí)會(huì)導(dǎo)致有毒氣體的產(chǎn)生等.（2）常規(guī)能源對(duì)環(huán)境的影響溫室效應(yīng)與酸雨溫室效應(yīng)成因：溫室效應(yīng)是人類過多地排放二氧化碳，干擾了地球的熱量平衡造成的.危苫：溫室效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致全球變暖，海平面上升，氣候變化，疾病增多等.改善措施：調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，控制二氧化碳的過量排放.具體實(shí)施時(shí)可以從以下兩方面進(jìn)行：一是提高能源利用率，如改進(jìn)設(shè)備、技術(shù)，建立節(jié)約能源的消費(fèi)觀等；二是開發(fā)新能源，如多使用核能、水能、太陽能、風(fēng)能等.酸雨大氣中酸性污

17、染物質(zhì)，如二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物等，在降水過程中溶入雨水，使其成為酸雨.煤炭中含有較多的硫，燃燒時(shí)產(chǎn)生二氧化硫等物質(zhì).危害：酸雨影響人的健康，危害生態(tài)系統(tǒng)，使土壤酸化和貧瘠，腐蝕建筑和藝術(shù)品等.防治：a.健全法規(guī)，強(qiáng)化管理，控制排放.b.發(fā)展清潔煤技術(shù)，減少燃燒過程SO2的排放.c.通過改造發(fā)動(dòng)機(jī)，安裝汽車尾氣凈化氣，用無鉛汽油代替合鉛汽油等手段，控制汽車尾氣的排放.開發(fā)新能源太陽能是最具發(fā)展前景的新能源，它清潔無污染，是一種清潔能源.其他新能源，如生物質(zhì)能、風(fēng)能、水能等具有相當(dāng)大的發(fā)展前景.下面是幾種常見能源的開發(fā)方法及存在的問題：（1）太陽能：有直接加熱物體的太陽能熱水器、太陽灶，有

18、利用半導(dǎo)體材料把太陽能轉(zhuǎn)化為電能的太陽電池等，主要問題是只能白天工作，還要受天氣影響，會(huì)妨礙大規(guī)模使用太陽能，要研究?jī)?chǔ)存太陽能的方法.（2）水能：水能有巨大的開發(fā)潛力，可開發(fā)梯級(jí)電站.（3）核能：是一個(gè)巨大的能源，通過核反應(yīng)堆進(jìn)行核發(fā)電主要應(yīng)注意核泄漏、控制核污染等.（4）風(fēng)能：為了增加風(fēng)力發(fā)電的功率，通常把很多風(fēng)車建在一起，成為“風(fēng)車田.”我國(guó)的新疆、內(nèi)蒙古等地已經(jīng)開始大規(guī)模利用風(fēng)力發(fā)電【典型例題】類型一、熱力學(xué)第二定律例1關(guān)于熱學(xué)現(xiàn)象和熱學(xué)規(guī)律，下列說法中正確的是（）將地球上所有海水的溫度降低0.2C，以放出大量的內(nèi)能供人類使用布朗運(yùn)動(dòng)是液體分子的運(yùn)動(dòng)，它說明液體分子在永不停息地做無規(guī)則的

19、運(yùn)動(dòng)在熱傳遞中，熱量一定是從內(nèi)能多的物體傳向內(nèi)能少的物體在熱傳遞中，熱量一定是從溫度高的物體流向溫度低的物體【答案】D【解析】自然界一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性，A錯(cuò)；布朗運(yùn)動(dòng)不是液體分子的運(yùn)動(dòng)，而是固體顆粒的運(yùn)動(dòng).B錯(cuò)；內(nèi)能多不一定溫度高，C錯(cuò)；故只有選項(xiàng)D正確.舉一反三:【變式】下列說法正確的是（）熱量能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體熱量不能從低溫物體傳到高溫物體熱傳導(dǎo)是有方向性的氣體向真空中膨脹的過程是有方向性的【答案】A、C、D【解析】如果是自發(fā)的過程，熱量只能從高溫物體傳到低溫物體，但這并不是說熱量不能從低溫物體傳到高溫物體。只是不能自發(fā)地進(jìn)行，在外界條件的幫助下，熱量也能從

20、低溫物體傳到高溫物體，選項(xiàng)A對(duì)，B錯(cuò)，C對(duì)；氣體向真空中膨脹的過程也是不可逆的，具有方向性，選項(xiàng)D對(duì).例2.下列說法正確的是（）.熱傳導(dǎo)的過程是有方向性的第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成，因?yàn)樗`反能量守恒定律第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成，因?yàn)闄C(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性熱力學(xué)第二定律表明，所有的物理過程都具有方向性【思路點(diǎn)撥】熱力學(xué)第二定律反映了一個(gè)自然規(guī)律，這就是與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀物理過程具有方向性，主要是熱傳導(dǎo)的方向性和機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的方向性.【答案】A、C【解析】根據(jù)熱力學(xué)第二定律和實(shí)驗(yàn)事實(shí)都可以說明，熱傳導(dǎo)的過程是有方向性的，熱量可以從高溫物體自發(fā)地傳給低溫物體，卻不能自發(fā)地由低溫物體傳給高溫

21、物體，所以選項(xiàng)A正確；第二類永動(dòng)機(jī)是一種熱機(jī)，它希望能夠從單一熱源吸熱，并全部用來做功而不引起其他任何的變化，這種設(shè)想并不違反能量守恒定律，但違反熱力學(xué)第二定律，所以選項(xiàng)B錯(cuò)誤，選項(xiàng)C正確；熱力學(xué)第二定律指出了所有與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀物理過程都具有方向性，并不是所有的物理過程都具有方向性，因此選項(xiàng)D的說法錯(cuò)誤.【總結(jié)升華】熱力學(xué)第二定律反映了一個(gè)自然規(guī)律，這就是與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀物理過程具有方向性，主要是熱傳導(dǎo)的方向性和機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的方向性.由于人們發(fā)現(xiàn)這樣的規(guī)律是源于對(duì)熱機(jī)的研究，所以定律的表述比較抽象，重要的是要通過一些實(shí)例認(rèn)識(shí)有哪些現(xiàn)象表明了能量轉(zhuǎn)化過程的方向性舉一反三:【變式】下列說

22、法正確的是（）熱量不能由低溫物體傳遞到高溫物體外界對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能必定增加第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成，是因?yàn)檫`反了能量守恒定律不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化【答案】D【解析】根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熱量不能自發(fā)地由低溫物體傳遞到高溫物體，但在一定條件下，熱量可以由低溫物體傳向高溫物體，例如電冰箱的工作過程，故選項(xiàng)A錯(cuò)；根據(jù)熱力學(xué)第一定律，物體內(nèi)能的變化取決于吸收或放出的熱量和做功的正負(fù)兩個(gè)因素，所以選項(xiàng)B錯(cuò)；第二類永動(dòng)機(jī)不違反能量守恒定律，而違反了熱力學(xué)第二定律，選項(xiàng)C錯(cuò)；選項(xiàng)D是熱力學(xué)第二定律的表述形式之一，是正確的.【總結(jié)升華】熱力學(xué)第二定律是新增內(nèi)容，考綱要求

23、是I級(jí)，重點(diǎn)在理解，在學(xué)習(xí)中應(yīng)記熟其兩種表述，并理解兩種表述的等效性；抓住第二定律的實(shí)質(zhì)，即自然界中進(jìn)行的所有涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性.例3.（2015丹東校級(jí)月考）如圖中氣缸內(nèi)盛有一定量的理想氣體，氣缸壁是導(dǎo)熱的，缸外環(huán)境保持恒溫，活塞與氣缸壁的接觸是光滑的，但不漏氣?，F(xiàn)將活塞與外界連接使其緩慢向右移動(dòng)，這樣氣體將等溫膨脹并通過桿對(duì)外做功。若已知理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，則下列說法正確的是（）氣體是從單一熱源吸熱，全部用來對(duì)外做功，因此該過程違反熱力學(xué)第二定律氣體是從單一熱源吸熱，但并未全部用來對(duì)外做功，所以此過程不違反熱力學(xué)第二定律氣體是從單一熱源吸熱，全部用來對(duì)外做功，但此過程

24、不違反熱力學(xué)第二定律A、B、C三種說法都不對(duì)【答案】C【解析】由于這個(gè)過程緩慢進(jìn)行，所以可看成溫度不變，即氣體內(nèi)能不變。因此氣體吸收的熱量和氣體對(duì)外做的功相等，也就是從單一熱源吸熱，全部用來對(duì)外做功。實(shí)際上這個(gè)過程是不能自發(fā)進(jìn)行地，即氣體是無法吸了熱再推動(dòng)活塞緩慢向右移動(dòng)；它必須考外力使桿向右移動(dòng)，才能使氣體膨脹，從而內(nèi)能減少，溫度下降，然后再?gòu)耐饨缥鼰帷Ｒ簿褪钦f，在這個(gè)過程中拉桿消耗了能量，即引起了其他的變化，所以選C舉一反三:【變式】根據(jù)熱力學(xué)第二定律，下列說法中正確的是（）.不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化沒有冷凝器，只有單一的熱源，能將從單一熱源吸收的熱量全

25、部用來做功，而不引起其他變化的熱機(jī)是可以實(shí)現(xiàn)的制冷系統(tǒng)能將冰箱里的熱量傳給外界較高溫度的空氣中而不引起其他變化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【答案】A、D【解析】熱力學(xué)第二定律揭示了與熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程的方向性機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性，機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能要全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能必須借助外界的幫助，因而引起其他變化，故選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；熱傳導(dǎo)過程也具有方向性，熱量能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，但要從低溫物體傳遞到高溫物體，必然引起其他變化(外界對(duì)系統(tǒng)做功)，則選項(xiàng)C錯(cuò)誤，選項(xiàng)D正確例4熱力學(xué)第二定律常見的表述有兩種第一種表述：不可能使熱量由低溫物

26、體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化；第二種表述：不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化圖甲是根據(jù)熱力學(xué)第二定律的第一種表述畫出的示意圖：外界對(duì)制冷機(jī)做功，使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體請(qǐng)你根據(jù)第二種表述完成示意圖乙根據(jù)你的理解，熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)是答案】一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性解析】示意圖如圖所示高溫物懷|0熱機(jī)舉一反三:【高清課堂：熱力學(xué)定律和能量守恒例5】【變式1】如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)過冷凝器時(shí)制冷劑液化，放出熱量到箱體外，下列說法正確的是()熱量可以自

27、發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界，是因?yàn)槠湎牧穗娔茈姳涞墓ぷ髟聿贿`反熱力學(xué)第二定律電冰箱的工作原理違反熱力學(xué)第一定律【答案】BC【變式2】根據(jù)熱力學(xué)第二定律分析，下列說法中正確的是（）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機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但變化的內(nèi)能不可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，變化的內(nèi)能也可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能【答案】B、D【解析】根據(jù)熱傳遞的規(guī)律可知.熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，但不能自發(fā)地（不需要外界幫助）從低溫物體傳到高溫物體

28、.借助外界的幫助，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，如電冰箱就是接通電源后，壓縮機(jī)對(duì)“制冷劑”（氟利昂等）做功，把熱量從冰箱內(nèi)部（低溫物體）傳到外部（高溫物體）以達(dá)到制冷的目的，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確.機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能（如一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體克服摩擦力做功而最終停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能），在一定條件下，變化的內(nèi)能也可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，如理想氣體在等溫膨脹過程中，將吸收來的熱量全部用來做功，因此選項(xiàng)C錯(cuò)誤，選項(xiàng)D正確.【總結(jié)升華】本題最易誤選A、C兩個(gè)選項(xiàng)，其原因在于A、C選項(xiàng)與熱力學(xué)第二定律的敘述很類似，只是都少了一句“而不引起其他變化”.要準(zhǔn)確理解熱力學(xué)第二定律.熱量可以從高溫物體

29、傳到低溫物體，也可以從低溫物體傳到高溫物體，只不過前者能自發(fā)地進(jìn)行，后者必須借助外界的幫助，機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.而內(nèi)能要全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的話.勢(shì)必會(huì)引起其他變化.類型二、熱力學(xué)第二定律的微觀解釋例5.根據(jù)你對(duì)熵增加原理的理解，舉出一些系統(tǒng)從有序變?yōu)闊o序的例子.【思路點(diǎn)撥】深刻理解熵增加的原理?！敬鸢浮恳娊馕觥窘馕觥扛鶕?jù)熵增加原理，自然界的一切自發(fā)過程，總是朝著熵增加的方向進(jìn)行.而熵是描述系統(tǒng)無序程度的物理量，熵越大，無序程度越高.所以，熵的增加就意味著系統(tǒng)無序程度的增加.這意味著，自然界的一切自發(fā)過程，總是朝著從有序向無序的方向轉(zhuǎn)化.如：燃料的燃燒、氣體的擴(kuò)散、一切生命體的產(chǎn)生到消亡，都

30、經(jīng)歷了一個(gè)從有序到無序的發(fā)展過程.【總結(jié)升華】只有理解了熵增加的原理，才能在回答問題時(shí)堆確地把握，舉出實(shí)例.例6關(guān)于熱力學(xué)第二定律的微觀意義，下列說法正確的是（）A大量分子無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)能夠自動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蜻\(yùn)動(dòng)熱傳遞的自然過程是大量分子從有序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向無序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程熱傳遞的自然過程是大量分子從無序程度小的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向無序程度大的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程切自然過程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無序性增大的方向進(jìn)行【答案】C、D【解析】熱傳遞的自然過程是大量分子從無序程度小的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向無序程度大的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程，故選項(xiàng)C、D正確.舉一反三:【變式】下面關(guān)于熵的有關(guān)說法錯(cuò)誤的是（）熵是系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)無序性的

31、量度在自然過程中熵總是增加的熱力學(xué)第二定律也叫做熵減小原理熵值越大代表越無序【答案】C【解析】如果過程是可逆的，則熵不變；如果不可逆，則熵是增加的，而且一切自然過程都是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無序性增大的方向進(jìn)行.【總結(jié)升華】理解熵的概念和熵增加原理是正確分析本題的關(guān)鍵.例7.在圖中，一個(gè)封閉的方盒內(nèi)有兩個(gè)隔板，把方盒隔成了三個(gè)容器，每個(gè)容器內(nèi)有2個(gè)球，球上各有一個(gè)字，每個(gè)容器中的球上的字恰好組成一個(gè)詞（從左向右念）.搖動(dòng)方盒，球在容器內(nèi)的左右位置可以變換.0六個(gè)字排成三個(gè)詞的概率（1）圖中6個(gè)球同時(shí)排列成三個(gè)詞的概率是多少？（2）取去其中一個(gè)隔板，搖動(dòng)方盒，6個(gè)球能同時(shí)排列成三個(gè)詞的概率又是多少？（

32、3）把兩個(gè)隔板全部取去，搖動(dòng)方盒，6個(gè)球能同時(shí)排列成三個(gè)詞的概率又是多少？（4）在這個(gè)封閉的系統(tǒng)（方盒）內(nèi)，取消隔板讓小球在系統(tǒng)內(nèi)自發(fā)、充分地運(yùn)動(dòng)，其無序性是增大了還是減小了？【答案】見解析1【解析】（1）圖中6個(gè)球總共有8種不同的排列，所以同時(shí)排列成三個(gè)詞的概率為6.8（2）若取掉右邊的隔板，右邊4個(gè)球能組成“合作、創(chuàng)造”“創(chuàng)造、合作”“合造、創(chuàng)作”“創(chuàng)作、41合造共4種排列，而總共的排列數(shù)為A4X2=48種，所以此時(shí)能排列成三個(gè)詞的概率為石=。44812若取掉左邊的隔板，左邊4個(gè)球能組成“自主、合作”“合作、自主”共2種排列，而總共的排列數(shù)為48種，此時(shí)的概率為4-=481243）若將兩隔

33、板同時(shí)取去，6個(gè)球能分別組成三組詞，分別為“自主、合作、創(chuàng)造”“自主、合造、創(chuàng)作”“自創(chuàng)、舍造、作主”“自造、合作、主創(chuàng)”，每組的排列數(shù)為6種，而6個(gè)球總共的排列數(shù)為：A6二6x5x4x332x1二72，所以6個(gè)球能同時(shí)排列成三個(gè)詞的概率為:6x4_1720304）取消隔板后讓小球在系統(tǒng)內(nèi)自發(fā)、充分地運(yùn)動(dòng)，其無序性增大了舉一反三:【高清課堂：熱力學(xué)定律和能量守恒例6】【變式1】如圖所示，兩個(gè)相通的容器P、Q間裝有閥門K、P中充滿氣體，Q為真空，整個(gè)系統(tǒng)與外界沒有熱交換打開閥門K后，P中的氣體進(jìn)入Q中，最終達(dá)到平衡，則（）氣體體積膨脹，內(nèi)能增加B氣體分子勢(shì)能減少，內(nèi)能增加C氣體分子勢(shì)能增加，壓強(qiáng)

34、可能不變D.Q中氣體不可能自發(fā)地全部退回到P中【答案】D【變式2】一鍋開水投入了5個(gè)糖餡的甜湯圓，隨后又投入了5個(gè)肉餡的咸湯圓，甜、咸湯圓在沸水中翻滾，象征著封閉系統(tǒng)進(jìn)入了一個(gè)自發(fā)的過程，隨后，用兩只碗各盛了5個(gè)湯圓，每碗湯圓中共有六種可能：全是甜的全是咸的1甜4咸4甜1咸這是四種不平衡的宏觀態(tài)；2甜3咸3甜2咸這是兩種相對(duì)平衡的宏觀態(tài).兩只碗各盛5個(gè)湯圓共有32種組合方式，我們稱為32個(gè)微觀態(tài)，試問：（1）以上六種宏觀態(tài)所對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)的個(gè)數(shù)各是多少？請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)圖表來表示.（2）以上相對(duì)平衡的宏觀態(tài)出現(xiàn)的概率是多少？答案】見解析解析】（1）宏觀態(tài)對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)個(gè)數(shù)宏觀態(tài)全是甜的全是咸的1甜4咸4

35、甜1咸2甜3咸3甜2咸微觀態(tài)個(gè)數(shù)115510102）相對(duì)平衡的宏觀態(tài)出現(xiàn)的概率為：TOC o 1-5 h zn10+105P=。1+1+5+5+10+108類型三、能源和可持續(xù)發(fā)展例8下列對(duì)能量耗散的理解正確的有（）能量耗散說明能量在不斷減少能量耗散遵守能量守恒定律能量耗散說明能量不能憑空產(chǎn)生，但可以憑空消失能量耗散從能量角度反映出自然界的宏觀過程具有方向性【思路點(diǎn)撥】能量耗散使可利用的能量減少了?！敬鸢浮緽、D【解析】在發(fā)生能量轉(zhuǎn)化的宏觀過程中，其他形式的能量最終會(huì)轉(zhuǎn)化為流散到周圍環(huán)境的內(nèi)能，無法再回收利用，這種現(xiàn)象叫能量耗散能量耗散并不違反能量守恒定律，宇宙中的能量既沒有減少，也沒有消失，它只是從能量角度反映出自然界的宏觀過程具有方向性，故A、C錯(cuò).【總結(jié)升華】要理解能量耗散使可利用的能量減少了，而自然界的總能量并沒有變舉一反三:【變式】（2015廣東）關(guān)于能源的說法中正確的是（）能量可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式能量可以從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物