精选粤教版高中物理选修3334《热力学第二定律》word导学案物理知识点总结Word文档下载推荐.docx

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（2）开尔文表述中的“单一热源”指温度恒定且均匀的热库．“不引起其他变化”是指惟一效果是热量全部转变为功而外界及系统都不发生任何变化．其物理实质揭示了机械能转化为内能的过程是不可逆的．

（3）热力学第二定律的每一种表述都揭示了大量分子参与的过程的方向性．进而使人们认识到自然界中一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性，都是不可逆的．

二、两个热力学定律的比较与应用

地球上有大量的海水，它的总质量约为1.4×

1018t，如果这些海水的温度降低0.1℃，将要放出5.8×

1023J的热量，这相当于1800万个功率为100万千瓦的核电站一年的发电量，这么巨大的能量，人们为什么不去开发研究呢？

答案　这种利用海水的内能发电的过程，违背了热力学第二定律，所以不会研究成功．

1．两个定律比较：

热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的具体表现形式，在转化的过程中，总的能量保持不变．热力学第二定律是指在有限的时间和空间内，一切和热现象有关的物理过程、化学过程具有不可逆性（填“可逆性”或“不可逆性”）．

2．两类永动机的比较：

第一类永动机：

不消耗任何能量，可以不断做功（或只给予很小的能量启动后，可以永远运动下去）．

第二类永动机：

将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化（或只有一个热源，实现内能全部转化为机械能）．

3．第一类永动机和第二类永动机都不可能制成

第一类永动机的设想违反了能量守恒定律；

第二类永动机的设想不违反能量守恒定律，但违背了热力学第二定律．

三、热力学第二定律的微观实质

1．对机械能和内能的转化过程的微观解释

在通过做功使系统内能增加的过程中，自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程，但其逆过程却不能自发地进行，即不可能由大量分子无序运动自发地转变为有序的运动．

2．对热传导过程的微观解释

从微观上看，热传导的过程是使物体内部分子的热运动由比较有序的状态向无序的状态转化的过程，其逆过程不能自发地进行．

3．热力学第二定律的微观实质

与热现象有关的自发的宏观过程，总是朝着分子热运动状态无序性增加的方向进行的．

四、熵增加原理

1．熵：

描述物体无序程度的物理量．

2．熵增加原理：

在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减少（填“增加”或“减少”）．这就是熵增加原理，也是热力学第二定律的另一种表述．

一、热力学第二定律的基本考查

例1　根据热力学第二定律可知，下列说法中正确的是（　　）

A．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

B．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是可以实现的

C．制冷系统将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气，而不引起其他变化

D．不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化

解析　热力学第二定律揭示了与热现象有关的物理过程的方向性，机械能和内能的转化过程具有方向性，机械能可以全部转化为内能，而内能要转化为机械能必须借助外部的帮助，即会引起其他变化，A选项正确，B选项错误；

热传递过程也具有方向性，热量能自发地从高温物体传给低温物体，但是热量要从低温物体传到高温物体，必然要引起其他变化（外界对系统做功），故C选项错误，D选项正确．

答案　AD

二、两个热力学定律的比较、应用

例2　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．内能可以全部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转化的规律，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

解析　热力学第一定律是能量守恒在热现象中的体现，而热力学第二定律则指出内能和其他形式能发生转化的方向性，两者并不矛盾，选项A、C、D错误，B正确．

答案　B

例3　第二类永动机不可能制成是因为（　　）

A．违背了能量守恒定律

B．违背了热力学第二定律

C．机械能不能全部转变为内能

D．内能不可能全部转化为机械能，而不产生其他影响

答案　BD

三、热力学第二定律的微观意义和熵增加原理

例4　下列关于热力学第二定律微观意义的说法正确的是（　　）

A．从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律

B．一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行

C．有的自然过程沿着分子热运动无序性增大的方向进行，有的自然过程沿着分子热运动无序性减小的方向进行

D．在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵会减小

解析　热力学第二定律是一个统计规律，A对；

从热力学第二定律的微观本质看，一切不可逆过程总是沿着大量分子热运动无序程度增大的方向进行，B、C错；

任何自然过程总是朝着无序程度增大的方向进行，也就是熵增加的方向进行，故D错．所以选A.

答案　A

1．（热力学第二定律）下列说法中正确的是（　　）

A．一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性

B．一切不违反能量守恒定律的物理过程都是可能实现的

C．由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行

D．一切物理过程都不可能自发地进行

答案　AC

解析　热力学第二定律指出了热现象的方向性，而同时也指出了发生这些单一方向的过程的条件——自发．

2．（热力学定律的应用）下列说法中错误的是（　　）

A．第一类永动机不可能制成，因为它违背了能量守恒定律

B．第二类永动机不可能制成，因为它违背了能量守恒定律

C．热力学第一定律和热力学第二定律是相互独立的

D．热力学第二定律的两种表述是等效的

解析　第一类永动机违背了能量守恒定律，第二类永动机违背了热力学第二定律，故选项A正确，选项B错误；

热力学第一定律与热力学第二定律相辅相成，互相独立，选项C正确；

热力学第二定律的两种表述是等效的，选项D正确．故选B项．

3．（热力学第二定律的微观意义）关于热力学第二定律的微观意义，下列说法正确的是（　　）

A．大量分子无规则的热运动能够自动转变为有序运动

B．热传递的自然过程是大量分子从无序运动状态向有序运动状态转化的过程

C．热传递的自然过程是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程

D．一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行

答案　CD

解析　分子热运动是大量分子的无规则运动，系统的一个宏观状态包含着大量的微观状态，这是一个无序的运动，根据熵增加原理，热运动的结果只能使分子热运动更加无序，而不是变得有序．热传递的自然过程从微观上讲就是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程．

4．（熵）下列关于熵的说法中错误的是（　　）

A．熵是系统内分子运动无序性的量度

B．在自然过程中一个孤立系统的熵总是增加或不变的

C．热力学第二定律也叫做熵减小原理

D．熵值越大代表着越无序

答案　C

解析　一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行，这就是热力学第二定律的微观意义．系统的热力学过程就是大量分子向无序程度大的状态变化的过程．自然过程的方向性可以表述为：

在任何自然过程中，一个孤立系统的熵值不会减小，因此热力学第二定律又称为熵增加原理．因此A、B、D说法正确，C说法错误．

题组一　热力学第二定律的基本考查

1．下列说法不正确的是（　　）

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．气体向真空的自由膨胀的过程是有方向性的

解析　如果是自发的过程，热量只能从高温物体传到低温物体，但这并不是说热量不能从低温物体传到高温物体，只是不能自发地进行，在外界条件的帮助下，热量也能从低温物体传到高温物体，选项A、C正确，B错误；

气体向真空的自由膨胀的过程也是不可逆的，具有方向性，选项D正确，故选B项．

2．关于热机的效率，下列说法正确的是（　　）

A．有可能达到80%B．有可能达到100%

C．有可能超过80%D．有可能超过100%

解析　由热力学第二定律可知，不可能从单一热源吸热并把它全部用来做功，而不产生其他影响，所以热机的效率永远也达不到100%.

3．下列过程中可能发生的是（　　）

A．某种物质从高温热源吸收20kJ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，使低温物体温度更低，高温物体的温度更高

D．将两瓶不同液体混合，然后它们又自发地各自分开

解析　根据热力学第二定律，热量不可能从低温物体自发地传递给高温物体，而不引起其他的影响，但通过一些物理手段是可以实现的，故C项正确；

要使内能全部转化为机械能必定要引起其他变化，故A项错；

气体膨胀具有方向性，故B项错；

扩散现象也有方向性，故D项错．

4．下列说法中正确的是（　　）

A．功可以完全转化为热量，而热量不可以完全转化为功

B．热机必须具有两个热库，才能实现热功转化

C．热机的效率不可能大于1，但可能等于1

D．热机的效率必定小于1

答案　D

解析　本题要求全面领会开尔文表述的含义，同时注意语言逻辑性．开尔文表述没有排除热量可以完全转化为功，但必然要产生其他影响，比如气体等温膨胀过程，气体内能完全转化为功，但气体体积增大了，A错误；

开尔文表述指出，热机不可能只有单一热库，但未必就是两个热库，可以具有两个以上热库，B错误；

由η＝可知，热机效率必定小于1，故C错误，D正确．

5．用两种不同的金属丝组成一个回路，接触点1插在热水中，接触点2插在冷水中，如图1所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象．关于这一现象，正确的说法是（　　）

图1

A．这一实验过程不违反热力学第二定律

B．在实验过程中，热水一定降温、冷水一定升温

C．在实验过程中，热水内能全部转化成电能，电能则部分转化成冷水的内能

D．在实验过程中，热水的内能只有部分转化成电能，电能则全部转化成冷水的内能

答案　AB

解析　温差发电现象中产生了电能是因为热水中的内能减少，一部分转化为电能，一部分传递给冷水，转化效率低于100%，不违反热力学第二定律，热水温度降低，冷水温度升高，故选项A、B正确，C、D错误．

题组二　两个热力学定律的比较、应用

6．关于热力学定律，下列说法正确的是（　　）

A．第二类永动机违背能量守恒定律

B．物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功

C．吸收了热量的物体，其内能一定增加

D．压缩气体总