人教版高中物理选修33第十章热力学定律讲义 学案4文档格式.docx

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（1）克劳修斯表述指明热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助，其物理本质是揭示了热传递过程是不可逆（填“可逆”或“不可逆”）的．

（2）开尔文表述中的“单一热库”指温度恒定且均匀的热库．“不产生其他影响”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．其物质实质揭示了热变功过程是不可逆的．

（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．

[延伸思考]

热传导的方向性能否简单理解为“热量不会从低温物体传给高温物体”？

答案　不能．

二、两个热力学定律的比较与应用

[问题设计]

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，实现内能与机械能的转化）．

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．

一、热力学第二定律的基本考查

例1

　关于热力学第二定律，下列说法正确的是（　　）

A．热力学第二定律是通过实验总结出来的实验定律

B．热力学第二定律是通过大量自然现象的不可逆性总结出来的经验定律

C．热力学第二定律是物理学家从理论推导出来的结果

D．热力学第二定律没有理论和实验的依据，因此没有实际意义

解析　热力学第二定律是物理学家通过对大量自然现象的分析，又总结了生产和生活经验得到的结论，是一个经验定律，它并不能通过理论和实验来证明，但它符合客观事实，因此是正确的．它揭示了热现象宏观过程的方向性，使人们认识到第二类永动机不可能制成，对我们认识自然和利用自然有着重要的指导意义．

答案　B

例2

　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中，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，而内能要全部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、热力学第一定律和热力学第二定律

例3

　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．

例4

　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

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，这也就说明了这些过程中的一些，其逆过程在某些条件下是可以发生的，但也有的是不可能发生的．

2．（热力学第二定律的应用）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，是因为违背了能量守恒定律

D．电冰箱虽然可以从低温物体吸收热量，但不违反热力学第二定律

答案　D

解析　根据热力学第二定律，热量不能自发地由低温物体传递到高温物体，在发生其他变化的前提下，热量可以由低温物体传递到高温物体，例如电冰箱制冷时，压缩机工作，消耗了电能，同时热量由冰箱内的低温物体传递到冰箱外的高温物体，所以选项A错误；

外界对物体做功的同时，物体可能放热，物体的内能不一定增加，所以选项B错误；

第二类永动机不可能制成，并不违背能量守恒定律，但它违背了热力学第二定律中热机效率必小于1的表述，因此它不可能制成，所以选项C错误；

电冰箱虽然从低温物体吸收了热量，但产生了其他影响，消耗了电能，选项D正确．

3．（热力学定律的应用）关于热现象和热学规律，下列说法中正确的是（　　）

A．随着低温技术的发展，我们可以使温度逐渐降低，并最终达到绝对零度

B．热量是不可能从低温物体传递给高温物体的

C．第二类永动机遵从能量守恒定律，故能制成

D．用活塞压缩气缸里的空气，对空气做功2.0×

105J，同时空气向外界放出热量1.5×

105J，则空气的内能增加了0.5×

105J

4．（热力学定律的应用）下列说法中正确的是（　　）

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

答案　ACD

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．

热力学第二定律

题组一　热力学第二定律的基本考查

1．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对，B错；

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对．

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

答案　C

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；

内能转化为机械能不可能自发地进行，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

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，只要Q2≠0，η≠1，如果Q2＝0，则低温热库不存在，违背了开尔文表述，故C错误，D正确．

5．如图1中气缸内盛有一定质量的理想气体，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，现将活塞杆缓慢向右移动，这样气体将等温膨胀并通过活塞对外做功．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（　　）

图1

A．气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，此过程违反热力学第二定律

B．气体是从单一热源吸热，但并未全部用来对外做功，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，此过程不违反热力学第二定律

D．以上三种说法都不对

解析　由于气缸壁是导热的，外界温度不变，活塞杆与外界连接并使其缓慢地向右移动过程中，有足够时间进行热交换，所以气缸内的气体温度也不变，要保持其内能不变，该过程气体是从单一热源即外部环境吸收热量，即全部用来对外做功才能保证内能不变，但此过程不违反热力学第二定律．此过程由外力对活塞做功来维持，如果没有外力对活塞做功，此过程不可能发生．

6．我们绝不会看到：

一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来．其原因是（　　）

B．在任何条件下内能不可能转化成机械能，只有机械能才能转化成内能

C．机械能和内能的转化过程具有方向性，内能转化成机械能是有条件的

D．以上说法均不正确

解析　不同形式的能量可以相互转化，机械能可以转化为内能，在一定的条件下，内能也能转化为机械能，能量的转化都是通过做功来实现的．

7．用两种不同的金属丝组成一个回路，接触