新人教版高中物理选修33 热力学第二定律Word文档下载推荐.docx

新人教版高中物理选修33 热力学第二定律Word文档下载推荐.docx

《新人教版高中物理选修33 热力学第二定律Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新人教版高中物理选修33 热力学第二定律Word文档下载推荐.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

A．机械能全部变成内能是不可能的

B．第二类永动机不可能制造成功的原因是：

能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体转移到另一个物体，或从一种形式转化成另一种形式

C．根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体

D．从单一热库吸收的热量全部变成功是可能的

解析：

选D　由热力学第二定律可知，C错误；

可以从单一热库吸收热量全部变成功，但必定会引起其他影响，D正确；

机械能可通过克服摩擦全部转化为内能，A错误；

第二类永动机没有违背能量守恒定律，而是违背了热力学第二定律，因而不能制成，B错误。

1.在热力学第二定律的表述中，“自发地”、“不可能”、“不产生其他影响”的含义

（1）“自发地”是指热量从高温物体“自发地”传给低温物体的方向性。

在传递过程中不会对其他物体产生影响或不需借助其他物体提供能量等。

（2）关于“不可能”：

实际上热机或制冷机系统循环终了时，除了从单一热库吸收热量对外做功，以及热量从低温热库传到高温热库以外，过程所产生的其他一切影响，不论用任何曲折复杂的办法都不可能加以消除。

（3）“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响，如吸热、放热、做功等。

2．热力学第二定律的实质

热力学第二定律的每一种表述，都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。

3．热力学第二定律的又一种表述

第二类永动机不可能制成。

所谓第二类永动机是指从单一热库吸收热量并使之完全转化为功而不产生其他影响的机器。

由于内能不会自发地完全转化为机械能，而不产生其他影响，因此第二类永动机是不可能制成的。

4．热机

（1）热机：

把内能转化成机械能的一种装置。

如蒸汽机把水蒸气的内能转化为机械能；

内燃机是把燃烧后的高温高压气体的内能转化为机械能。

（2）热机的工作原理

工作物质从热库吸收热量Q1，推动活塞做功W，然后排出废气，同时把热量Q2散发到冷凝器或大气中。

根据能量守恒有Q1＝W＋Q2。

（3）热机的效率

热机做的功W与它从热库中吸收的热量Q1的比值叫作热机的效率，用η表示，有η＝。

因为Q1＝W＋Q2，所以Q1>

W，η<

1。

这说明热机不可能把吸收的热能全部转化为机械能，总有一部分要散失到冷凝器或大气中。

（4）特别提示

①热机必须有热库和冷凝器；

②热机不能把它得到的全部内能转化为机械能；

③因热机工作时，总要向冷凝器散热，不可避免地要释放一部分热量Q2，所以总有Q1>

W；

④热机的效率不可能达到100%，即使是理想热机，没有摩擦，也没有漏气等能量损失，它也不可能把吸收的热量百分之百地转化为机械能，总要有一部分热量散发到冷凝器或大气中。

[典型例题]

例1.如图所示汽缸内盛有一定量的理想气体，汽缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与汽缸壁接触光滑，但不漏气，现将活塞杆缓慢向右拉动，这样气体将等温膨胀并对外做功。

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．气体是从单一热库吸热，全部用来对外做功，此过程违背热力学第二定律

B．气体是从单一热库吸热，但并未全部用来对外做功，此过程不违背热力学第二定律

C．气体是从单一热库吸热，全部用来对外做功，此过程不违背热力学第二定律

D．气体不是从单一热库吸热，且并未全部用来对外做功，所以此过程不违背热力学第二定律

[解析]　由于气体始终通过汽缸与外界接触，外界温度不变，活塞缓慢向右移动过程中，有足够时间进行热交换，气体等温膨胀，所以汽缸内的气体温度不变，内能也不变，该过程气体从单一热库即外部环境吸收热量，全部用来对外做功才能保证内能不变，B、D错误；

此过程引起了其他变化，如有外力控制着活塞缓慢地移动，而非自动进行的，有“第三方”参与，不违背热力学第二定律，A错误，C正确。

[答案]　C

[点评]

1．本题中汽缸内气体从外界吸收了热量，但气体的温度不变，内能也不变，故吸收的热量全部用来做功。

2．此过程只有在外力拉动活塞做功的情况下才可能发生，由此可见，如果没有外力对活塞做功，气体吸收的热量不可能全部用来做功，此过程并不违背热力学第二定律。

[即时巩固]

1．[多选]下列说法中正确的是（　　）

A．一切涉及热现象的宏观自然过程都具有方向性

B．一切不违背能量守恒与转化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涉及热现象的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

选AC　由热力学第二定律知，一切涉及热现象的宏观自然过程都是具有方向性的，A正确；

第二类永动机不违背能量守恒定律，但是不能实现，B错误；

在热传递过程中，能量可以自发地从高温物体传到低温物体，但其逆过程不可能自发地进行，C正确，D错误。

1.热力学第一定律与热力学第二定律的比较

　　定律

项目　　

热力学第一定律

热力学第二定律

区别

热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的体现，否定了创造能量和消灭能量的可能性

热力学第二定律是关于在自然界中一切和热现象有关的宏观过程都具有方向性的经验总结

联系

两定律都是热力学基本定律，分别从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律。

二者相互独立，又相互补充，都是热力学的理论基础

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（或只有一个热库，实现内能与机械能的转化）。

例2.关于永动机和热力学定律的说法，下列叙述正确的是（　　）

A．第二类永动机违背能量守恒定律

B．如果物体从外界吸收了热量，则物体的内能一定增加

C．外界对物体做功，则物体的内能一定增加

D．做功和热传递都可以改变物体的内能，但从能量转化或转移的观点来看，这两种改变方式是有区别的

[解析]　第二类永动机违背了热力学第二定律，并不违背能量守恒定律，故A错误；

据热力学第一定律ΔU＝Q＋W知，内能的变化由做功和热传递两个方面共同决定，只知道做功情况或只知道传热情况无法确定内能的变化情况，故B、C错误；

做功和热传递都可改变物体内能，但做功是不同形式能的转化，而热传递是同种形式能的转移，这两种方式是有区别的，故D正确。

[答案]　D

[点评]　热力学第一定律和热力学第二定律的应用技巧

1．应用热力学第一定律，一定要考虑改变物体内能的两种方式，只有做功和热传递两方面都确定，才能确定物体内能的变化。

2．热力学第二定律的应用，关键是对热现象宏观过程的方向性的理解，要抓住“自发”和“不引起其他变化”等所表述的物理意义。

2．[多选]下列有关能量转化的说法中错误的是（　　）

A．不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他的变化

B．只要把内燃机不断改进，就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能

C．满足能量守恒定律的物理过程都能自发地进行

D．外界对物体做功，物体的内能必然增加

选BCD　由热力学第二定律的开尔文表述可知，A正确；

热机效率总低于100%，B错误；

满足能量守恒定律的过程未必能自发进行，任何能自发进行的过程一定满足热力学第二定律，C错误；

由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，W>

0，ΔU不一定大于0，即内能不一定增加，D错误。

1．[多选]根据热力学第二定律可知，下列说法中正确的有（　　）

A．热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体

B．热量能够从高温物体传到低温物体，也可能从低温物体传到高温物体

C．功可以全部变成热量，但热量不可能全部变成功

D．功可以全部变成热量，热量也可能全部变成功

选BD　根据热传递的规律可知，热量能够自发地从高温物体传到低温物体；

当外界对系统做功时，可以使系统从低温物体吸取热量传到高温物体上去，制冷机（如冰箱）就是这样的装置，但是热量不能自发地从低温物体传到高温物体，选项A错误，B正确；

一个运动的物体，克服摩擦阻力做功，最终停止，在这个过程中功全部变成热量；

外界条件发生变化时，热量也可以全部变成功，如在等温膨胀过程中，系统吸收的热量全部变成对外界做的功，选项C错误，D正确。

2．热力学定律表明自然界中进行的热现象的宏观过程（　　）

A．有的只遵守热力学第一定律

B．有的只遵守热力学第二定律

C．有的既不遵守热力学第一定律，也不遵守热力学第二定律

D．所有的都遵守热力学第一、第二定律

选D　热力学第一、第二定律是热力学的基本定律，对所有涉及热现象的宏观过程都成立，D正确，A、B、C错误。

3．[多选]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

选AD　由热机的定义可知，A正确，B错误；

内燃机工作时内能的损失有多种途径，所以内燃机不可能把燃料燃烧释放的内能全部转化为机械能，D正确，C错误。

4．[多选]关于热力学第二定律，下列说法正确的是（　　）

A．热量能够自发地从高温物体传到低温物体

B．不可能使热量从低温物体传向高温物体

C．从单一热库吸收热量，可以使之完全变成功

D．气体向真空自由膨胀的过程是不可逆过程

选ACD　根据热力学第二定律知，热量能够自发地从高温物体传到低温物体，故A正确；

在外界的影响下，能使热量从低温物体传向高温物体，如空调制冷时，故B错误；

根据热力学第二定律：

不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响，可知在外界的作用下，从单一热库吸收热量，可以使之完全变成功，故C正确；

所有涉及热现象的宏观过程都有方向性，则知气体向真空自由膨胀的过程是不可逆过程，故D正确。

5．以下是制冷机的工作原理图，试分析每个过程中工作物质的内能改变情况和引起改变的物理过程。

→→

（1）　　　　　　

（2）　　　　　　（3）

（1）过程中活塞压缩气态工作物质做功，内能增加。

（2）过程中气态工作物质液化要放热，内能减小。

（3）过程中液态工作物质汽化，要吸收热量，内能增加。

答案：

见解析

[基础练]

一、选择题

1．[多选]根据热力学定律，下列说法中正确的是（　　）

A．电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递

B．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量

C．科技的进步可以使内燃机成为单一热库的热机

D．对能源的消耗会使自然界的能量不断减少

选AB　要想将热量从低温物体向高温物体传递，必须要由外界对其做功才可以完成，A、B选项均是这样的应用实例，A、B正确；

内燃机将燃料的化学能转化为内能再转化为机械能，不可能成为单一热库的热机，C选项违背了热力学第二定律，C错误；

由能量守恒定律可知，能源的消耗不会使自然界的能量减少，D错误。

2．关于热现象和热力学定律，下列说法中正确的是（　　）

A．随着技术的发展，可以实现热机效率100%

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，故能做成

D．用活塞压缩汽缸里的空气，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

选D　由热力学第二定律知，B、C错误；

热机的效率不可能达到100%，A错误；

由热力学第一定律ΔU＝W＋Q知，D正确。

3．下列过程中，可能发生的是（　　）

A．某工作物质从高温热库吸收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，高温物体温度更高

D．两瓶不同液体自发混合，然后又自发地各自分开

选C　根据热力学第二定律，热量不可能从低温物体自发地传给高温物体，而不引起其他的变化，但通过一定条件是可以实现的，C正确；

内能自发地全部转化为机械能是不可能的，A错误；

气体膨胀具有方向性，B错误；

扩散现象也有方向性，D错误。

4.如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片。

轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动，离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动。

A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量

B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身

C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高

D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量

选D　根据热力学第二定律，A、B错误；

叶片吸收热水中的热量一部分转化为叶片转动的机械能，一部分散失在空气中，水温不会升高，C错误，D正确。

5．[多选]根据热力学第二定律，下列判断正确的是（　　）

A．电能不可能全部变为内能

B．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变成电能

C．热机中，燃气内能不可能全部变成机械能

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

选BCD　根据热力学第二定律知，凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，由焦耳定律可知，电能可全部变成内能，而内能不可能全部变成电能，而不产生其他影响，A错误，B正确；

机械能可全部变成内能，而内能不可能全部变成机械能，C正确；

在热传导中，热量只能自发地从高温物体传递给低温物体，而不能自发地从低温物体传递给高温物体，D正确。

二、非选择题

6．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，如图所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象。

这一实验是否违背热力学第二定律？

热水和冷水的温度是否会发生变化？

简述这一过程中能的转化情况。

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，不违背热力学第二定律。

不违背　热水温度降低，冷水温度升高。

热水的内能一部分转化为电能，一部分传递给冷水。

[提能练]

1．[多选]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

B．可以从单一热库吸收热量，使之完全变为功

C．在一定条件下可以使热量从低温物体传向高温物体

D．功转变为热的实际宏观过程是可逆过程

选BC　内能的改变可以通过做功或热传递进行，A错误；

在引起其他变化的情况下，可以从单一热库吸收热量，将其全部变为功，B正确；

在引起其他变化的情况下，可以使热量从低温物体传向高温物体，C正确；

涉及热现象的宏观过程都具有方向性，D错误。

2．[多选]下列说法中正确的是（　　）

A．随着科学技术的发展，制冷机的制冷温度可以降到－280℃

B．热量可以从低温物体传到高温物体

C．无论科技怎样发展，第二类永动机都不可能实现

D．无论科技怎样发展，都无法判断一物体的温度升高是通过做功还是热传递实现的

选BCD　热力学温度与分子的平均动能成正比，分子热运动的平均动能不可能为零，制冷机的制冷温度不可能降到－273.15℃，故A错误；

在一定条件下，热量可以从低温物体传到高温物体，故B正确；

不可能从单一热库吸热使之完全变成功而不产生其他影响，即第二类永动机永远不可能实现，故C正确；

做功和热传递都可以改变物体的内能，无论科技怎样发展，都无法判断一物体的温度升高是通过做功还是热传递实现的，故D正确。

3．[多选]如图所示为电冰箱的工作原理示意图，压缩机工作时，强迫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。

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背热力学第一定律

D．电冰箱的工作原理违背热力学第一定律

选BC　热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律，是能的转化和守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，C正确，D错误；

再根据热力学第二定律，为使热量从低温物体传到高温物体，必须借助于其他系统做功，A错误，B正确。

4．下列关于热现象的描述正确的是（　　）

A．根据热力学定律，热机的效率可以达到100%

B．做功和热传递都是通过能量转化的方式改变系统内能的

C．温度是描述分子热运动的物理量，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同

D．物体由大量分子组成，某单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动也是无规律的

选C　根据热力学第二定律可知，热机的效率不可能达到100%，A错误；

做功是通过能量转化改变系统内能的，而热传递是通过内能的转移改变系统内能的，B错误；

根据热力学定律，温度相同是达到热平衡的标准，C正确；

单个分子的运动是无规则的，但大量分子的运动具有统计规律，D错误。

5．热力学第二定律常见的表述有以下两种：

第一种表述：

热量不能自发地从低温物体传到高温物体；

第二种表述：

不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化。

图甲是根据热力学第二定律的第一种表述画出的示意图；

外界对制冷机做功，使热量从低温物体传递到高温物

体。

请你根据第二种表述完成示意图乙。

根据你的理解，热力学第二定律的实质是什么？

从低温物体向高温物体传递热量是通过制冷机的工作物质来完成的，所以外界对制冷机做功；

反过来，从高温物体向低温物体传递热量，热机应对外界做功，如图所示。

由此可知，热力学第二定律的实质是，一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性。

见解析图　一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性。