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物理选择性必修 第三册第三章 热力学定律第三节 热力学第二定律课文内容课件ppt
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这是一份物理选择性必修 第三册第三章 热力学定律第三节 热力学第二定律课文内容课件ppt，共42页。
知识点一 能量守恒定律1．内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变．2．意义．(1)各种形式的能可以相互转化．(2)各种互不相关的物理现象可以用能量守恒定律联系在一起．
知识点二 第一类永动机不可能制成1．第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器．2．第一类永动机不可能制成的原因：违背能量守恒定律．3．意义：正是历史上设计永动机的失败，才使后人的思考走上了正确的道路．知识点三 自然过程自发进行的方向性1．热传导的方向性．两个温度不同的物体互相接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，但不会自发地从低温物体传给高温物体．这说明：热传导过程是有方向的．
2．机械能和内能转化过程的方向性．(1)机械能和内能转化过程具有方向性，即机械能全部转化为内能的过程是可以自发进行的，内能全部转化为机械能的过程，是不能自发进行的，要将内能全部转化为机械能，必然会引起其他影响．(2)第二类永动机．从单一热源吸热全部用来做功，而不引起其他变化的热机．3．扩散的方向性．两种不用的气体可以自发地混合，最后成为一种均匀的混合气体．相反，一种均匀的混合气体却不会自发地分开成为两种气体．
知识点四 热力学第二定律的表述1．第一种表述(克劳修斯表述)：热量不能自发地从低温物体传递到高温物体．(按照热传导的方向性来表述的)2．第二种表述(开尔文表述)：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．(按照机械能与内能转化过程的方向性来表述的)热力学第二定律的这两种表述是等价的．热现象的宏观过程都具有方向性．3．自然界中一切与热现象有关的自然过程都具有方向性．
小试身手1.(多选)细绳一端固定在天花板上，另一端拴一质量为m的小球，如图所示．使小球在竖直平面内摆动，经过一段时间后，小球停止摆动．下列说法中正确的是( )A．小球机械能不守恒B．小球能量正在消失C．小球摆动过程中，只有动能和重力势能在相互转化D．总能量守恒，但小球的机械能减少
AD 解析：小球在竖直平面内摆动，经过一段时间后，小球停止摆动，说明机械能通过克服阻力做功不断地转化为内能，即机械能不守恒，故A正确；小球的机械能转化为内能，能量的种类变了，但能
量不会消失，故B错误；小球长时间摆动过程中，重力势能和动能相互转化的同时，机械能不断地转化为内能，故摆动的幅度越来越小，但总能量守恒，故C错误．D正确．
2．第一类永动机是不可能制成的，这是因为 ( )A．它不符合机械能守恒定律B．它违背了能的转化和守恒定律C．它做功产生的热不符合热功当量D．暂时找不到合理的设计方案和理想材料
B 解析：第一类永动机不可能制成的原因是违背了能的转化和守恒定律，故B正确．
3．下列说法正确的是( )A．热传导的过程是有方向性的B．根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传给高温物体C．机械能全部变成内能是不可能的D．热力学第二定律表明，所有物理过程都具有方向性
A 解析：根据热力学第二定律和实验事实都可以说明，热传导的过程是有方向性的，热量可以从高温物体自发地传给低温物体，却不能自发地从低温物体传给高温物体，选项A正确；如果借助外界的帮助，热量是可以从低温物体传给高温物体的，但肯定引起其他的变化，比如电冰箱制冷时需要消耗电能，选项B错误；机械能可以全部转变成内能，而内能却不能全部转变成机械能，选项C错误．热力学
第二定律指出了所有大量分子参与的宏观过程具有方向性，即涉及热现象的宏观过程具有方向性，但并不是指所有的物理过程都具有方向性，选项D错误．
探究一 能量守恒定律的理解和应用1．能量的存在形式及相互转化．(1)各种运动形式都有对应的能：机械运动的物体有机械能，分子的热运动有内能，还有电磁能、化学能、原子能等．(2)各种形式的能可以相互转化．例如，利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧时，化学能转化为内能；列车刹车时轮子温度升高，机械能转化为内能．2．与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的．例如，物体的机械能守恒，必须是只有重力或系统内的弹力做功；而能量守恒定律是没有条件的，它是一切自然现象都遵守的基本规律．
3．能量守恒定律中的“转化”和“转移”．(1)某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等．(2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等．4．第一类永动机失败的原因分析．如果没有外界热源供给热，则有U2－U1＝W，就是说，如果系统内能减少，即U2Q D．ΔE＝0
B 解析：抽去隔板，加热气体，使两部分气体均匀分布，其重心升高，重力势能增加，由能量守恒定律知，增加的重力势能由内能转化而来，所以内能的增量小于吸收的热量，故选项B正确．
利用能量守恒定律解决问题时，首先应明确题目中涉及哪几种形式的能量，其次分析哪种能量增加了，哪种能量减少了，确定研究的系统后，用能量守恒的观点求解．
1．(多选)下列关于第一类永动机的说法正确的是 ( )A．第一类永动机是不消耗任何能量却可源源不断地对外做功的机器B．第一类永动机不能制成的原因是违背了热力学第一定律C．第一类永动机不能制成的原因是技术问题D．第一类永动机不能制成的原因是违背了能量守恒定律
AD 解析：第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器，这是人们的美好愿望，但它违背了能量守恒定律，这也是它不能制成的原因，故A、D正确．
2．(多选)行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下；流星在夜空中坠落并发出明亮的火焰；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流．上述不同现象中所包含的相同的物理过程是( )A．物体克服阻力做功B．物体的动能转化为其他形式的能量C．物体的势能化为其他形式的能量D．物体的机械能转化为其他形式的能量
AD 解析：题干四个现象中物体的运动过程都受到阻力作用，汽车主要是制动阻力，流星、降落伞是空气阻力，条形磁铁下落主要是受到磁场阻力，因而物体能克服阻力做功，故A正确；四个运动过程中，汽车是动能转化成了其他形式的能，流星、降落伞、条形磁铁是重力势能转化成其他形式的能，总之是机械能转化为其他形式的能，故D正确，B、C错误．
3．如图所示，容器A、B各有一个可以自由移动的轻活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压恒定．A、B的底部由带阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热，原先A中水面比B中的高，打开阀门，使A中的水逐渐向B中流动，最后达到平衡，在这个过程中( )
A．大气压对水不做功，水的内能减少B．水克服大气压做功，水的内能减少C．大气压对水不做功，水的内能不变D．大气压对水不做功，水的内能增加
D 解析：打开阀门K，使A中的水逐渐流向B中，最后水面持平，A中水面下降hA，B中水面上升hB，相当于A中SAhA体积的水移到B中，且SAhA＝SBhB，这部分水的重心降低，重力对水做正功，重力势能减小了．大气压力做功情况是大气压对A容器中的水做正功，对B容器中的水做负功，所以，大气压力对水做的总功为p0SAhA－p0SBhB，由于SAhA＝SBhB，所以大气压对水做的总功为零，又由于系统绝热，与外界没有热交换，只有重力做功，重力势能转化为内能，故选项D正确．
探究二 热力学第二定律的理解和应用1．对热力学第二定律的理解．(1)“自发地”：指热量从高温物体“自发地”传给低温物体的方向性．在传热过程中不会对其他物体产生影响，或借助其他物体提供能量等．(2)“不产生其他影响”：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．(3)“单一热库”：指温度均匀并且恒定不变的系统．若一系统各部分温度不相同或者温度不稳定，则构成机器的工作物质可以在不同温度的两部分之间工作，从而可以对外做功．据报道，有些国家已在研究利用表层海水与深层海水的温差来发电．
(4)“不可能”：实际上热机系统循环终了时，除了从单一热库吸收热量对外做功，以及热量从高温热库传到低温热库以外，过程中所产生的其他一切影响，不论用任何的办法都不可能加以消除．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．热力学过程方向性实例．
4．热力学第二定律的其他描述．(1)一切宏观自然过程的进行都具有方向性．(2)气体向真空的自由膨胀是不可逆的．
【典例2】 (多选)下列现象不可能发生的是( )A．在一与外界绝热的房间内，将一台正在工作的电冰箱的门打开，能使该房间降温B．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化为机械能C．一个在粗糙的水平地面上运动的物体最终要停下来，物体的动能全部转化为内能D．在热传导中，热量可以自发地从高温物体传向低温物体
AB 解析：在一与外界绝热的房间内，将一台正在工作的电冰箱的门打开，消耗了电能，产生了焦耳热，所以房间温度不仅不能降低还会升高，故A不可能发生；蒸汽机不可能把蒸汽的内能全部转化为机械能，转化过程中必然存在能量耗散，故B不可能发生；一个在粗糙的水平地面上运动的物体最终要停下来，物体的动能全部转化为内能，C可能发生；在热传导中，热量可以自发地从高温物体传向低温物体，D可能发生．
对热力学第二定律理解的两个误区(1)误认为热量只能由高温物体传到低温物体，不能由低温物体传到高温物体．热量可以由高温物体传到低温物体，也可以由低温物体传到高温物体；但是，前者可以自发完成，而后者则必须有外界参与．(2)误认为机械能可以完全转化为内能，而内能不能完全转化为机械能．机械能可以完全转化为内能，内能也可以完全转化为机械能；但是，前者可以不产生其他影响，而后者一定会产生其他影响．
4．(多选)下列哪些过程具有方向性( )A．热传导过程B．动能向势能的转化过程C．气体的扩散过程D．气体向真空中的膨胀过程
ACD 解析：热传递、气体的扩散和气体在真空中的膨胀都是与热现象有关的宏观自然过程，由热力学第二定律可知，它们都是不可逆的，具有方向性，故选项A、C、D正确；动能向势能的转化与热现象无关，是可逆的，不具有方向性，故选项B错误．
5．下列关于热现象的描述正确的是 ( )A．满足能量守恒定律的宏观过程都可以自发进行B．做功和热传递都通过能量转化的方式改变系统内能C．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D．温度不同的两块金属接触，达到热平衡后，它们具有的相同的物理量是热量
C 解析：满足能量守恒定律的宏观过程不一定都可以自发进行，例如热量由低温物体向高温物体的传递，选项A错误；做功是通过能量转化的方式改变系统内能，而热传递是通过能量的转移来改变物体的内能的，选项B错误；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，选项C正确；温度不同的两块金属接触，达到热平衡后，它们具有的相同的物理量是温度，选项D错误．
6．(多选)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．热量的传递过程不具有方向性D．在自发地条件下热量的传递过程具有方向性
BD 解析：电冰箱正常工作时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部空气，但必须耗电，说明在一定条件下，热量可以从低温物体传给高温物体，故A错误，B正确；关闭电源后，热量就不可能从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气，说明在自发的条件下热量的传递过程具有方向性，故C错误，D正确．
探究三 两个定律和两类永动机的比较1．热力学第一定律与热力学第二定律的区别与联系．
2.第二类永动机．(1)第二类永动机：只从单一热库吸收热量，使之完全变为功而不引起其他变化的热机．(2)第二类永动机不可能制成的原因：虽然第二类永动机不违反能量守恒定律，但大量的事实证明，在任何情况下，热机都不可能只有一个热库，热机要不断地把吸取的热量变为有用的功，就不可避免地将一部分热量传给低温热库．
3．两类永动机的比较．
【典例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
B 解析：热力学第一定律揭示了内能与其他形式能量之间的转化关系，是能量守恒定律在热力学中的具体体现，热力学第二定律则进一步阐明了内能与其他形式能量转化时的方向性，二者表述的角度不同，本质不同，相互补充，并不矛盾，故C、D错误，B正确；内能在一定条件下可以全部转化为机械能，热量也可以由低温物体传递到高温物体，但是要引起其他变化，如电冰箱制冷机工作要消耗电能，故A错误．
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．
7．(多选)下列说法正确的有 ( )A．第二类永动机和第一类永动机一样，都违背了能量守恒定律B．第二类永动机违背了能量转化的方向性C．自然界中的能量是守恒的，所以不用节约能源D．自然界中的能量尽管是守恒的，但有的能量便于利用，有的不便于利用，故要节约能源
BD 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能量转化的方向性，故A项错误，B项正确；虽然自然界中能量守恒，但能源的品质不同，有的便于利用，有的不便于利用，为了便于有效地利用能源，仍要节约能源，故C错误，D正确．
8．(多选)关于两类永动机和热力学两大定律，下列说法正确的是 ( )A．热力学第一定律和热力学第二定律是相互独立的B．热力学第二定律的两种表述是等效的C．由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能D．由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热库吸收热量，完全变成功也是可能的
ABD 解析：热力学第二定律有几种不同的表述形式，但它们是等效的，它与热力学第一定律是各自独立的，故A、B正确；由热力学第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝W＋Q可以等于0，C错误；由热力学第二定律可知D中现象是可能的，但不引起其他变化是不可能的，D正确．
探究四 熵——无序程度的量变1．有序与无序．所谓有序，是指事物内部的要素或事物之间有规则的联系和运动转化；无序是指事物内部各种要素或事物之间混乱而无规则的组合和运动变化．2．热力学第二定律的微观本质．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．3．熵和熵增加原理．(1)定义．在物理学中，用来量度系统无序程度的物理量叫作熵．
(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小，如果过程可逆，则熵不变；如果过程不可逆，则熵增加．①每一个不可逆过程都会导致熵的增加．②从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律：一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序程度更大的方向发展．
【典例4】 下面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作熵减小原理D．熵值越大代表着越无序
C 解析：一切自然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正确，C错误．
9．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．传热的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C．传热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．一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行
C 解析：分子热运动是大量分子的无规则运动，系统的一个宏观过程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，而不是变成了有序，传热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，故C正确．
知识点一 能量守恒定律1．内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变．2．意义．(1)各种形式的能可以相互转化．(2)各种互不相关的物理现象可以用能量守恒定律联系在一起．
知识点二 第一类永动机不可能制成1．第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器．2．第一类永动机不可能制成的原因：违背能量守恒定律．3．意义：正是历史上设计永动机的失败，才使后人的思考走上了正确的道路．知识点三 自然过程自发进行的方向性1．热传导的方向性．两个温度不同的物体互相接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，但不会自发地从低温物体传给高温物体．这说明：热传导过程是有方向的．
2．机械能和内能转化过程的方向性．(1)机械能和内能转化过程具有方向性，即机械能全部转化为内能的过程是可以自发进行的，内能全部转化为机械能的过程，是不能自发进行的，要将内能全部转化为机械能，必然会引起其他影响．(2)第二类永动机．从单一热源吸热全部用来做功，而不引起其他变化的热机．3．扩散的方向性．两种不用的气体可以自发地混合，最后成为一种均匀的混合气体．相反，一种均匀的混合气体却不会自发地分开成为两种气体．
知识点四 热力学第二定律的表述1．第一种表述(克劳修斯表述)：热量不能自发地从低温物体传递到高温物体．(按照热传导的方向性来表述的)2．第二种表述(开尔文表述)：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．(按照机械能与内能转化过程的方向性来表述的)热力学第二定律的这两种表述是等价的．热现象的宏观过程都具有方向性．3．自然界中一切与热现象有关的自然过程都具有方向性．
小试身手1.(多选)细绳一端固定在天花板上，另一端拴一质量为m的小球，如图所示．使小球在竖直平面内摆动，经过一段时间后，小球停止摆动．下列说法中正确的是( )A．小球机械能不守恒B．小球能量正在消失C．小球摆动过程中，只有动能和重力势能在相互转化D．总能量守恒，但小球的机械能减少
AD 解析：小球在竖直平面内摆动，经过一段时间后，小球停止摆动，说明机械能通过克服阻力做功不断地转化为内能，即机械能不守恒，故A正确；小球的机械能转化为内能，能量的种类变了，但能
量不会消失，故B错误；小球长时间摆动过程中，重力势能和动能相互转化的同时，机械能不断地转化为内能，故摆动的幅度越来越小，但总能量守恒，故C错误．D正确．
2．第一类永动机是不可能制成的，这是因为 ( )A．它不符合机械能守恒定律B．它违背了能的转化和守恒定律C．它做功产生的热不符合热功当量D．暂时找不到合理的设计方案和理想材料
B 解析：第一类永动机不可能制成的原因是违背了能的转化和守恒定律，故B正确．
3．下列说法正确的是( )A．热传导的过程是有方向性的B．根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传给高温物体C．机械能全部变成内能是不可能的D．热力学第二定律表明，所有物理过程都具有方向性
A 解析：根据热力学第二定律和实验事实都可以说明，热传导的过程是有方向性的，热量可以从高温物体自发地传给低温物体，却不能自发地从低温物体传给高温物体，选项A正确；如果借助外界的帮助，热量是可以从低温物体传给高温物体的，但肯定引起其他的变化，比如电冰箱制冷时需要消耗电能，选项B错误；机械能可以全部转变成内能，而内能却不能全部转变成机械能，选项C错误．热力学
第二定律指出了所有大量分子参与的宏观过程具有方向性，即涉及热现象的宏观过程具有方向性，但并不是指所有的物理过程都具有方向性，选项D错误．
探究一 能量守恒定律的理解和应用1．能量的存在形式及相互转化．(1)各种运动形式都有对应的能：机械运动的物体有机械能，分子的热运动有内能，还有电磁能、化学能、原子能等．(2)各种形式的能可以相互转化．例如，利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧时，化学能转化为内能；列车刹车时轮子温度升高，机械能转化为内能．2．与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的．例如，物体的机械能守恒，必须是只有重力或系统内的弹力做功；而能量守恒定律是没有条件的，它是一切自然现象都遵守的基本规律．
3．能量守恒定律中的“转化”和“转移”．(1)某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等．(2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等．4．第一类永动机失败的原因分析．如果没有外界热源供给热，则有U2－U1＝W，就是说，如果系统内能减少，即U2
B 解析：抽去隔板，加热气体，使两部分气体均匀分布，其重心升高，重力势能增加，由能量守恒定律知，增加的重力势能由内能转化而来，所以内能的增量小于吸收的热量，故选项B正确．
利用能量守恒定律解决问题时，首先应明确题目中涉及哪几种形式的能量，其次分析哪种能量增加了，哪种能量减少了，确定研究的系统后，用能量守恒的观点求解．
1．(多选)下列关于第一类永动机的说法正确的是 ( )A．第一类永动机是不消耗任何能量却可源源不断地对外做功的机器B．第一类永动机不能制成的原因是违背了热力学第一定律C．第一类永动机不能制成的原因是技术问题D．第一类永动机不能制成的原因是违背了能量守恒定律
AD 解析：第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器，这是人们的美好愿望，但它违背了能量守恒定律，这也是它不能制成的原因，故A、D正确．
2．(多选)行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下；流星在夜空中坠落并发出明亮的火焰；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流．上述不同现象中所包含的相同的物理过程是( )A．物体克服阻力做功B．物体的动能转化为其他形式的能量C．物体的势能化为其他形式的能量D．物体的机械能转化为其他形式的能量
AD 解析：题干四个现象中物体的运动过程都受到阻力作用，汽车主要是制动阻力，流星、降落伞是空气阻力，条形磁铁下落主要是受到磁场阻力，因而物体能克服阻力做功，故A正确；四个运动过程中，汽车是动能转化成了其他形式的能，流星、降落伞、条形磁铁是重力势能转化成其他形式的能，总之是机械能转化为其他形式的能，故D正确，B、C错误．
3．如图所示，容器A、B各有一个可以自由移动的轻活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压恒定．A、B的底部由带阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热，原先A中水面比B中的高，打开阀门，使A中的水逐渐向B中流动，最后达到平衡，在这个过程中( )
A．大气压对水不做功，水的内能减少B．水克服大气压做功，水的内能减少C．大气压对水不做功，水的内能不变D．大气压对水不做功，水的内能增加
D 解析：打开阀门K，使A中的水逐渐流向B中，最后水面持平，A中水面下降hA，B中水面上升hB，相当于A中SAhA体积的水移到B中，且SAhA＝SBhB，这部分水的重心降低，重力对水做正功，重力势能减小了．大气压力做功情况是大气压对A容器中的水做正功，对B容器中的水做负功，所以，大气压力对水做的总功为p0SAhA－p0SBhB，由于SAhA＝SBhB，所以大气压对水做的总功为零，又由于系统绝热，与外界没有热交换，只有重力做功，重力势能转化为内能，故选项D正确．
探究二 热力学第二定律的理解和应用1．对热力学第二定律的理解．(1)“自发地”：指热量从高温物体“自发地”传给低温物体的方向性．在传热过程中不会对其他物体产生影响，或借助其他物体提供能量等．(2)“不产生其他影响”：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．(3)“单一热库”：指温度均匀并且恒定不变的系统．若一系统各部分温度不相同或者温度不稳定，则构成机器的工作物质可以在不同温度的两部分之间工作，从而可以对外做功．据报道，有些国家已在研究利用表层海水与深层海水的温差来发电．
(4)“不可能”：实际上热机系统循环终了时，除了从单一热库吸收热量对外做功，以及热量从高温热库传到低温热库以外，过程中所产生的其他一切影响，不论用任何的办法都不可能加以消除．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．热力学过程方向性实例．
4．热力学第二定律的其他描述．(1)一切宏观自然过程的进行都具有方向性．(2)气体向真空的自由膨胀是不可逆的．
【典例2】 (多选)下列现象不可能发生的是( )A．在一与外界绝热的房间内，将一台正在工作的电冰箱的门打开，能使该房间降温B．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化为机械能C．一个在粗糙的水平地面上运动的物体最终要停下来，物体的动能全部转化为内能D．在热传导中，热量可以自发地从高温物体传向低温物体
AB 解析：在一与外界绝热的房间内，将一台正在工作的电冰箱的门打开，消耗了电能，产生了焦耳热，所以房间温度不仅不能降低还会升高，故A不可能发生；蒸汽机不可能把蒸汽的内能全部转化为机械能，转化过程中必然存在能量耗散，故B不可能发生；一个在粗糙的水平地面上运动的物体最终要停下来，物体的动能全部转化为内能，C可能发生；在热传导中，热量可以自发地从高温物体传向低温物体，D可能发生．
对热力学第二定律理解的两个误区(1)误认为热量只能由高温物体传到低温物体，不能由低温物体传到高温物体．热量可以由高温物体传到低温物体，也可以由低温物体传到高温物体；但是，前者可以自发完成，而后者则必须有外界参与．(2)误认为机械能可以完全转化为内能，而内能不能完全转化为机械能．机械能可以完全转化为内能，内能也可以完全转化为机械能；但是，前者可以不产生其他影响，而后者一定会产生其他影响．
4．(多选)下列哪些过程具有方向性( )A．热传导过程B．动能向势能的转化过程C．气体的扩散过程D．气体向真空中的膨胀过程
ACD 解析：热传递、气体的扩散和气体在真空中的膨胀都是与热现象有关的宏观自然过程，由热力学第二定律可知，它们都是不可逆的，具有方向性，故选项A、C、D正确；动能向势能的转化与热现象无关，是可逆的，不具有方向性，故选项B错误．
5．下列关于热现象的描述正确的是 ( )A．满足能量守恒定律的宏观过程都可以自发进行B．做功和热传递都通过能量转化的方式改变系统内能C．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D．温度不同的两块金属接触，达到热平衡后，它们具有的相同的物理量是热量
C 解析：满足能量守恒定律的宏观过程不一定都可以自发进行，例如热量由低温物体向高温物体的传递，选项A错误；做功是通过能量转化的方式改变系统内能，而热传递是通过能量的转移来改变物体的内能的，选项B错误；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，选项C正确；温度不同的两块金属接触，达到热平衡后，它们具有的相同的物理量是温度，选项D错误．
6．(多选)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．热量的传递过程不具有方向性D．在自发地条件下热量的传递过程具有方向性
BD 解析：电冰箱正常工作时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部空气，但必须耗电，说明在一定条件下，热量可以从低温物体传给高温物体，故A错误，B正确；关闭电源后，热量就不可能从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气，说明在自发的条件下热量的传递过程具有方向性，故C错误，D正确．
探究三 两个定律和两类永动机的比较1．热力学第一定律与热力学第二定律的区别与联系．
2.第二类永动机．(1)第二类永动机：只从单一热库吸收热量，使之完全变为功而不引起其他变化的热机．(2)第二类永动机不可能制成的原因：虽然第二类永动机不违反能量守恒定律，但大量的事实证明，在任何情况下，热机都不可能只有一个热库，热机要不断地把吸取的热量变为有用的功，就不可避免地将一部分热量传给低温热库．
3．两类永动机的比较．
【典例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
B 解析：热力学第一定律揭示了内能与其他形式能量之间的转化关系，是能量守恒定律在热力学中的具体体现，热力学第二定律则进一步阐明了内能与其他形式能量转化时的方向性，二者表述的角度不同，本质不同，相互补充，并不矛盾，故C、D错误，B正确；内能在一定条件下可以全部转化为机械能，热量也可以由低温物体传递到高温物体，但是要引起其他变化，如电冰箱制冷机工作要消耗电能，故A错误．
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．
7．(多选)下列说法正确的有 ( )A．第二类永动机和第一类永动机一样，都违背了能量守恒定律B．第二类永动机违背了能量转化的方向性C．自然界中的能量是守恒的，所以不用节约能源D．自然界中的能量尽管是守恒的，但有的能量便于利用，有的不便于利用，故要节约能源
BD 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能量转化的方向性，故A项错误，B项正确；虽然自然界中能量守恒，但能源的品质不同，有的便于利用，有的不便于利用，为了便于有效地利用能源，仍要节约能源，故C错误，D正确．
8．(多选)关于两类永动机和热力学两大定律，下列说法正确的是 ( )A．热力学第一定律和热力学第二定律是相互独立的B．热力学第二定律的两种表述是等效的C．由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能D．由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热库吸收热量，完全变成功也是可能的
ABD 解析：热力学第二定律有几种不同的表述形式，但它们是等效的，它与热力学第一定律是各自独立的，故A、B正确；由热力学第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝W＋Q可以等于0，C错误；由热力学第二定律可知D中现象是可能的，但不引起其他变化是不可能的，D正确．
探究四 熵——无序程度的量变1．有序与无序．所谓有序，是指事物内部的要素或事物之间有规则的联系和运动转化；无序是指事物内部各种要素或事物之间混乱而无规则的组合和运动变化．2．热力学第二定律的微观本质．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．3．熵和熵增加原理．(1)定义．在物理学中，用来量度系统无序程度的物理量叫作熵．
(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小，如果过程可逆，则熵不变；如果过程不可逆，则熵增加．①每一个不可逆过程都会导致熵的增加．②从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律：一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序程度更大的方向发展．
【典例4】 下面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作熵减小原理D．熵值越大代表着越无序
C 解析：一切自然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正确，C错误．
9．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．传热的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C．传热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．一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行
C 解析：分子热运动是大量分子的无规则运动，系统的一个宏观过程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，而不是变成了有序，传热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，故C正确．
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