熱力學(xué)第二定律【含答案解析】人教版【知識(shí)架構(gòu)+對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練】 高二物理備課精研提升

3.4熱力學(xué)第二定律基礎(chǔ)導(dǎo)學(xué)要點(diǎn)一、熱力學(xué)第二定律1．定義：在物理學(xué)中，反映宏觀自然過(guò)程的方向性的定律；2．熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體；闡述的是傳熱的方向性。3．熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文表述：(1)熱機(jī)①熱機(jī)工作的兩個(gè)階段：第一個(gè)階段是燃燒燃料，把燃料中的化學(xué)能變成工作物質(zhì)的內(nèi)能；第二個(gè)階段是工作物質(zhì)對(duì)外做功，把自己的內(nèi)能變成機(jī)械能。②熱機(jī)用于做功的熱量一定小于它從高溫?zé)釒?kù)吸收的熱量，即W<Q。(2)熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文表述：不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。要點(diǎn)二、能源是有限的1．能源：具有高品質(zhì)的容易利用的儲(chǔ)能物質(zhì)．2．能量耗散：使用的能源轉(zhuǎn)化成內(nèi)能分散在環(huán)境中不能自動(dòng)聚集起來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)器做功，這樣的轉(zhuǎn)化過(guò)程叫作“能量耗散”．3．能源的使用過(guò)程中雖然能的總量保持不變，但能量的品質(zhì)下降了，能源減少了．要點(diǎn)突破突破一：熱力學(xué)第二定律理解中的幾個(gè)問(wèn)題1．單一熱庫(kù)：指溫度均勻并且恒定不變的系統(tǒng)．若一系統(tǒng)各部分溫度不相同或者溫度不穩(wěn)定，則構(gòu)成機(jī)器的工作物質(zhì)可以在不同溫度的兩部分之間工作，從而可以對(duì)外做功．據(jù)報(bào)道，有些國(guó)家已在研究利用海水上下溫度不同來(lái)發(fā)電．2．其他影響：指除了從單一熱庫(kù)吸收的熱量，以及所做的功以外的其他一切影響；或者除了從低溫物體吸收熱量、高溫物體得到相同的熱量外，其他一切影響和變化．不是不能從單一熱庫(kù)吸收熱量而對(duì)外做功，而是這樣做的結(jié)果，一定伴隨著其他變化或影響．同樣，也不是熱量不能從低溫物體傳到高溫物體，而是指不產(chǎn)生其他影響的自動(dòng)熱傳遞是不可能的．3．關(guān)于“不可能”：實(shí)際上熱機(jī)或制冷機(jī)系統(tǒng)循環(huán)終了時(shí)，除了從單一熱庫(kù)吸收熱量對(duì)外做功，以及熱量從低溫?zé)釒?kù)傳到高溫?zé)釒?kù)以外，過(guò)程所產(chǎn)生的其他一切影響，不論用任何曲折復(fù)雜的辦法都不可能加以消除．4．兩種表述是等價(jià)的如果克勞修斯表達(dá)不成立，則開(kāi)爾文表述也不成立．5．熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)第二定律的每一種描述，都揭示了大量分子參與宏觀過(guò)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(guò)程都具有方向性．突破二：熱力學(xué)第一、第二定律的比較及兩類(lèi)永動(dòng)機(jī)的比較1．熱力學(xué)第一定律與熱力學(xué)第二定律的比較規(guī)律區(qū)別聯(lián)系熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律區(qū)別熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在熱力學(xué)中的體現(xiàn)，否定了創(chuàng)造能量和消滅能量的可能性，從而否定了第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)熱力學(xué)第二定律反映了一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過(guò)程都是不可逆的，從而否定了第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)聯(lián)系兩定律都是熱力學(xué)基本定律，分別從不同角度揭示了與熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過(guò)程所遵循的規(guī)律，二者相互獨(dú)立，又相互補(bǔ)充，都是熱力學(xué)的理論基礎(chǔ)2.兩類(lèi)永動(dòng)機(jī)的比較比較項(xiàng)第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)要求不消耗任何能量，可以不斷地對(duì)外做功(或只給予很小的能量啟動(dòng)后，可以永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去)將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，而不引起其他變化(或只有一個(gè)熱源，實(shí)現(xiàn)內(nèi)能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)化)不可能的原因違背了能量守恒定律違背了熱力學(xué)第二定律典例精析題型一：對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解例一、（多選）根據(jù)熱力學(xué)第二定律分析，下列說(shuō)法中正確的是()A．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B．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C．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D．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)械能解析：選項(xiàng)個(gè)性分析A錯(cuò)誤根據(jù)傳熱的規(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。但是如果借助外界的幫助．熱量可以從低溫物體傳到高溫物體B正確C錯(cuò)誤機(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(guò)程中，將吸收來(lái)的熱量全部用來(lái)做功D正確答案：BD【反思總結(jié)】熱量可以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，只不過(guò)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，肯定會(huì)引起其他變化變式遷移1：關(guān)于永動(dòng)機(jī)和熱力學(xué)定律的討論，下列敘述正確的是()A．第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)違反能量守恒定律B．如果物體從外界吸收了熱量，則物體的內(nèi)能一定增加C．外界對(duì)物體做功，則物體的內(nèi)能一定增加D．做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能，但從能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的觀點(diǎn)來(lái)看這兩種改變方式是有區(qū)別的解析：第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)違反熱力學(xué)第二定律，并不是違反能量守恒定律，故A錯(cuò)．據(jù)熱力學(xué)第二定律ΔU＝Q＋W知內(nèi)能的變化由做功W和熱傳遞Q兩個(gè)方面共同決定，只知道做功情況或只知道傳熱情況無(wú)法確定內(nèi)能的變化情況，故B、C項(xiàng)錯(cuò)誤．做功和熱傳遞都可改變物體內(nèi)能．但做功是不同形式能的轉(zhuǎn)化，而熱傳遞是同種形式能間的轉(zhuǎn)移，這兩種方式是有區(qū)別的，故D正確．答案：D題型二：熱力學(xué)第二定律的應(yīng)用例二．如圖所示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(guò)冷凝器時(shí)制冷劑液化，放出熱量到箱體外，下列說(shuō)法正確的是()A．熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外B．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牧穗娔蹸．電冰箱的工作原理不違反熱力學(xué)第一定律D．電冰箱的工作原理違反熱力學(xué)第一定律解析：熱力學(xué)第一定律是熱現(xiàn)象中內(nèi)能與其他形式能的轉(zhuǎn)化規(guī)律，是能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的具體表現(xiàn)，適用于所有的熱學(xué)過(guò)程，故C正確，D錯(cuò)誤；再根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，必須借助于其他系統(tǒng)做功．A錯(cuò)誤，B正確，故選B、C.答案：BC變式遷移2：關(guān)于熱現(xiàn)象和熱學(xué)規(guī)律，下列說(shuō)法中正確的是()A．隨著低溫技術(shù)的發(fā)展，我們可以使溫度逐漸降低，并達(dá)到絕對(duì)零度，最終實(shí)現(xiàn)熱機(jī)效率100%B．熱量是不可能從低溫物體傳遞給高溫物體的C．第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)遵守能量守恒定律故能制成D．用活塞壓縮汽缸里的空氣，對(duì)空氣做功2.0×105J，同時(shí)空氣向外界放出熱量1.5×105J，則空氣的內(nèi)能增加了0.5×105J解析：絕對(duì)零度不可能達(dá)到，A錯(cuò)誤；由熱力學(xué)第二定律知，B、C錯(cuò)誤；由熱力學(xué)第一定律知，D正確．答案：D強(qiáng)化訓(xùn)練選擇題1、已知飛船在航天員出艙前先要“減壓”，在航天員從太空返回進(jìn)入航天器后要“升壓”，因此飛船將此設(shè)施專(zhuān)門(mén)做成了一個(gè)艙，叫“氣閘艙”，其原理圖如圖所示，相通的艙A、B間裝有閥門(mén)K，指令艙A中充滿氣體，氣閘艙B內(nèi)為真空，整個(gè)系統(tǒng)與外界沒(méi)有熱交換，打開(kāi)閥門(mén)K后，A中的氣體進(jìn)入B中，最終達(dá)到平衡，則（）A．氣體體積膨脹，對(duì)外做功B．氣體分子勢(shì)能減少，內(nèi)能增加C．體積變大，溫度降低D．B中氣體不可能自發(fā)地全部退回到A中【答案】D【解析】【分析】A．打開(kāi)閥門(mén)K后，A中的氣體進(jìn)入B中，由于B中為真空，所以A中的氣體不會(huì)做功，故A錯(cuò)誤；BC．氣體分子間作用力忽略不計(jì)，所以氣體分子間沒(méi)有分子勢(shì)能，又因?yàn)橄到y(tǒng)與外界無(wú)熱交換，所以氣體內(nèi)能不變，氣體的溫度也不變，故BC錯(cuò)誤；D．由熱力學(xué)第二定律知，真空中氣體膨脹具有方向性，在無(wú)外界作用時(shí)，B中氣體不可能自發(fā)地全部退回到A中，故D正確。故選D。2、產(chǎn)生酸雨的禍?zhǔn)资牵ǎ〢．二氧化碳 B．氟利昂 C．二氧化硫 D．一氧化碳【答案】C【解析】酸雨的主要成份是亞硫酸，二氧化硫與空氣中的水蒸氣接觸會(huì)生成亞硫酸。故選C。3、隨著人們對(duì)社會(huì)發(fā)展、全球環(huán)境問(wèn)題認(rèn)識(shí)的加深，可持續(xù)能源的開(kāi)發(fā)和利用，已成為人類(lèi)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要前提之一。以下關(guān)于能源開(kāi)發(fā)和利用的認(rèn)識(shí)，正確的是（）A．地球上的能源是取之不盡，用之不竭的B．節(jié)約能源是人類(lèi)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要方面C．提倡“低碳生活”就是提倡生活中不用或少用二氧化碳D．能源的利用過(guò)程是可逆的【答案】B【解析】A．地球上的能源不是取之不盡，用之不竭的，故A錯(cuò)誤；B．節(jié)約能源是人類(lèi)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要方面，故B正確；C．提倡“低碳生活”是指生活中所耗用的能量要盡量減少，從而降低碳特別是二氧化碳的排放量，故C錯(cuò)誤；D．能源的利用過(guò)程是不可逆的，故D錯(cuò)誤。故選B。4、關(guān)于能源的開(kāi)發(fā)和節(jié)約，你認(rèn)為下列哪些觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的（）A．常規(guī)能源是有限的，無(wú)節(jié)制地利用常規(guī)能源，如石油之類(lèi)，是一種盲目的短期行為B．根據(jù)能量守恒定律，擔(dān)心能源枯竭是一種杞人憂天的表現(xiàn)C．能源的開(kāi)發(fā)和利用，必須要同時(shí)考慮其對(duì)環(huán)境的影響D．通過(guò)核聚變利用核能是目前開(kāi)發(fā)新能源的一種新途徑【答案】B【解析】常規(guī)能源是有限的的，需要節(jié)制，能量雖然守恒，但能量耗散導(dǎo)致能量的品質(zhì)降低，從便于利用的能源變成不便于利用的能源，也往往對(duì)環(huán)境產(chǎn)生破壞，從而應(yīng)開(kāi)發(fā)新型的清潔型的能源，例如通過(guò)核聚變利用核能是目前開(kāi)發(fā)新能源的一種新途徑，故ACD正確，不符合題意，B錯(cuò)誤，符合題意。故選B。5、(2020·黑龍江哈爾濱期末)關(guān)于永動(dòng)機(jī),下列說(shuō)法中正確的是()A.隨著科技的不斷發(fā)展,永動(dòng)機(jī)是可以制成的B.第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)違反了熱力學(xué)第二定律C.第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)違反了熱力學(xué)第二定律D.永動(dòng)機(jī)指的是在摩擦力趨于零的條件下一直運(yùn)動(dòng)的機(jī)器,它不需要對(duì)外做功解析:第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)指不需要外界輸入能量,能夠不斷向外輸出能量的機(jī)器,它違反了能量守恒定律,是不可能制成的,B錯(cuò)誤;第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)指從單一熱源吸收熱量全部用來(lái)對(duì)外做功,不產(chǎn)生其他影響的機(jī)器,它違反了熱力學(xué)第二定律,也是不可能制成的,C正確;無(wú)論是哪種永動(dòng)機(jī),要么違反能量守恒定律,要么違反熱力學(xué)第二定律,因此都不可能制成,A錯(cuò)誤;無(wú)論哪種永動(dòng)機(jī)都需要對(duì)外做功,D錯(cuò)誤。6、(2021·江蘇二模)如圖所示,兩種不同的金屬組成一個(gè)回路,接觸頭1置于熱水杯中,接觸頭2置于冷水杯中,此時(shí)回路中電流計(jì)發(fā)生偏轉(zhuǎn),這是溫差電現(xiàn)象。假設(shè)此過(guò)程電流做功為W,接觸頭1從熱水中吸收的熱量為Q1,冷水從接觸頭2吸收的熱量為Q2,根據(jù)熱力學(xué)第二定律可得()A.Q1=W B.Q1>WC.Q1<Q2 D.Q1+Q2=W解析:根據(jù)熱力學(xué)第二定律,不可能從單一熱源吸收熱量使之全部用來(lái)做功,而不產(chǎn)生其他影響;所以從熱水中吸收的熱量Q1應(yīng)該大于電流做的功W,即Q1>W,根據(jù)能量守恒定律和熱力學(xué)第二定律,從熱水中吸收的熱量轉(zhuǎn)化成了兩部分,一部分是電能W,另一部分是冷水吸收的熱量Q2,故選B。7、下列有關(guān)能的轉(zhuǎn)化的說(shuō)法中正確的是（）A．熱傳遞是其他形式的能與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化過(guò)程B．自然界的能量是守恒的，能源危機(jī)是不存在的C．摩擦生熱、熱傳遞的過(guò)程是具有方向性的D．能量的耗散否定了能量的轉(zhuǎn)化與守恒定律【答案】C【解析】A．熱傳遞是內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)移過(guò)程，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；B．雖然自然界的能量是守恒的，但是可利用的能源越來(lái)越少，能源危機(jī)是存在的，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；C．根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，摩擦生熱、熱傳遞的過(guò)程是具有方向性的，選項(xiàng)C正確；D．能量的耗散說(shuō)明了熱學(xué)現(xiàn)象的方向性，但沒(méi)有否定能量的轉(zhuǎn)化與守恒定律，故D錯(cuò)誤；故選C。8、選用下列八種表述組合出的四個(gè)選項(xiàng)中全都正確的一項(xiàng)是（）①布朗運(yùn)動(dòng)反映了微粒分子在做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)②水黽可以停在水面上是因?yàn)橐后w有表面張力③一定質(zhì)量的的水變成的水蒸氣其內(nèi)能增加④第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)由于違反熱力學(xué)第一定律而不可能制成⑤當(dāng)分子間距離增大時(shí)分子間引力和斥力都減?、薷鱾€(gè)方向?qū)嵝阅芫嗤木w一定是多晶體⑦若氣體從外界吸收熱量則內(nèi)能一定增大⑧熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞A．①③⑤⑦ B．①②⑥⑧ C．③④⑤⑥ D．②③⑤⑧【答案】D【解析】①固體微粒由于受到周?chē)后w分子撞擊的沖力不平衡而引起運(yùn)動(dòng)，所以布朗運(yùn)動(dòng)是液體分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的反映，故①錯(cuò)誤；②水黽可以停在水面上是因?yàn)橐后w有表面張力，故②正確；③一定質(zhì)量的的水變成的水蒸氣，分子動(dòng)能不變，分子勢(shì)能增加，所以其內(nèi)能增加，故③正確；④第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)由于違反了能量守恒定律而不可能制成，故④錯(cuò)誤；⑤當(dāng)分子間距離增大時(shí)分子間引力和斥力都減小，故⑤正確；⑥一塊晶體，若其各個(gè)方向的導(dǎo)熱性相同，可能是多晶體，但不是一定是多晶體，故⑥錯(cuò)誤；⑦若氣體從外界吸收熱量，內(nèi)能不一定增大，如氣體對(duì)外界做功，且做的功比吸收的熱量大，故⑦錯(cuò)誤；⑧熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞，但要引起其它變化，故⑧正確；綜上可知D正確，ABC錯(cuò)誤。故選D。9、（2021遼寧大連高二期中）下列說(shuō)法中正確的是()A.自然界的能量的總和是守恒的，所以節(jié)約能源是毫無(wú)意義的B.電源是通過(guò)靜電力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能的裝置C.電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，是通過(guò)電流做功來(lái)實(shí)現(xiàn)的D.能量耗散表明自然界的能量總和在不斷減少答案：C解析：自然界的能量的總和是不變的，但人類(lèi)可以利用的能源是有限的，節(jié)約能源不僅能使我們長(zhǎng)久利用，并且可以減小由于常規(guī)能源在使用中帶來(lái)的污染，節(jié)約能源對(duì)人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展有很大的意義，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；電源是通過(guò)非靜電力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能的裝置，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；電能是通過(guò)電流做功來(lái)轉(zhuǎn)化為其他形式的能，故C項(xiàng)正確；能量耗散是針對(duì)一個(gè)系統(tǒng)（或一個(gè)物體）而言，能量在自然界中是守恒的，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。10、用隔板將一絕熱容器隔成A和B兩部分，A中有一定質(zhì)量的理想氣體，B為真空（如圖甲所示），現(xiàn)把隔板抽去，A中的氣體自動(dòng)充滿整個(gè)容器（如