4.3宏观过程的方向性

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人教版高中物理选择性必修第三册第3章热力学定律4课时练习含答案

第三章4A组·基础达标1．(多选)下列说法正确的是()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，所以要节约能源【答案】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热力学第二定律，但并不违背能量守恒定律，A错误；第二类永动机违背了热力学第二定律，即违背了能量转化的方向性，B正确；自然界中的能量是守恒的，但能够被人类使用的能源不断减少(能源的品质降低)，所以节约能源非常有必要，C错误，D正确．2．如图所示，某厂家声称所生产的空气能热水器能将热量从空气吸收到储水箱．下列说法中正确的是()A．热量可以自发地从大气传递到储水箱内B．空气能热水器的工作原理违反了能量守恒定律C．空气能热水器的工作原理违反了热力学第二定律D．空气能热水器能够不断地把空气中的热量传到水箱内，但必须消耗电能【答案】D【解析】该热水器将空气中的能量转移到热水中的能量，符合能量守恒定律，但是热量不可能自发地从低温物体转移到高温物体，实质上在产生热水的过程中，必须消耗电能才能实现，因此也符合热力学第二定律，D正确．3．下列说法正确的是()A．熵增加原理说明一切自然过程总是向着分子热运动的无序性减小的方向进行B．质量相等的80 ℃的液态萘和80 ℃的固态萘相比，具有相同的分子势能C．液体具有流动性是因为液体分子具有固定的平衡位置D．气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数与单位体积内气体的分子数和温度都有关【答案】D【解析】熵增加原理说明一切自然过程总是向着分子热运动的无序性增大的方向进行，A错误；80 ℃的液态萘凝固成80 ℃的固态萘的过程中放出热量，温度不变，则分子的平均动能不变，萘放出热量的过程中内能减小，而分子平均动能不变，所以一定是分子势能减小，B错误；液体具有流动性是因为液体分子没有固定的平衡位置，C错误；气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数与单位体积内气体的分子数和温度都有关，D正确．4．(多选)关于热力学定律，下列说法正确的是()A．即使科技的进步，人类也不可能生产出从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化的热机B．物体对外做功，其内能一定减少C．制冷设备实现从低温热源处吸热，并在高温热源处放热，违反了热力学第二定律D．第一类永动机不可能制成，是因为它违背了能量守恒定律【答案】AD【解析】即使科技的进步，人类也不可能生产出从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化的热机，因为这违背热力学第二定律，A正确；物体对外做功，如果物体吸收热量，则其内能可能不会减少，B错误；制冷设备实现从低温热源处吸热，并在高温热源处放热，没有违反了热力学第二定律，因为这个过程引起了外界的变化，消耗了电能，C错误；第一类永动机不可能制成，是因为它违背了能量守恒定律，D正确．5．(多选)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．关于这一现象，正确的说法是()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电能是因为热水中的内能减少，部分转化为电能，而部分电能又转化为冷水的内能，转化效率低于100%，不违反热力学第二定律，因此热水温度降低，冷水温度升高，故A、B正确，C、D错误．6．人们常用空调调节室内空气的温度，下列说法正确的是()A．空调风速越大，室内空气的分子动能也越大B．空调过滤器能够吸附PM2.5颗粒，此颗粒的运动是分子热运动C．空调既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性D．空调制热使得室内温度上升，则速率小的空气分子比例减小【答案】D【解析】室内空气的分子动能只与温度有关，与空调风速无关，A错误；空调过滤器能够吸附PM2.5颗粒，PM2.5颗粒是肉眼看不见的固体小颗粒，做的是布朗运动，不是分子热运动，B错误．空调既能制热又能制冷，说明在不自发的条件下热传递方向可以逆向，不违背热力学第二定律，C错误；空调制热使得室内温度上升，根据温度是分子平均动能的标志，所以速率小的空气分子比例减小，D正确．7．(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．下列说法正确的是()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【答案】BC【解析】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，故C正确，D错误；再根据热力学第二定律，热量不能自发地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．8．如图中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，活塞与汽缸壁的接触面是光滑的，但不漏气．现将活塞杆与外界连接，使其缓慢地向右移动，这样气体将等温膨胀并通过杆对外做功．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．气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，所以此过程违反热力学第二定律B．气体从单一热源吸热，但并未全用来对外做功，所以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，但此过程不违反热力学第二定律D．以上三种说法都不对【答案】C【解析】热力学第二定律从机械能与内能转化过程的方向性来描述是：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．本题中如果没有外界的帮助，比如外力拉动活塞杆使活塞向右移动，使气体膨胀对外做功，导致气体温度略微降低，是不可能从外界吸收热量的，即这一过程虽然是气体从单一热源吸热，全用来对外做功，但引起了其他变化，所以此过程不违反热力学第二定律．9．(多选)根据热力学定律，下列说法正确的是()A．第二类永动机违反能量守恒定律，因此不可能制成B．效率为100%的热机是不可能制成的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．从单一热源吸收热量，使之完全变为功是提高机械效率的常用手段【答案】BC【解析】第二类永动机不可能制成，是因为它违反了热力学第二定律，A错误；效率为100%的热机是不可能制成的，B正确；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，C正确；从单一热源吸收热量，使之完全变为功是不可能实现的，D错误．10．(多选)下列说法正确的是()A．机械能和内能的转化具有方向性B．电流的能不可全部转化为内能C．第二类永动机虽然不违背能量守恒定律，但它是制造不出来的D．在火力发电机中燃气的内能不可能全部转化成电能【答案】ACD【解析】凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，机械能可全部转化为内能，但内能不能全部转化为机械能，而不引起其他变化，A、D正确；由电流热效应中的焦耳定律可知，电流的能可全部转化为内能，而内能不可能全部转化为电能，B错误；第二类永动机虽然不违反能量守恒定律，但它违反热力学第二定律，是制造不出来的，C正确．B组·能力提升11．(多选)气闸舱的原理如图所示．座舱A 与气闸舱B 间装有阀门K ，A 中充满空气，B 内为真空．航天员由太空返回到B 后，将B 封闭，打开阀门K ，A 中的空气进入B 中，最终达到平衡．假设此过程中系统保持温度不变，舱内空气可视为理想气体，不考虑航天员的影响，则此过程中( )A ．气体分子对A 舱壁的压强减小B ．气体向外界放出热量C ．气体膨胀对外做功，内能减小D ．一段时间后，B 内空气绝不可能自发地全部回到A 中去【答案】AD【解析】气体温度不变，平均动能不变，但是气体向B 舱扩散时，A 舱中单位体积内分子个数减少，所以气体压强减小，A 正确；气体向真空方向扩散不对外做功，又因为气体的温度不变，内能不变，则气体与外界无热交换，B 、C 错误；由热力学第二定律可知，与热现象有关的物理过程都是不可逆的，则一段时间后，B 内气体不可能自发地全部回到A 中去，D 正确．12．一辆汽车的发动机输出功率为66.15 kW ，每小时耗柴油14 kg ，请计算发动机的效率．(柴油的燃烧值为4.3×107 J/kg)解：发动机每小时做的功W ＝Pt ＝66 150 W ×3 600 s ＝2.38×108 J ，完全燃烧14 kg 柴油放出的能量Q 总＝4.3×107 J/kg ×14 kg ＝6.02×108 J ，有用功的能量Q 有＝W ＝2.38×108 J ，所以η＝Q 有Q 总＝2.38×108 J 6.02×108 J×100%＝39.5%，发动机的效率是39.5%．。

高中物理(人教)选修33教学课：第十章第4节热力学第二定律第5节热力学第二定律的微观解释

2.宏观态和微观态:在统计物理学中,符合某种规定、规则的状
态,叫作热力学系统的宏观态。若规定、规则不同,则同一宏观态对
应不同的微观态。
系统的宏观态所对应的微观态的多少表现为宏观态无序程度
的大小。如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多,就说这个“宏观
态”是比较无序的,同时也决定了宏观过程的方向性——从有序到无
热源或从单一热源吸收热量全部用来做功,不需通过第三方的帮助,
这里的帮助就是第三方提供能量等方式。
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是有方向性的。
3.两种表述是等价的。
如果克劳修斯表述不成立,则开尔文表述也不成立。
现象。因此,气体的自由扩散过程是沿着无序性增大的方向进行
的。综上可知,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。
典题例解
【例 2】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有序运动状态向无序运动
一滴墨水……这些现象说明什么道理?
答案:自然界的宏观过程不可能自动地逆向进行。要使它们逆
向进行,就必须由外界对它们施加作用。
•1、使教育过程成为一种艺术的事业。
•2、教师之为教，不在全盘授予，而在相机诱导。2021/10/272021/10/272021/10/2710/27/2021 4:06:21 PM
能情况是左 0 右 4 或左 4 右 0。
2.试着从无序的角度谈谈上面问题中为什么“左 2 右 2”这种均

3.4 热力学第二定律(解析版)

第4节热力学第二定律【知识梳理与方法突破】1.热力学第二定律的理解（1）“自发地”过程就是不受外来干扰进行的自然过程，在热传递过程中，热量可以自发地从高温物体传到低温物体，却不能自发地从低温物体传到高温物体。

要将热量从低温物体传到高温物体，必须“对外界有影响或有外界的帮助”，就是要有外界对其做功才能完成。

电冰箱就是一例，它是靠电流做功把热量从低温处“搬”到高温处的。

（2）“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。

（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宏观过程的方向性。

如机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能而不引起其他变化，进一步揭示了各种有关热的物理过程都具有方向性。

（4）适用条件：只能适用于由很大数目分子所构成的系统及有限范围内的宏观过程。

而不适用于少量的微观体系，也不能把它扩展到无限的宇宙。

（5）热力学第二定律的两种表述是等价的，即一个说法是正确的，另一个说法也必然是正确的；如一个说法是错误的，另一个说法必然是不成立的。

2.热力学第一定律与第二定律的比较项目热力学第一定律热力学第二定律定律揭示的问题它从能量守恒的角度揭示了功、热量和内能改变量三者间的定量关系它指出自然界中出现的宏观过程是有方向性的机械能和内能的转化当摩擦力做功时，机械能可以全部转化为内能内能不可能在不引起其他变化的情况下全部转化为机械能热量的传递热量可以从高温物体自发地传到低温物体说明热量不能自发地从低温物体传到高温物体表述形式只有一种表述形式有多种表述形式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3.能量耗散的理解（1）各种形式的能最终都转化为内能，流散到周围的环境中，分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它也只能使地球、大气稍稍变暖一点，却再也不能自动聚集起来驱动机器做功了。

热二定律

<2> 对应的微观状态数最多的宏观状态就是系统在一定宏观条件下的平衡态。。非平衡态向平衡态转化的过程，从微观上讲，就是从包含微观状态数目少的宏观状态向包含微观状态数目多的宏观状态进行。不可逆性：相反的过程不可能实现。因此，因此，实际观测到的总是均匀分布这种宏观态。即系统最后所达到的平衡态。种宏观态。即系统最后所达到的平衡态。
30 21 −9
万亿年中（，）的状态只闪现只闪现10 即30万亿年中（100，0）的状态只闪现 -9s 。万亿年中
§4.5 Boltzmann Entropy and Principle of Entropy Increase 玻耳兹曼熵与熵增加原理
一. 热力学概率任一宏观状态所对应的微观状态数，任一宏观状态所对应的微观状态数，称为该宏观状态的热力学概率热力学概率。该宏观状态的热力学概率。热力学概率是分子无序性的一种量度是分子无序性的一种量度：热力学概率是分子无序性的一种量度： Ω 最无序的状态。的最大值对应最无序的状态的最大值对应最无序的状态。
2.热力学第二定律的微观统计意义。热力学第二定律的微观统计意义。热力学第二定律的微观统计意义
1.功热转换 1.功热转换 2.热传导 2.热传导 T1
机械能（电能）机械能（电能）（有序运动）有序运动） T2 T T
热能（无序运动）无序运动）
动能分布较有序
动能分布更无序
3.气体绝热自由膨胀 3.气体绝热自由膨胀
×
Q吸
低温热源T 低温热源 2
（3）、热力学第二定律的适用范围）、热力学第二定律的适用范围 1.宏观过程宏观过程对微观过程不适用。对微观过程不适用。
2.孤立系统有限范围孤立系统有限范围对整个宇宙不适用。对整个宇宙不适用。 “ “ “热寂现象” 世界末日论” 上帝创世说” 热寂现象” 世界末日论” 上帝创世说”

2025版《师说》高中全程复习构想物理14.3

第3讲热力学定律与能量守恒考点一热力学第一定律的理解和应用【必备知识·自主落实】一、改变物体内能的两种方式1．________．2．热传递．二、热力学第一定律实质是能量守恒定律1．内容：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的________与外界对它所做的功的和．2．表达式：ΔU＝________．3．三、能量守恒定律1．内容：能量既不会凭空________，也不会凭空消失，它只能从一种形式________为其他形式，或者是从一个物体________到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量________．2．第一类永动机是不可能制成的，它违背了________________．【关键能力·思维进阶】1．[2023·天津卷] 如图是爬山所带氧气瓶，氧气瓶里的气体容积质量不变，爬高过程中，温度减小，则气体()A．对外做功B．内能减小C.吸收热量D．压强不变2．(多选)如图，甲图实验1密封的桶装薯片从上海带到拉萨后盖子凸起．若两地温度相同，研究桶内的气体压强p和分子平均动能E k的变化情况．乙图实验2中中国制造的列车空气弹簧实现了欧洲高端铁路市场全覆盖，空气弹簧安装在列车车厢底部，可以起到有效减震、提升列车运行平稳性的作用．空气弹簧主要由活塞、气缸及密封在气缸内的一定质量气体构成．列车上下乘客及剧烈颠簸均会引起车厢震动．上下乘客时气缸内气体的体积变化较慢，气体与外界有充分的热交换；剧烈颠簸时气缸内气体的体积变化较快，气体与外界来不及热交换，外界温度恒定，气缸内气体视为理想气体．下列说法正确的是()甲乙A．甲图实验1中桶内的气体压强p减小和分子平均动能E k减小B．甲图实验1中桶内的气体压强p减小和分子平均动能E k不变C．乙图实验2中剧烈颠簸造成气体压缩的过程中，空气弹簧内气体的内能增加D．乙图实验2中剧烈颠簸造成气体压缩的过程中，空气弹簧内气体分子的平均动能减小3．如图a，一台四冲程内燃机，活塞在压缩冲程某段时间内移动的距离为0.1 m，这段过程活塞对气体的压力逐渐增大，其做的功相当于2×103N的恒力使活塞移动相同距离所做的功(图b甲)．内燃机工作时汽缸温度高于环境温度，该过程中压缩气体传递给汽缸的热量为25 J.(1)求上述压缩过程中气体内能的变化量；(2)燃烧后的高压气体对活塞做功，气体推动活塞移动0.1 m，其做的功相当于9×103 N 的恒力使活塞移动相同距离所做的功(图b乙)，该做功过程气体传递给汽缸的热量为30 J，求此做功过程气体内能的变化量．考点二热力学第一定律与图像的综合应用例 1 一定质量的理想气体从状态A经过状态B变化到状态C再回到状态A，其V-T 图像如图所示．O、C、B三点在同一直线上，AB与纵轴平行，则下列说法不正确的是()A．A→B过程中，单位时间内打到容器壁上单位面积的分子数增多B．A→B过程中，气体吸收热量C．B→C过程中，气体放出的热量比外界对气体做的功多D．C→A过程中，速率大的分子数增多例 2 [2023·广东卷]在驻波声场的作用下，水中小气泡周围液体的压强会发生周期性变化，使小气泡周期性膨胀和收缩，气泡内的气体可视为质量不变的理想气体，其膨胀和收缩过程可简化为如图所示的p-V图像，气泡内气体先从压强为p0、体积为V0、温度为T0的状态A等温膨胀到体积为5V0、压强为p B的状态B，然后从状态B绝热收缩到体积为V0、压强为1.9p0、温度为T C的状态C，B到C的过程外界对气体做功为W.已知p0、V0、T0和W.求：(1)p B的表达式；(2)T C的表达式；(3)B到C的过程，气泡内气体的内能变化了多少？思维提升1.气体的状态变化可由图像直接判断或结合理想气体状态方程pV＝C分析．T2．气体的做功情况、内能变化及吸、放热关系可由热力学第一定律分析．(1)由体积变化分析气体做功的情况：体积膨胀，气体对外做功；气体被压缩，外界对气体做功．(2)由温度变化判断气体内能变化：温度升高，气体内能增大；温度降低，气体内能减小．(3)由热力学第一定律ΔU＝W＋Q判断气体是吸热还是放热．(4)在p-V图像中，图像与横轴所围面积表示气体对外界或外界对气体整个过程中所做的功．考点三气体实验定律与热力学第一定律的综合应用例 3 (多选)[2023·山东卷]一定质量的理想气体，初始温度为300 K，压强为1×105 Pa.经等容过程，该气体吸收400 J的热量后温度上升100 K；若经等压过程，需要吸收600 J 的热量才能使气体温度上升100 K．下列说法正确的是()A．初始状态下，气体的体积为6 LB．等压过程中，气体对外做功400 JC．等压过程中，气体体积增加了原体积的14D．两个过程中，气体的内能增加量都为400 J例4 [2023·浙江1月]某探究小组设计了一个报警装置，其原理如图所示．在竖直放置的圆柱形容器内用面积S＝100 cm2、质量m＝1 kg的活塞密封一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动．开始时气体处于温度T A＝300 K、活塞与容器底的距离h0＝30 cm的状态A.环境温度升高时容器内气体被加热，活塞缓慢上升d＝3 cm恰好到达容器内的卡口处，此时气体达到状态B.活塞保持不动，气体被继续加热至温度T C＝363 K的状态C时触动报警器．从状态A到状态C的过程中气体内能增加了ΔU＝158 J．取大气压p0＝0.99×105 Pa，求气体(1)在状态B的温度；(2)在状态C的压强；(3)由状态A到状态C过程中从外界吸收的热量Q.例 5 [2024·浙江绍兴高三统考阶段练习]如图1所示，竖直玻璃管上端封闭、下端开口，总长L＝68.8 cm，横截面积S＝0.1 cm2，管内液柱的长度L0＝7.6 cm，质量m＝10 g，液柱密封一定质量的理想气体，气体的长度L1＝50 cm，气体温度T1＝300 K．现将玻璃管缓慢转到水平位置，气体温度仍为T1，气体长度变为L2，如图2所示．然后对气体进行缓慢加热，使气体温度上升至T2＝360 K，加热过程气体吸收热量Q，内能增加ΔU＝0.23 J，气体长度变为L3，如图3所示．已知大气压强p0＝1.0×105 Pa，玻璃管内壁光滑，重力加速度g ＝10 m/s2.(1)求气体长度L2；(2)求气体长度L3；(3)求加热过程气体吸收热量Q.思维提升气体实验定律与热力学定律的综合问题的求解思路考点四热力学第二定律的理解和应用【必备知识·自主落实】1．热力学第二定律的两种表述(1)克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体．不需要任何第三者介入，就能发生(2)开尔文表述：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．或表述为“________永动机是不可能制成的”．2．热力学第二定律的微观意义一切自发过程总是沿着分子热运动的________增大的方向进行．3．第二类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第二定律．【关键能力·思维进阶】4.[2024·广东广州模拟预测]火热的6月即将到来，高三的同学们也进入高考最后的冲刺，教室里的空调为同学们提供了舒爽的环境，空调的工作原理如图所示，以下表述正确的是()A．空调的工作原理对应的是热力学第一定律的开尔文表述制冷机B．空调的工作原理反映了热传导的方向性C．此原理图中的Q1＝Q2D．此原理图说明热量不能从低温物体传到高温物体5．(多选)下列说法正确的是()A．冰箱能使热量从低温物体传递到高温物体，因此不遵循热力学第二定律B．自发的热传导是不可逆的C．可以通过给物体加热而使它运动起来，但不产生其他影响D．气体向真空膨胀具有方向性思维提升热力学第二定律的理解第3讲热力学定律与能量守恒考点一必备知识·自主落实一、1．做功二、1．热量2．Q＋W3．吸收增加放出减少三、1．产生转化转移保持不变2．能量守恒定律关键能力·思维进阶1．解析：由于爬山过程中气体体积不变，故气体不对外做功，故A错误；爬山过程中温度降低，则气体内能减小，故B正确；根据热力学第一定律可知ΔU＝W＋Q，爬山过程中气体不做功，但内能减小，故可知气体放出热量，故C错误；爬山过程中氧气瓶里的气体容积质量均不变，温度减小，根据理想气体状态方程有pV＝C，可知气体压强减小，故DT错误．故选B.答案：B2．解析：根据一定质量的理想气体状态方程pV＝nRT可知，当温度相同时，体积变大则桶内的气体压强p减小，而温度是影响分子平均动能的唯一因素，则分子平均动能E k不变，A错误，B正确；剧烈颠簸造成气体压缩的过程中，因为时间很短，所以气体与外界来不及热交换，Q＝0，外界对气体做功，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可得，空气弹簧内气体内能增加，气体分子的平均动能增大，C正确，D错误．故选BC.答案：BC3．解析：(1)压缩过程活塞对气体做的功W1＝F1l1＝2×103×0.1 J＝200 J气体内能的变化量ΔU1＝W1＋Q1＝200 J－25 J＝175 J.(2)气体膨胀过程中气体对外界所做的功W2＝F2l2＝－9×103×0.1 J＝－900 J气体内能的变化量ΔU2＝W2＋Q2＝－900 J－30 J＝－930 J汽缸内气体在压缩过程中内能增加了175 J，在膨胀做功过程中气体内能减少了930 J.答案：(1)增加了175 J(2)减少了930 J考点二例1解析：A→B过程中，气体体积减小，温度不变，压强增大，单位时间内打到容器壁上单位面积的分子数增多，A项正确，不符合题意；A→B过程中，温度不变，内能不变，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，气体放出热量，B项错误，符合题意；B→C 过程中，气体压强不变，体积减小，温度降低，内能减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律，气体放出热量，且放出热量比外界对气体做的功多，C项正确，不符合题意；C→A 过程中，温度升高，速率大的分子数增多，D项正确，不符合题意．故选B.答案：B例2解析：(1)由题意可知从状态A到状态B，气体发生等温变化，由玻意耳定律有p0V0＝p B·5V0解得p B＝p05(2)解法一由题图可知，若从状态A沿虚线到状态C，则气体发生等容变化，由查理定律有p0 T0＝1.9p0T C解得T C＝1.9T0解法二气体从B到C的过程，由理想气体状态方程有p B V B T B ＝p C V CT C已知p B＝p05，V B＝5V0，T B＝T A＝T0，p C＝1.9p0，V C＝V0解得T C＝1.9T0(3)由题意可知从状态B到状态C，气体发生绝热收缩，吸放热Q＝0根据热力学第一定律有ΔU＝Q＋W＝W故B到C的过程，气泡内气体的内能增加了W答案：(1)p05(2)1.9T0(3)增加了W考点三例3 解析：令理想气体的初始状态的压强、体积和温度分别为p 1＝p 0，V 1＝V 0，T 1＝300 K等容过程为状态二p 2＝？，V 2＝V 1＝V 0，T 2＝400 K等压过程为状态三p 3＝p 0，V 3＝？，T 3＝400 K由理想气体状态方程可得p 1V 1T 1＝p 2V 2T 2＝p 3V 3T 3解得p 2＝43p 0，V 3＝43V 0 体积增加了原来的13，C 错误；等容过程中气体做功为零，由热力学第一定律ΔU ＝W ＋Q ＝400 J两个过程的初末温度相同即内能变化相同，因此内能增加都为400 J ，D 正确；等压过程内能增加了400 J ，吸收热量为600 J ，由热力学第一定律可知气体对外做功为200 J ，即做功的大小为W ＝p 0(43V 0－V 0)＝200 J解得V 0＝6 LA 正确，B 错误．故选AD.答案：AD例4 解析：(1)从状态A 到状态B ，封闭气体发生等压变化，由盖－吕萨克定律可得V A T A ＝VB T B其中V A ＝h 0S ，V B ＝(h 0＋d )S解得T B ＝330 K(2)从状态A 到状态B ，活塞缓慢上升，则有p B S ＝p 0S ＋mg解得p B ＝1×105 Pa由状态B 到状态C ，封闭气体发生等容变化由查理定律可得p B T B ＝pC T C 解得p C ＝1.1×105 Pa(3)从状态A 到状态C 过程中，气体对外做功则W ＝－p B Sd ＝－30 J由热力学第一定律有ΔU ＝Q ＋W解得Q ＝188 J答案：(1)330 K (2)1.1×105 Pa (3)188 J例5 解析：(1)设玻璃管竖直放置时密封气体的压强为p 1，则p 1＝p 0－mg S ＝0.9×105 Pa 玻璃管转到水平过程气体温度不变，由玻意耳定律p 1L 1S ＝p 0L 2S得L 2＝45 cm(2)加热过程气体的压强保持不变，由盖-吕萨克定律L 2S T 1＝L 3S T 2得L 3＝54 cm(3)设外界对气体做功W ，则W ＝－p 0S (L 3－L 2)＝－0.09 J由热力学第一定律ΔU ＝Q ＋W得Q ＝0.32 J答案：(1)45 cm (2)54 cm (3)0.32 J考点四必备知识·自主落实1．（2）第二类2．无序性关键能力·思维进阶4．解析：空调的工作原理对应的是热力学第二定律的开尔文表述制冷机，A错误；空调的工作原理反映了热传导的方向性，热量不能自发的从低温物体传导给高温物体，但在其他能力干预下，可以从低温物体传导给高温物体，B正确；此原理图中的Q1＝Q2＋W，C 错误；此原理图说明在外界干预下，热量能从低温物体传到高温物体，D错误．故选B.答案：B5．解析：有外界的帮助和影响，热量可以从低温物体传递到高温物体，仍遵循热力学第二定律，A错误；由热力学第二定律可知，自发的热传导是不可逆的，B正确；不可能通过给物体加热而使它运动起来但不产生其他影响，这违背了热力学第二定律，C错误；气体可自发地向真空容器膨胀，具有方向性，D正确．答案：BD。

高中物理新教材同步选择性必修第三册第3章热力学定律4 热力学第二定律

4热力学第二定律[学习目标] 1.通过自然界中客观过程的方向性，了解热力学第二定律.2.了解热力学第二定律的两种不同表述，以及两种表述的物理实质.3.能运用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移以及宏观自然过程的方向性问题.4.认识能量耗散，知道能源是有限的．一、热力学第二定律1．定义：在物理学中，反映宏观自然过程的方向性的定律．2．热力学第二定律的克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体．阐述的是传热的方向性．3．热力学第二定律的开尔文表述：(1)热机①热机工作的两个阶段：第一个阶段是燃烧燃料，把燃料中的化学能变成工作物质的内能；第二个阶段是工作物质对外做功，把自己的内能变成机械能．②热机用于做功的热量一定小于它从高温热库吸收的热量，即W<Q.(2)热力学第二定律的开尔文表述：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．(该表述阐述了机械能与内能转化的方向性)．4．热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是等价的．(选填“等价”或“不等价”) 二、能源是有限的1．能源：具有高品质的容易利用的储能物质．2．能量耗散：使用的能源转化成内能分散在环境中不能自动聚集起来驱动机器做功，这样的转化过程叫作“能量耗散”．3．能源的使用过程中虽然能的总量保持不变，但能量的品质下降了，能源减少了．1．判断下列说法的正误．(1)热量不会从低温物体传给高温物体．(×)(2)机械能可以完全转化为内能，而内能不可能完全转化为机械能．(×)(3)可以从单一热库吸收热量，使之完全变为功．(√)(4)能源是取之不尽、用之不竭的．(×)2．热量总是自发地从高温物体传递给低温物体，这说明传热过程具有________．冰箱工作时，能把冰箱内的热量传递到冰箱外，这______(填“违反”或“不违反”)热力学第二定律．答案方向性不违反一、对热力学第二定律的理解导学探究(1)传热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”？(2)如图1所示是制冷机和热机的工作过程示意图，通过此图思考以下问题：①制冷机工作时热量是自发地从低温热库传到高温热库吗？②热机工作时能否将从高温热库吸收的热量全部用来做功？图1答案(1)不能．两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，使高温物体的温度降低，低温物体的温度升高，这个过程是自发进行的，不需要任何外界的影响或者帮助，有时我们也能实现热量从低温物体传给高温物体，如电冰箱，但这不是自发地进行的，需要消耗电能．(2)①不是②不能知识深化1．自然过程的方向性(1)热传导具有方向性两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，而低温物体不可能自发地将热量传给高温物体，要实现低温物体向高温物体传递热量，必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起其他变化．(2)气体的扩散现象具有方向性两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为均匀的混合气体，但这种均匀的混合气体，决不会自发地分开，成为两种不同的气体．(3)机械能和内能的转化过程具有方向性物体在地面上运动，因摩擦而逐渐停止下来，但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后，在地面上重新运动起来．(4)气体向真空膨胀具有方向性气体可自发地向真空容器内膨胀，但绝不可能出现气体自发地从容器中流出，使容器内变为真空．2．在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产生其他影响”“单一热库”“不可能”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借助其他物体提供能量等．(2)“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．(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海水上下温度不同来发电．(4)“不可能”：实际上热机或制冷机系统循环时，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，不论用任何的办法都不可能加以消除．特别提醒(1)热力学第二定律的两种表述是等价的．(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．下列过程中可能发生的是()A．某种物质从高温热源吸收20 kJ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，其内气体自发逸出后又自发跑进去，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，但通过一些其他手段是可以实现的，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项错误；气体膨胀具有方向性，故B项错误；扩散现象也有方向性，故D项错误．(多选)根据热力学第二定律可知，下列说法中正确的是()A．不可能从单一热库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，只有单一的热库，能将从单一热库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，而不引起其他变化答案AD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；传热过程也具有方向性，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)，C选项错误，D选项正确．1．一切物理过程均遵守能量守恒定律，但遵守能量守恒定律的物理过程不一定均能实现．2．热力学第二定律的两种表述分别对应着一种“不可能”，但都有一个前提条件“自发地”或“不产生其他影响”，如果去掉这种前提条件，就都是有可能的．例如电冰箱的作用就是使热量从低温物体传到高温物体，等温膨胀就是从单一热库吸收热量，使之完全用来做功，但不是自发地或是产生了其他影响．二、热力学第一定律和热力学第二定律的比较1．两定律的比较热力学第一定律热力学第二定律区别是能量守恒定律在热力学中的表现，否定了创造能量和消灭能量的可能性，从而否定了第一类永动机是关于在有限空间和时间内，一切和热现象有关的物理过程、化学过程具有不可逆性的经验总结，从而否定了第二类永动机联系两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，二者既相互独立，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第二类永动机设计要求不消耗任何能量，可以不断做功(或只给予很少的能量启动后，可以永远运动下去)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，实现内能向机械能的转化)不可能制成的原因违背了能量守恒定律违背了热力学第二定律(多选)对于热力学第一定律和热力学第二定律的理解，下列说法正确的是() A．一定质量的气体膨胀对外做功100 J，同时从外界吸收120 J 热量，则它的内能增加20 J B．物体从外界吸收热量，其内能一定增加，物体对外界做功，其内能一定减少C．第二类永动机违反了热力学第二定律，没有违反热力学第一定律D．凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在传热中，热量只能从高温物体传递给低温物体，而不能从低温物体传递给高温物体解析根据热力学第一定律知，ΔU＝W＋Q＝－100 J＋120 J＝20 J，说明内能增加了20 J，故A正确；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知ΔU>0，内能增加，ΔU<0，内能减小，ΔU 的大小由W、Q共同决定，说明物体从外界吸收热量，其内能不一定增加，物体对外界做功，其内能不一定减少，故B错误；第二类永动机没有违反热力学第一定律，不能制成是因为它违反了热力学第二定律，故C正确；通过做功的方式可以使热量从低温物体传递给高温物体，如电冰箱制冷时热量从低温物体传递给高温物体，故D错误．三、能源与能量耗散导学探究(1)流动的水带动水磨做功，由于磨盘和粮食之间的摩擦和挤压，使磨盘和粮食的温度升高，水流的一部分机械能转变成了内能，这些内能最终流散到周围的环境中，我们没有办法把这些流散的内能重新收集起来加以利用．可见，内能与机械能相比，哪种能量的品质低？(2)如图2所示是两幅宣传节约能源的图片．请问：既然能量是守恒的，我们为什么还要节约能源？图2答案(1)内能．(2)能量是守恒的，但能量耗散却导致能量品质的降低，在利用它们的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的能量．知识深化能量与能源的区别1．能量是守恒的，既不会增加也不会减少．2．能源是能够提供可利用能量的物质．3．能量耗散，能量总量不变，但能量品质会下降即能源减少，故我们要节约能源．(2020·启东中学高一期中)全球受“新冠”疫情的影响，能源市场需求减少，国际原油价格一路走低．下列关于能量和能源说法正确的是()A．由于自然界的能量守恒，所以不需要节约能源B．在利用能源的过程中，能量在数量上并未减少C．能量耗散说明能量在转化过程中没有方向性D．人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造解析根据能量守恒定律可知，能量不会被创造，也不会凭空消失，B正确，D错误；由于能量传递具有方向性，能量耗散导致能量品质降低，所以必须节约能源，A、C错误.1．(对热力学第二定律的理解)(2020·上海市金山中学高二期末)关于自然过程中的方向性，下列说法正确的是()A．摩擦生热的过程是可逆的B．凡是符合能量守恒的过程一般都是可逆的C．实际的宏观过程都具有“单向性”或“不可逆性”D．空调机既能制冷又能制热，说明传热不存在方向性答案 C解析摩擦生热的过程是不可逆的，故A错误；能量守恒具有单向性，一般是不可逆，故B 错误；实际的宏观过程都具有“单向性”或“不可逆性”，故C正确；空调机既能制冷又能制热，并不能说明传热不存在方向性，而是在相反的过程中，要引起其他方面的变化，故D 错误．2．(对热力学第二定律的理解)(多选)根据热力学第二定律，下列判断正确的是()A．热机中燃气的内能不可能全部转化为机械能B．电能不可能全部变成内能C．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部转化成电能D．在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体答案ACD解析与热现象有关的宏观自然过程都具有方向性，无论采用什么设备和手段进行能量转化，总是遵循“在没有引起其他变化的情况下，机械能可全部转化为内能，而内能不能全部转化为机械能”，故A正确；由焦耳定律可知，电能可以全部转化为内能，故B错误；火力发电机发电时，能量转化的过程为内能→机械能→电能，因为内能→机械能的转化过程中会对外放出热量，故燃气的内能不能全部转变为电能，故C正确；热量从低温物体传递到高温物体不能自发进行，必须借助外界的帮助，故D正确．3．(热力学第一定律和热力学第二定律)关于两类永动机和热力学两大定律，下列说法正确的是()A．第二类永动机不可能制成是因为违背了热力学第一定律B．第一类永动机不可能制成是因为违背了热力学第二定律C．由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，传热也不一定改变内能，但同时做功和传热一定会改变内能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答案 D解析第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机违背热力学第二定律，A、B错误；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选项D中的现象是可能的，但会产生其他影响，D正确．4．(能源与能量耗散)(多选)(2021·江苏期中)下列关于能量耗散的说法正确的是()A．能量耗散使能量的总量减少B．能量耗散遵守能量守恒定律C．能量耗散是指耗散在环境中的内能再也不能被人类利用D．能量耗散导致能量品质的降低答案BCD解析能量耗散是能量在转化的过程中有一部分以内能的形式被周围环境吸收，遵守能量守恒定律，但使得能量品质降低，选项A错误，B、D正确；耗散在环境中的内能无法再被人类利用，选项C正确．考点一对热力学第二定律的理解1．(多选)下列哪个过程具有方向性()A．热传导过程B．机械能向内能的转化过程C．气体的扩散过程D．气体向真空中的膨胀答案ABCD解析这四个过程都是与热现象有关的宏观过程，它们都具有方向性．2．把水和酒精混合后，用蒸发的方式又可以分开，然后液化恢复到原来的状态，这说明() A．扩散现象没有方向B．将水和酒精分开时，引起了其他变化，故扩散具有方向性C．将水和酒精分开时，并没有引起化学变化，故扩散现象没有方向性D．用本题的实验，无法说明扩散现象是否具有方向性答案 B解析从题中可明显看出，两者混合时是自动产生的，但两者分离时，要先加热后冷却，也就是说，向分离与向混合这两个方向的发展是可以通过过程是否自动完成、是否需要外加其他手段才能完成来区分的，因此，可以证明扩散是有方向性的，B正确，A、C、D错误．3．下列说法正确的是()A．一切形式的能量间的相互转化都具有方向性B．热量不可能从低温物体传给高温物体C．气体的扩散过程具有方向性D．一切形式的能量间的相互转化都不具有方向性答案 C解析热力学第二定律反映了所有与热现象有关的宏观自然过程都具有方向性，A、D错误；热量能从低温物体传给高温物体，但要产生其他影响，B错误；气体扩散过程具有方向性，C正确．4．(多选)下列宏观过程能用热力学第二定律解释的是()A．大米和小米混合后小米能自发地填充到大米空隙中，而经过一段时间大米、小米不会自动分开B．将一滴红墨水滴入一杯清水中，墨水会均匀扩散到整杯水中，经过一段时间，墨水和清水不会自动分开C．冬季的夜晚，放在室外的物体随气温的降低，不会将内能自发地转化为机械能而动起来D．随着节能减排措施的不断完善，最终也不会使汽车热机的效率达到100%答案BCD解析热力学第二定律反映的是与热现象有关的宏观过程的方向性的规律，A不属于热现象，A不符合题意；由热力学第二定律可知B、C、D符合题意．5．(多选)若有人想制造一种使用于轮船上的机器，它从海水中吸热全部转变为功，关于这种设想，下列说法正确的是()A．这种机器能造成B．这种机器不能造成C．这种机器违反了热力学第一定律D．这种机器违反了热力学第二定律答案BD解析这种机器从海水中吸热全部转变为功，这相当于第二类永动机，第二类永动机不违反热力学第一定律，但违反了热力学第二定律，不能造成，故B、D正确．6．下列说法正确的是()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是因为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．从单一热源吸收的热量全部变成功是可能的答案 D解析机械能可以全部转化为内能，故A错；第二类永动机不可能制造成功是因为它违背了热力学第二定律，故B错；热量不能自发地从低温物体传到高温物体，但如果不是自发的，是可以进行的，故C错；从单一热源吸收热量全部用来做功而不引起其他变化，是不可能的，但如果是从单一热源吸收热量全部变为功的同时也引起了其他的变化，是可能的，故D对．考点二能源与能量耗散7．热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象．所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把流散的能量重新收集并加以利用．下列关于能量耗散的说法正确的是()A．能量耗散说明能量不守恒B．能量耗散不符合热力学第二定律C．能量耗散过程中能量仍守恒D．能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程不具有方向性答案 C解析能量耗散过程中能量还是守恒的，能量耗散符合热力学第二定律，C正确．8．下列哪些现象属于能量耗散()A．利用水流能发电变成电能B．电能通过灯泡中的电阻丝转化为光能C．电池的化学能转化为电能D．火炉把房子烤暖答案 D解析能量耗散是指其他形式的能转化为内能，最终流散在周围环境中无法重新收集并加以利用的现象，能够重新收集并加以利用的不能称为能量耗散．电能、光能都可以重新收集并加以利用，如用光作为能源的手表等，只有当用电灯照明时的光能被墙壁吸收之后变为周围环境的内能，才无法重新吸收并加以利用，但本题没有告诉光能用来做什么，故不能算能量耗散，只有火炉把房子烤暖后使燃料的化学能转化成内能并流散在周围的环境中，无法重新收集并加以利用，才是能量耗散．故D正确．9．(多选)关于制冷机制冷过程的说法中，正确的是()A．此过程违反了热力学第二定律B．此过程没有违反热力学第二定律C．此过程违反了能量守恒定律D．此过程没有违反能量守恒定律答案BD解析制冷机可以从低温物体吸收热量传给高温物体，但必须消耗电能，热力学第二定律并不否认热量可从低温物体传给高温物体，只是该过程会产生其他影响，A错误，B正确；任何自然和物理过程都不违反能量守恒定律，C错误，D正确．10．(2020·南京市中华中学高二月考)下列说法正确的是()A．第二类永动机不可能制成功的原因是违背能量守恒定律B．热力学第二定律可表述为所有自发的热现象的宏观过程都具有方向性C．因为能量守恒，所以能源危机是不可能的D．摩擦力做功的过程，必定有机械能转化为内能答案 B解析第二类永动机不可能制造成功的原因是违背热力学第二定律，但不违背能量守恒定律，选项A错误；热力学第二定律可表述为所有自发的热现象的宏观过程都具有方向性，选项B 正确；能量虽然守恒，但有些能量耗散以后就将不能再利用，故要节约能源，选项C错误；静摩擦力做功，没有机械能转化为内能，选项D错误．。

第十章热力学定律知识整理

第十章热力学定律10.1 功和内能1. 焦耳的实验（1）两个具有代表性的实验：①重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升。

②正在降落的重物使发电机发电，通过电流的热效应给水加热。

（2）实验结论：在各种不同的绝热过程中，如果使系统从状态1 变为状态2，所需外界做功的数量是相同的。

也就是说，要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的数量只由过程始末两个状态1、2 决定，而与做功的方式无关。

（3）绝热过程：系统只由于外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫做绝热过程。

2. 内能（1）定义：任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统自身状态的物理量，这个物理量在两个状态间的差别与外界在绝热过程中对系统所做的功相联系。

鉴于功是能量变化的量度，所以这个物理量必定是系统的一种能量，我们把它称为系统的内能。

（2）定义式：当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的增加量ΔU＝U2－U1就等于外界对系统所做的功W，即ΔU＝W①当外界对系统做功，系统的内能增加，在绝热过程中，内能的增量就等于外界对系统做的功。

②当系统对外界做功，系统的内能减少。

在绝热过程中，系统对外界做多少功，内能就减少多少。

（3）内能微观定义：系统中所有分子热运动的动能和分子间的相互作用势能的总和叫做系统的内能。

系统的内能是由它的状态决定的。

10.2 热和内能1. 热传递（1）定义：两个温度不同的物体相互接触时温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，我们说，热量从高温物体传到了低温物体。

这样的过程叫做热传递。

（2）热传递有三种方式：热传导、热对流和热辐射，如图所示。

（3）热传递的条件：①两个物体②存在温度差2. 热和内能（1）在外界对系统没有做功的情况下，热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。

吸收热量内能增加，放出热量内能减少。

当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2，内能的增量ΔU＝U2－U1就等于外界向系统传递的热量Q，即ΔU＝Q（2）热量的概念也只有在涉及能量的传递时才有意义。

第4章热力学第二定律+ 描述无序程度的物理量

４、3 热力学第二定律4、４描述无序程度的物理量学习目标知识脉络1、明白热传递及宏观过程的方向性、(重点)2。

理解热力学第二定律的两种不同的表述,以及这两种表述的物理实质、(重点、难点)3、明确什么是有序和无序,理解热力学第二定律的微观意义。

(难点)４、了解熵的概念。

热力学第二定律1、自然过程的方向性(1)热传递具有方向性:热量能够自发地从高温物体传到低温物体,却不估计自发地从低温物体传到高温物体、(2)一切自发过程都是有方向性的,是不可逆的、２、热机(1)定义:一种把内能转化为机械能的装置、(２)理想热机的工作原理:热机从热源吸收热量Ｑ1,推动活塞做功W,然后向低温热源(冷凝器)释放热量Q2。

(3)效率:由能量守恒定律知:Q1=W＋Q2,而我们把热机做的功W和它从热源的比值叫做热机效率,用η表示,即η=＼f(Ｗ,Q1)、吸收的热量Q１(4)热机不估计把它得到的全部内能转化为机械能,即效率不估计达到10０％、３。

热力学第二定律(1)克劳修斯表述:不估计使热量从低温物体传到高温物体,而不引起其他变化。

此表述揭示出热传递具有方向性、(2)开尔文表述:不估计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、此表述揭示出能量在转化过程中具有方向性、(3)第三种表述:第二类永动机是不估计制成的、错误!1。

温度不同的两个物体接触时,热量会自发地从低温物体传给高温物体、(×)2、热传导的过程是具有方向性的、(√)3、热量不能由低温物体传给高温物体、(×)＼o([后考虑］)热量能自发地从高温物体传给低温物体,我们所说的“自发地”指的是没有任何的外界影响或者帮助。

电冰箱是让“热”由低温环境传递到高温环境、这是不是自发进行的？说明理由。

图4、3。

1【提示】电冰箱能够把热量从低温物体传给高温物体,在该过程中电冰箱要消耗电能。

一旦切断电源,电冰箱就不能把其内部的热量传给外界的空气了,相反,外界的热量会自发地传给电冰箱,使其温度逐渐升高、1、对热力学第二定律的理解(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的。

新教材高中物理第三章热力学定律第三节热力学第二定律课件粤教版选择性必修第三册

二、注重学以致用和思维建模
1． 17世纪70年代，英国人设计了一种磁力“永动机”，其结构如图所示，在斜面顶端放一块强磁铁M，斜面上、下端各有一个小孔 P、Q，斜面下有一个连接两小孔的弯曲轨道。设计者认为：如果在斜坡底放一个铁球，那么在磁铁的引力作用下，铁球会沿斜面向上运动，当球运动到P孔时，它会漏下，再沿着弯曲轨道返回到Q，由于这时球具有速度，所以可以对外做功，然后铁球又被磁铁吸引回到上端，到P处又漏下……对于这个设计，下列判断正确的是 () A．满足能量守恒定律，所以可行 B．不满足热力学第二定律，所以不可行 C．不满足机械能守恒定律，所以不可行 D．不满足能量守恒定律，所以不可行解析：该装置可以持续不断的对外做功，违背了能量守恒定律，故不可行，D正确。答案：D
动平均动能的标志，温度越高，分子热运动平均动能越大，故D正确。答案：D
一、培养创新意识和创新思维 (选自鲁科版新教材“物理聊吧”)一只完好的杯子从高处落到地上摔碎了(如
图所示)，这是一个可逆过程还是不可逆过程？在这个过程中熵是增加还是减少？为什么？
提示：完好的杯子落到地上摔碎了，它不可能自发地恢复到原来的状态，此过程是一个不可逆过程，这个过程中杯子的无序程度增加了，所以熵增加了。
探究(一) 热力学第二定律的理解及应用 [问题驱动] 如图是热量在传递过程中的情景。
讨论： (1)在自然过程中热量是如何传递的？
提示：热量由温度高的物体传递给温度低的物体，或由温度高的地方传递到温度低的地方。 (2)空调和冰箱是如何传递热量的？提示：空调和冰箱可以通过电机做功，把热量从温度比较低的房间内或冰箱内传递到房间外或冰箱外。
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，

热学过程的方向性实例1、热传导的...

例5.根据热力学第二定律，可知下列说法中正确的是（ AD） A．不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其它变化 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，而不引起其它的变化的热机是可实现的 C．致冷系统能将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气中而不引起其它变化 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
例题分析：
• [例1]根据热力学第二定律，下列判断正确的是 • A. 电流的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为电能 • C．热机中，燃气内能不可能全部变为机械能 • D．在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温
度物体．
• [解析]根据热力学第二定律可知，凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，电流的能可全部变为内能(由电流热效应中的焦耳定律可知)，而内能不可能全部变成电流的能．机械能可全部变为内能，而内能不可能全部变成机械能，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，所以选项B、C、D正确．
违背热力学第一定律的过程都不可能发生。
不违背热力学第一定律的过程不一定都可以发生。自然过程是按一定方向进行的。
热学过程的方向性（实例）
1、热传导的方向性 2、扩散现象有方向性
AB
AB
“气体向真空中绝热自由膨胀的过程是不可逆的”
热学过程的方向性（实例）
1、热传导的方向性 2、扩散现象有方向性 3、能量转化有方向性
•这是因为电冰箱消耗了电能，对致冷系统做了功。一旦切断电源，电冰箱就不能把其内部的热量传给外界的空气了。相反，外界的热量会自发地传给电冰箱，使其温度逐渐升高。

2024高考物理原卷

2024高考物理原卷一、关于电场和磁场，下列说法正确的是：A、电场线和磁感线都是闭合曲线B、电场中任意两点间电势差与零电势点的选取有关C、磁场中某点的磁感应强度方向与该点小磁针静止时北极所指方向相同D、电场强度和磁感应强度都是矢量，都遵循平行四边形定则（答案）D解析：电场线从正电荷出发，到负电荷终止，不是闭合曲线；磁感线是闭合曲线。

电场中任意两点间电势差是绝对的，与零电势点的选取无关。

磁场中某点的磁感应强度方向与该点小磁针静止时北极所指方向相同，这是磁感应强度方向的定义。

电场强度和磁感应强度都是矢量，都遵循平行四边形定则，这是矢量运算的基本法则。

二、关于电路，下列说法正确的是：A、电路中的电流总是从电源正极流出，经过用电器后流回电源负极B、在电路中，电源是提供电能的装置，用电器是消耗电能的装置C、电路中的电压表总是测量电源两端的电压D、电路中的电阻总是阻碍电流的流动，因此电阻越小越好（答案）B解析：在电路的外电路中，电流确实是从电源正极流出，经过用电器后流回电源负极，但在内电路中，电流方向可能相反。

电源是提供电能的装置，用电器是消耗电能的装置，这是电路的基本组成。

电压表测量的是与其并联部分电路两端的电压，不一定是电源两端的电压。

电阻在电路中起到阻碍电流的作用，但电阻的大小应根据电路的需要来选择，并不是越小越好。

三、关于光学，下列说法正确的是：A、光在真空中的传播速度最大，且在所有介质中的传播速度都相同B、光的折射现象中，折射角总是小于入射角C、光的干涉和衍射现象都证明了光具有波动性D、光的偏振现象说明光是纵波（答案）C解析：光在真空中的传播速度最大，但在不同介质中的传播速度不同，这取决于介质的折射率。

光的折射现象中，折射角与入射角的大小关系取决于光从哪种介质进入哪种介质，以及两种介质的折射率大小。

光的干涉和衍射现象都是波动性的表现，证明了光具有波动性。

光的偏振现象说明光是横波，因为只有横波才能发生偏振。

2024-2025学年高二物理选择性必修第三册(配人教版)第三章测评

第三章测评(满分:100分)一、单项选择题:本题共7小题,每小题4分,共28分。

在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。

1.一定质量的理想气体,在温度升高的过程中()A.气体的内能一定不变B.外界一定对气体做功C.气体一定从外界吸收热量D.气体分子的平均动能一定增大2.下列改变物体内能的方法属于做功的是()A.冷的物体接触热的物体后变热B.物体在火炉旁被烤热C.电流通过灯丝使灯丝发热D.热的物体放在通风处凉下来3.利用钨锅炼铁的场景如图所示。

若铁的质量大于钨锅的质量,起始时铁的温度比钨锅的温度低,当它们接触在一起时,忽略它们和外界交换的能量,下列说法正确的是()A.达到热平衡时,钨锅的温度比铁的低B.热传递的过程中,铁从钨锅吸收热量C.达到热平衡时,钨锅内能的减少量小于铁内能的增加量D.达到热平衡时,由于铁的质量大于钨锅的质量,钨锅内能的减少量大于铁内能的增加量4.(2024山东烟台高二期末)根据热力学定律,下列说法正确的是()A.利用永久磁体间的作用力可以造一台永远转动的机械B.对能源的过度消耗使自然界的能量不断减少,形成“能源危机”C.一定质量的理想气体通过等压变化和等容变化升高1 ℃吸收的热量不同D.电冰箱通电后把冰箱内低温物体的热量传到冰箱外高温物体说明热传递不存在方向性5.如图所示,一定量的理想气体从状态a开始,经历两个状态变化过程,先后到达状态b和c。

下列说法正确的是()A.在a→b过程中气体对外界做功B.在b→c过程中气体对外界做功C.在a→b过程中气体的内能逐渐变大D.在b→c过程中气体的内能逐渐变小6.(2024山东济南实验中学高二联考)潜水钟是一种水下作业工具。

将潜水钟的大铁罩倒扣在水面后使之下沉,不计下沉过程中水温的变化,下图是潜水钟缓慢下沉的示意图。

关于潜水钟内被封闭的气体,下列说法正确的是()A.气体向外界放出热量B.钟壁单位面积上单位时间内分子碰撞的次数不变C.气体内运动速率大的分子占比减小D.气体的体积不变7.(2024山西运城高二期末)一定质量的理想气体从初始状态a开始,经状态b、c、d再回到a,其p-T 图像如图所示,其中对角线ac的延长线过原点O,则下列说法正确的是()A.气体在状态b时的内能大于在状态a时的内能B.从状态b到c,气体体积变化量与气体温度变化量成正比C.从状态c到d,气体吸收热量D.从状态d到a,气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功二、多项选择题:本题共3小题,每小题6分,共18分。

第40届物理竞赛复赛试题

1、一个物体在光滑的水平面上做匀速直线运动，突然受到一个与运动方向垂直的恒力作用，物体将做：A、匀速直线运动B、匀变速直线运动C、匀变速曲线运动D、变加速曲线运动解析：物体原本做匀速直线运动，说明所受合力为零。

当受到一个与运动方向垂直的恒力作用时，合力不再为零，且合力方向与速度方向垂直。

根据牛顿第二定律，物体将产生与合力方向相同的加速度，因此物体将做匀变速曲线运动。

（答案）C2、关于光的波粒二象性，下列说法正确的是：A、光在传播时只表现出波动性，在发生光电效应时只表现出粒子性B、光的波动性和粒子性是相互排斥的，不能同时存在C、光的波粒二象性是指光既具有波动性，又具有粒子性D、光的波粒二象性是指光在某些时候是波，在某些时候是粒子解析：光的波粒二象性是指光既具有波动性（如干涉、衍射等现象），又具有粒子性（如光电效应、康普顿效应等现象）。

这两种性质不是相互排斥的，而是光在不同情况下的不同表现。

（答案）C3、一个带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，下列说法正确的是：A、粒子的速度越大，周期越大B、粒子的电荷量越大，周期越大C、粒子的质量越大，周期越大D、粒子的周期与速度、电荷量和质量均无关解析：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时，其向心力由洛伦兹力提供。

根据洛伦兹力公式和向心力公式，可以推导出粒子的周期公式T = 2πm / (qB)，其中m为粒子质量，q 为粒子电荷量，B为磁场强度。

由此可见，粒子的周期与速度无关，与电荷量和质量有关，但具体关系并非简单正比或反比。

然而，在本题选项中，只有D选项表述了周期与速度、电荷量和质量均无关这一正确事实（在磁场强度B一定的情况下）。

（答案）D4、关于热力学第二定律，下列说法正确的是：A、热量不能自发地从低温物体传导到高温物体B、热量可以自发地从低温物体传导到高温物体C、热力学第二定律是热力学第一定律的推论D、热力学第二定律说明了热现象具有方向性，但并未说明能量转化具有方向性解析：热力学第二定律表明，热量不能自发地从低温物体传导到高温物体，这是热现象宏观过程的方向性。

4、3能量的转化与守恒-沪科版

这些能量之间有联系吗？有什么联系呢？
太阳能的利用：太阳能转化为电能
讨论与思考
这些能量之间有联系吗？有什么联系呢？
汽车：化学能——内能——机械能——内能
讨论与思考
这些能量之间有联系吗？有什么联系呢？
水电站：水的机械能转化为电能
讨论与思考
这些能量之间有联系吗？有什么联系呢？
水果电池：化学能转化为电能
2、定律的表达式
E初＝E终；△E增＝△E减
3、说明：
a. 能量守恒定律普遍适用。
b. 第一类永动机不可制造。
C、效率概念
W有 P有
W总 P总
历史上有很多人不相信能量守恒定律的人，挖空心思想发明一种不消耗能量，却能不断对外做功的机器——永动机
17～18世纪许多机械专家就已经论证了永动机是不可能的
燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出去，它就不会再次自动聚集起来供人类重新利用，电池中的化学能转化为电能，它又通过灯泡转化成内能和光能，热和光被其他物质吸收后变为周围环境的内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用．这种现象叫做能量的耗散．
能量耗散与能量守恒是否矛盾，该怎样理解?
能量耗散和能量守恒并不矛盾，能量耗散表明，在能源利用的过程中，即在能量的转化过程中，能量在数量上并没有减少．但是可利用的品质上降低了，从便于利用变为不便于利用了。这是节约能源的根本原因．
练习
一质量均匀、不可伸长的绳索，重为G，A、B两端固定在天花板上，如图所示。现在最低点C处施加一竖直向下的力，将最低点缓慢拉至D点。在此过
程中，绳的重心位置（ A ）
A. 逐渐升高
B. 逐渐降低
C. 先降低后升高 D. 始终不变
A
B

教科版高中物理选择性必修第三册第三章第3节热力学第二定律

全部转化（自发）对第三者有影响
内能（热）
2.注意：在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产生其他影响”“单一热源”“不可能”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借助其他物体提供能量等.
②“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.
机械能和内能的转化过程具有方向性
自发全部
自发全部ຫໍສະໝຸດ 思考：满足能量守恒定律的过程是否都能实现呢?
物体间的传热
温度由高到低
热现象
气体的膨胀扩散现象
特定的方向
体积由小到大密度由密到疏
有摩擦的机械运动
由机械能到内能
无数事实告诉我们，凡是实际的过程，一切与热现象有关的宏观
自然过程都是不可逆的。
反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律。
一辆汽车在水平地面上滑行，由于克服摩擦力做功，最后要停下来。在这个过程中，物体的动能转化成为内能，使物体和地面的温度升高.
我们能不能看到这样的现象：一辆汽车靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使汽车运动起来．
有人提出这样一种设想，发明一种热机，用它把物体与地面摩擦所生的热量都吸收过来并对物体做功，将内能全部转化为动能，使因摩擦停止运动的物体在地面上重新运动起来，而不引起其它变化．
Q1
Q1
，热机从热源吸取的热量Q1全部变
成功W，即Q2＝0，该机器唯一的结果就是从单一热源吸取热量全部变成功而不
产生其它影响。此时热机的效率η＝1(100%)， η＝1的热机称为第二类永动机。
4.理解：

热力学第二定律的微观解释

熵和系统内能一样都是一个状态函数，仅由系统的状态决定。从分子运动论的观点来看，熵是分子热运动无序(混乱)程度的定量量度。
S=KlnΩ
K玻耳兹曼常量
一个系统的熵是随着系统状态的变化而变化的。在自然过程中，系统的熵是增加的。在绝热过程或孤立系统中，熵是增加的，叫做熵增加原理。对于其它情况，系统的熵可能增加，也可能减小。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。
热力学第二定律的微观解释
1.有序和无序有序：只要确定了某种规则，符合这个规则的就叫做有序。无序：不符合某种确定规则的称为无序。无序意味着各处都一样，平均、没有差别，有序则相反。有序和无序是相对的。 2.宏观态和微观态宏观态：符合某种规定、规则的状态，叫做热力学系统的宏观态。微观态：在宏观状态下，符合另外的规定、规则的状态叫做这个宏观态的微观态。系统的宏观态所对应的微观态的多少表现为宏观态无序程度的大小。如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说这个 “宏观态”是比较无序的，同时也决定了宏观过程的方向性—— 从有序到无序。
定义热力学几率：与同一宏观态相应的微观态数称为热力学几率。记为。在上例中，均匀分布这种宏观态，相应的微观态最多，热力学几率最大，实际观测到的可能性或几率最大。对于1023个分子组成的宏观系统来说，均匀分布这种宏观态的热力学几率与各种可能的宏观态的热力学几率的总和相比，此比值几乎或实际上为100%。所以，实际观测到的总是均匀分布这种宏观态。即系统最后所达到的平衡态。
• 可爱的熵 • 物理学中有个熵定律，也就是著名的热力学第二定律。熵的增加表示宇宙物质的日益混乱和无序，是无效能量的总和。熵本身既不是好事，也不是坏事；它意味着腐败和混乱，但它同时也意味着生命本身的展开 ──不论是有机的，还是无机的生命。卡农、乔治·梅特勒的大爆炸学说也认为，宇宙是以有序的状态开始，不断地向无序状态发展，它与热力学第二定律是相符的。热力学第一定律说明能量是守恒的、不灭的，只能从一种形式转变到另一种形式；热力学第二定律（熵定律）却表明：能量不可逆转地沿着一个方向转化，即从对人类来说是可利用的变为不可利用的状态。

高中物理第3章热力学定律第3节热力学第二定律第4节熵__系统无序程度的量度学案鲁科版选择性3

第3节热力学第二定律第4节熵——系统无序程度的量度学习目标：1.[物理观念］知道热传导及宏观过程的方向性．2。

［科学态度与责任]知道热力学第二定律的多种表述,并了解用热力学第二定律解释第二类永动机不可能制成的原因．3。

[科学态度与责任]了解熵的概念及熵增加原理,并能解释生活中的有关现象．一、自然过程的方向性热力学第二定律的表述1．自然过程的方向性（1）可逆过程和不可逆过程①可逆过程一个系统由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态，如果存在另一过程，它能使系统和外界完全复原,即系统回到原来的状态，同时消除原来过程对外界的一切影响,则原来的过程称为可逆过程．②不可逆过程如果用任何方法都不能使系统与外界完全复原，则原来的过程称为不可逆过程．(2)热传导的方向性①热量可以自发地由高温物体传给低温物体，或者由物体的高温部分传给低温部分．②热量不能自发地由低温物体传给高温物体．③热传递是不可逆过程，具有方向性．(3）功和热相互转变的方向性①功转变为热这一热现象是不可逆的，具有方向性．②热转变为功这一热现象也是不可逆的，具有方向性．(4)结论凡是与热现象有关的宏观过程都具有方向性．2．热力学第二定律的表述（1）第一种表述(克劳修斯表述）不可能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化．（说明热传递的方向性)（2）第二种表述(开尔文表述）不可能从单一热源吸取热量,使之完全用来做功而不引起其他变化．(说明功热转化的方向性）热力学第二定律的这两种表述是等价的．热现象的宏观过程是不可逆的．（3）第二类永动机①定义从单一热源吸取热量并使之完全转化为功而不引起其他影响的机器．②第二类永动机不可能制成第二类永动机虽然不违背热力学第一定律，但违背了热力学第二定律．③热力学第二定律的又一表述第二类永动机是不可能实现的．二、熵1．有序与无序（1)温度高低的区别在于分子的平均动能不同．热传递这个不可逆过程使无序程度增加了．（2)热力学第二定律的微观本质：与热现象有关的自然发生的宏观过程总是沿着大量分子热运动无序程度增大的方向进行．2．熵和熵增加原理（1)熵的定义用来量度系统无序程度的物理量叫作熵．（2)熵增加原理在孤立系统中的宏观过程必然朝着熵增加的方向进行，孤立系统是指与外界既没有物质交换也没有能量交换的系统．3．无处不在的熵在熵增加的同时,一切不可逆过程总是使得能量，从可利用状态转化为不可利用状态，能量品质退化了,这种现象称为能量退降．1．思考判断（正确的打“√”,错误的打“×”）（1）第一类永动机违背了能量守恒定律．（√)（2）机械能可以转化为内能,内能不可以转化为功． (×）(3)在一定条件下，热量也可以从低温物体传给高温物体．（√）(4)熵是系统内分子运动无序性的量度．（√）（5)在自然过程中熵总是增加的．（√)(6）熵值越大代表越有序．（×）热力学第二定律的理解1．对两种表述的理解(1)热力学第二定律的两种表述看上去似乎没有什么联系，然而实际上它们是等价的,即由其中一个，可以推导出另一个．（2）“不引起其他变化"是指使热量从低温物体传递到高温物体时外界不消耗任何功,或从单一热源吸收热量全部用来做功而外界及系统都不发生任何变化．（3)克劳修斯表述是说热量不能自动地从低温物体转移到高温物体．如果外界消耗一定量的功，把热量从低温物体转移到高温物体是完全可能的，如电冰箱和空调机的制冷过程．（4）开尔文表述表明了在引起其他变化或产生其他影响的条件下，热量能够完全转化为功,如理想气体的等温自由膨胀，内能不变,吸收的热量全部转化为功，但却引起了体积的膨胀．2．热力学第二定律的普遍性热力学第二定律的每一种表述都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，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．3．热力学第二定律的推广对任何一类宏观自然过程进行方向的说明，都可以作为热力学第二定律的表述．例如，在图中，盒子中间有一个挡板，左室为真空，右室有气体．撤去挡板后，右室的气体自发向左室扩散，而相反的过程不可能自发地进行．因此,热力学第二定律也可以表述为:气体向真空的自由膨胀是不可逆的．【例1】（多选）下列关于热力学第二定律的说法正确的是(）A．所有符合能量守恒定律的宏观过程都能真的发生B．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的C．机械能可以全部转化为内能,而内能无法全部用来做功以转换成机械能而不产生其他影响D．气体向真空的自由膨胀是可逆的BC［热运动的宏观过程都有一定的方向性，符合能量守恒定律的宏观过程并不能都真的发生，故A错误；根据热力学第二定律，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的,所以气体向真空的自由膨胀是不可逆的,故B正确，D错误；根据热力学第二定律，不可能从单一热源吸热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，所以机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功以转换成机械能,故C正确．］理解热力学第二定律的方法(1)理解热力学第二定律的实质，即自然界中进行的所有涉及热现象的宏观过程都具有方向性．理解的关键在于“自发”和“不引起其他变化"．(2)正确理解哪些过程不会达到100％的转化而不产生其他影响．[跟进训练］1．（多选)下列说法正确的是(）A．机械能全部转化为内能是不可能的B．第二类永动机不可能制造成功的原因是因为能量既不会消失，也不会创生，只能从一个物体转移到另一个物体，或从一种形式转化为另一种形式C．根据热力学第二定律可知，热量可能从低温物体传到高温物体D．从单一热源吸收的热量全部变为功是可能的CD［机械能可以全部转化为内能,故A错误；第二类永动机不可能制造成功是因为它违背了热力学第二定律,故B错误；热量不能自发地从低温物体传到高温物体，但如果不是自发地,是可以进行的，故C正确；从单一热源吸收的热量全部用来做功而不引起其他变化，是不可能的，但如果是从单一热源吸收的热量全部变为功的同时也引起了其他的变化,是可能的,故D正确．]熵成语“覆水难收”指一盆水泼出后是不可能再回到盆中的,请结合熵的变化解释为什么水不会自发地聚到盆中．提示：由于盆的形状确定，水在盆中时,空间位置和所占据的空间的体积一定，显得“有序"“整齐”和“集中”，系统的熵低．当把水泼出后，它的形状不再受盆的限制，各种可能的形状都有，占据的空间面积和所处的位置都有多种可能，显得“混乱"“分散"，较为“无序”，系统的熵高．水泼出的过程属于从有序向无序1．对熵的理解(1)熵是反映系统无序程度的物理量,系统越混乱,无序程度越大，这个系统的熵就越大．(2)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．2．对熵增加原理的理解（1)对于孤立的热力学系统而言，所发生的是由非平衡态向着平衡态的变化过程,因此,总是朝着熵增加的方向进行．或者说，一个孤立系统的熵永远不会减小．这就是熵增加原理．(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，熵值越大代表着越无序，所以自发的宏观过程总是向无序程度更大的方向发展．【例2】(多选)对于孤立体系中发生的实际过程，下列说法正确的是(）A．系统的总熵只能增大，不可能减小B．系统逐渐从比较有序的状态向无序的状态发展C．系统逐渐从比较无序的状态向更加有序的状态发展D．在自然的可逆过程中，孤立系统的总熵不变ABD［根据熵增加原理,一个孤立系统发生的实际过程,总熵只能增大，A正确；对于可逆的自然过程,总熵不变，D正确；再根据熵的物理意义，它量度系统的无序程度,熵越大，无序程度越大，故B正确，C错误．]关于熵的四点注意（1）熵的微观意义:熵是系统内分子运动无序性的量度．(2）熵不是守恒的量,孤立体系经过一个不可逆过程，熵总是增加的．(3）熵的本质：熵是体系微观混乱度的量度，混乱度越大，熵值也越大．（4)一个孤立系统在自然可逆过程中,总熵不变．[跟进训练］2．（多选)在下列叙述中，正确的是()A．熵是物体内分子运动无序程度的量度B．对孤立系统而言,一个自发的过程中熵总是向减少的方向进行C．热力学第二定律的微观实质是：熵总是增加的D．熵值越大，表明系统内分子运动越无序ACD[熵是物体内分子运动无序程度的量度，系统内分子运动越无序,熵值越大，故A、D正确；对孤立系统而言，一个自发的过程中熵总是向增加的方向进行，故B错误；根据热力学第二定律，扩散、热传递等现象与温度有关,凡是与热现象有关的宏观过程,都具有方向性,其实质表明熵总是增加的，故C正确．]1．（多选)关于有序和无序，下列说法正确的是()A．有序和无序是绝对的B．一个“宏观态”可能对应着许多的“微观态"C．一个“宏观态”只能对应着唯一的“微观态”D．无序意味着各处一样、平均、没有差别BD［因为无序是各处都一样、平均、没有差别，故D项正确；而有序和无序是相对的,故A项错；一个“宏观态"可能对应着许多的“微观态",B项正确,C项错误．］2．(多选）关于热力学第二定律，下列说法正确的是() A．空调既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性B．“第二类永动机”不可能制成因为它违反了能量守恒定律C．自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的D．自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的CD［空调制热和制冷都会消耗电能，不是自发进行的，选项A错误；“第二类永动机”不可能制成是因为它违反了热力学第二定律，不违反能量守恒定律，选项B错误；根据熵增加原理，自然发生热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的，选项C正确；根据热力学第二定律，自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的，选项D正确．] 3．(多选）关于气体向真空扩散的规律，正确的是（）A．气体分子数越少，扩散到真空中的分子全部回到原状态的可能性越大B．气体分子数越大,扩散到真空中的分子全部回到原状态的可能性越大C．扩散到真空中的分子在整个容器中分布越均匀，其宏观态对应的微观态数目越大D．气体向真空中扩散时，总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行ACD［气体分子向真空中扩散时，分子数越少，分子全部分布于原状态下即全部回到原状态的概率越大，分子数越多，分子全部分布于原状态下即全部回到原状态的概率越小，A正确，B错误；扩散到真空中的分子在整个容器中均匀分布的概率最大,即其宏观态对应的微观态最多，并且这一宏观态的无序性最强，C、D正确．]4．(多选)从微观角度看（）A．热力学第二定律是一个统计规律B．一个孤立系统总是从熵大的状态向熵小的状态发展C．一个宏观状态所对应的微观状态越多，越是无序，熵值越大D．出现概率越大的宏观状态,熵值越大ACD[由熵增加原理“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”可知B错误，A、C、D正确．］5．关于热现象和热学规律，下列说法正确的是（)A．随着低温技术的发展，我们可以使温度逐渐降低，并达到绝对零度，最终实现热机效率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。

宏观过程的方向与限度——可逆性判据(Ⅱ)

或
ｄｓ一
』环
≥ ０
实际上，（）式１和式（）是热力学第二定律的数２就学表达式，是普遍性的过程可逆性判据。大于也
（）２中的一ｄ／环一项便可处理为环境的熵变Ｑｒｆｄ环。于是，１和式（）Ｓ式（）２又可分别写作：
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２７第（第期０年４总９）０期６
墨素窀哮
８５
宏观过程的方向－ｑ限度
— —
可逆性判据（１１）
瑛朱瑞恒赵，，镇
黑恩成孙，
（华东理工大学１化学系２理优部，海２０３）．．上０２７
［关键词］克劳修斯不等式；平衡判据；熵增原理；熵；不可用能
前文以可逆过程为参照，用热力学方法，运得
系统中的过程，１和式（）式（）２可分别简化为
Ａ ≥ ０ＳｄＳ≥ ０（）３（）４
到了宏观过程方向与限度的普遍规律一一克劳修
［要］文从平衡判据的普遍规律—— 克劳修斯不等式出发，照不同的过程条件，摘本按分别讨论了熵判
据、氏函数和吉氏函数判据以及相变化和化学变化的可逆性判据。同时指出了这些平衡判据所包含亥
的物理意义及它们间的一些内在联系。
还会发生相应变化。
一
可见，原来的系统与环境合二而一，构成了一个孤立系统，它的总熵变可作为过程方向与限度的判

宏观经济过程方向性

变化。在这种情况下，资本品总市场价值不变，
数。
常
增加。但是影响雇主之决策者还有其他因素，我看不出有
什么目的摈斥后者。故我宁愿着重于有效需求之全部改变，而不仅仅着重于有效需求之局部改变— — 反映上期未出售存货量之增减者。”
边际产量不变的情况下，等式左面可表示总产品数量。
二、宏观经济均衡态的在新古典主义框架下的另外一种描绘
按统计理论角度看，均匀分布是几率最大的一种分
三、宏观经济状态的改变
宏观经济非均衡状态直接体现为资本收益在资本空间内的非均匀分布，即等量资本获得的是非等量收益，这是由于存在总资本存量的增加。首先，对资本品的支
流量。
之总结果，投资量是雇主投资行为之总结果，但二者必然
相等，因为二者都等于所得减消费。”在凯恩斯的理论分
析中，投资概念包括我们今天教科书中所说的非计划存货
投资。同期的经济学家郝特雷（Ｇ．ｗｔｅ）Ｒ．Ｈａｒｙ曾针对凯恩
斯定义的投资概念提出修正。对此凯恩斯在通论中指出：“ 郝特雷对流动资本之改变，即对未出售存货量之意外的增加或减少，非常看重。他提出了一个投资之定义，把这种变动摈斥于投资之外。在这种情形之下，所谓储蓄
的均衡状态，存在可测状态参数（、，），它们分别、
代表价格水平、利息率、资本存量。此时的利息率是资本存量的收益率，而借贷资本的价格看作是机会成本。宏观经济由一个均衡态向另一个均衡态过渡的经济过程中，我们需要用过程量来描绘，这也就是通常所说的