2017-2018学年高中物理人教版选修3-3教学案：第十章 第4节 热力学第二定律 Word版含解析

4 热力学第二定律【教学目标】1、了解热传导过程的方向。

2、了解什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可能制成。

3、了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。

4、指导学生分析事例，培养学生分析问题和理论联系实际的能力【重点、难点分析】1、热力学第二定律表述的物理实质2、自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性【课时安排】一课时【课前准备】一盆凉水，准备一个酒精灯和一个铁块，铁钳【教学设计】引入新课我们在初中学过，当物体温度升高时，就要吸收热量；当物体温度降低时，就要放出热量。

而且热量公式Q = cm△t，这里有一个有趣的问题：地球上有大量的海水,它的总质量约为1.4×1018 t , 如果这些海水的温度降低0.1o C,将要放出多少焦耳的热量?海水的比热容为C=4.2×103J/(kg·℃)。

下面请大家计算一下。

学生计算：Q = 4.2×103×1.4×1018×103×0.1 = 5.8×1023J这相当于1800万个功率为100万千瓦的核电站一年的发电量。

为什么人们不去研究这“新能源”呢？原来，这样做是不可能的，这涉及物理学的一个基本定律，这就是本节要讨论的热力学第二定律。

【板书】热力学第二定律【板书】一、热传导的方向性教师实验，点燃酒精灯，用钳夹住事先准备好的铁块，在火焰上灼烧一段时间后，问学生现在用手摸会出现什么现象？下面把灼热的铁块放入冷水中，过一段时间，拿出铁块现在你们敢用手摸吗？通过这个实验说明什么问题？学生思考，教师给予启发学生答：热量从温度高的物体自发地传给温度低的物体再让学生列举一些这样的例子例如：雪花落在手上就融化，挨着火炉就温暖等等教师反问学生：大家是否想过热量为什么不会自发地从低温物体传给高温物体，使低温物体的温度越来越低，高温物体的温度越来越高。

这里所说的“自发地”，指的是没有任何外界的影响或帮助。

第4节热力学第二定律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。

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。

3．热机的效率：热机输出的机械功W 与燃料产生的热量Q 的比值，即η＝W Q ，W <Q ，热机的效率不可能达到100%。

一、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，决不会自发地分开而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：物体在水平面上运动，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膨胀，但绝不可能出现气体自发地从容器中流出，容器变为真空。

5．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。

6．热力学第二定律：反映宏观自然过程的方向性的定律。

二、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，这就是热力学第二定律的克劳修斯表述，阐述的是热传递的方向性。

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。

(即机械能与内能转化具有方向性)3．对热力学第二定律的理解热力学第二定律的两种表述是等价的，也可以表述为：气体向真空的自由膨胀是不可逆的。

4．第二类永动机(1)定义：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。

第十章热力学定律教学目标：1．知识目标通过例题的讲解，使学生对本章的基本概念和基本规律有进一步地理解，并能熟练应用本章知识分析解决物理问题。

2．能力目标在熟练掌握基本概念、基本规律的基础上，能够分析和解决一些实际问题。

3．物理方法教育目标通过复习，培养学生归纳知识和进一步运用知识的能力，学习一定的研究问题的科学方法。

复习重点：对物理概念的深刻含义、对物理概念的综合性运用教学方法：复习提问，讲练结合，学案导学教具投影片，学案教学过程一、本章知识脉络二、本章要点追踪1．改变物体的内能有两种方式（1）做功：在绝热过程中，外力做功，物体内能增加；克服外力做功，物体内能减少。

（2）热传递：在单纯传热过程中，吸收热量，物体内能增加；放出热量，物体内能减少。

（3）做功和热传递在改变物体的内能上是等效的，但有区别，做功是能量的转化，热传递是能量的转移。

2．热传递热量从高温物体传到低温物体，或者从物体的高温部分传到低温部分的过程叫做热传递。

热传递是通过热传导、热对流和热辐射三种方式来实现的。

在实际的热传递过程中，这三种方式往往不是单独进行的。

（1）热传导是由于大量分子、原子等相互碰撞，使能量从物体的高温部分传至低温部分的过程。

热传导是固体热传递的主要方式，在气体和液体中，热传导往往与热对流同时进行。

（2）热对流是靠液体或气体的自然流动，使能量从高温部分传至低温部分的过程。

热对流是液体和气体热传递的主要方式。

（3）热辐射是物体不依靠任何媒质，直接将能量以电磁辐射的形式发出，传给其他物体的过程。

热辐射是远距离热传递的主要方式。

3．热力学第一定律在一般情况下，如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q等于物体内能的增加ΔU。

即ΔU＝Q＋W。

利用ΔU＝Q＋W讨论问题时，必须弄清其中三个量的符号法则。

外界对物体做功，W取正值，反之取负值；物体从外界吸收热量，Q取正值，反之取负值；物体内能增加ΔU取正值，反之取负值。

第4节热力学第二定律目标导航1。

了解热传导过程的方向性。

2。

了解热力学第二定律的两种不同表述，以及这两种表述的物理实质.3。

了解什么是第二类永动机。

4.理解第二类永动机不可能制成。

诱思导学1.可逆与不可逆过程（1)。

热传导的方向性热传导的过程可以自发地由高温物体向低温物体进行，但相反方向却不能自发地进行，即热传导具有方向性，是一个不可逆过程。

热量Q能自发传给低温物体高温物体热量Q不能自发传给（2)。

说明：①“自发地”过程就是在不受外来干扰的条件下进行的自然过程。

②热量可以自发地从高温物体传向低温物体，热量却不能自发地从低温物体传向高温物体。

③要将热量从低温物体传向高温物体，必须有“外界的影响或帮助"，就是要由外界对其做功才能完成.电冰箱、空调就是例子.2。

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递到高温物体。

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。

3。

热机热机是把内能转化为机械能的装置。

其原理是热机从热源吸收热量Q1,推动活塞做功W，然后向冷凝器释放热量Q2.由能量守恒定律可得：Q1=W+Q2我们把热机做的功和它从热源吸收的热量的比值叫做热机效率,用η表示，即η=WQ4.第二类永动机①.设想：只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用的功而不引起其他变化的热机。

②.第二类永动机不可能制成,表示尽管机械能可以全部转化为内能,但内能却不能全部转化成机械能而不引起其他变化；机械能和内能的转化过程具有方向性。

典例探究例1 下列所述过程是可逆的，还是不可逆的?A.气缸与活塞的组合内装有气体,当活塞上没有外加压力,活塞与气缸间没有摩擦，气体缓慢地膨胀时；B.上述装置,当活塞上没有外加压力,活塞与气缸上摩擦很大,使气体缓慢地膨胀时；C。

上述装置，没有摩擦，但调整外加压力，使气体能缓慢地膨胀时；D.在一绝热容器内盛有液体，不停地搅动它,使它温度升高；E.在一传热容器内盛有液体,容器放在一恒温的大水池内，液体不停地搅动，可保持温度不变；F。

第3节热力学第一定律能量守恒定律教学目标1.理解热力学第一定律，掌握它的表达式并能进行有关计算．2.理解能量守恒定律，会用能量守恒的观点分析、解决有关问题．新知探寻一、热力学第一定律1．改变内能的两种方式：做功和传热．2．热力学第一定律(1)内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和．(2)表达式：ΔU＝Q＋W．1．(1)外界对系统做功，系统的内能一定增加. ()(2)系统内能增加，一定是系统从外界吸收热量．()(3)系统从外界吸收热量5 J，内能可能增加5 J．()(4)系统内能减少，一定是系统对外界做功．()提示：(1)×(2)×(3)√(4)×二、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．2．(1)石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了．()(2)用太阳灶烧水是太阳能转化为内能．()提示：(1)×(2)√三、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：违背了能量守恒定律．有一种所谓“全自动”机械手表，既不需要上发条，也不用任何电源，却能不停地走下去．这是不是一种永动机？如果不是，维持表针走动的能量是从哪儿来的？提示：这不是永动机．是通过手臂的摆动获得能量．课堂重要知识点热力学第一定律的理解和应用1．对公式ΔU＝Q＋W中ΔU、Q、W符号的规定符号Q W ΔU＋物体吸收热量外界对物体做功内能增加－物体放出热量物体对外界做功内能减少2.(1)若过程是绝热的，即Q＝0，则ΔU＝W，物体内能的增加量等于外界对物体做的功．(2)若过程中不做功，即W＝0，则ΔU＝Q，物体内能的增加量等于物体从外界吸收的热量．(3)若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对物体做的功等于物体放出的热量(或物体吸收的热量等于物体对外界做的功)．3．判断是否做功的方法：一般情况下看物体的体积是否变化．(1)若物体体积增大，表明物体对外界做功，W<0.(2)若物体体积减小，表明外界对物体做功，W>0.命题视角1用热力学第一定律定性分析密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程中瓶内空气(不计分子势能)() A．内能减小，外界对其做功B．内能减小，吸收热量C．内能增大，对外界做功D．内能增大，放出热量[解析]密闭有空气的薄塑料瓶降温说明气体的内能减小，薄塑料瓶变扁说明外界对气体做功；由热力学第一定律可知，气体在变化过程中放出热量，所以选项A正确．[答案] A命题视角2用热力学第一定律进行定量计算如图所示是密闭的汽缸，外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功500 J，同时气体向外界放热100 J，缸内气体的()A．温度升高，内能增加400 JB．温度升高，内能减少400 JC．温度降低，内能增加600 JD．温度降低，内能减少600 J[解析]由热力学第一定律可得ΔU＝W＋Q＝500 J＋(－100 J)＝400 J，即缸内气体内能增加400 J，气体温度升高，故选项A对，B、C、D错．[答案] A应用热力学第一定律解决问题的关键(1)要明确研究的对象是哪个物体或者说是哪个热力学系统．(2)应用热力学第一定律计算时，要依照符号法则代入数据，对结果的正、负也同样依照符号法则来解释其意义．命题视角3热力学第一定律与气体实验定律的综合应用如图所示，A、B两点表示一定质量的某种理想气体的两个状态，当气体从状态A变化到状态B时()A．气体内能一定增加B．气体压强变大C．气体对外界做功D．气体对外界放热[思路点拨](1)一定质量理想气体的内能由温度决定．(2)由pV＝C判断压强变化．(3)根据体积变化判断做功情况．(4)由热力学第一定律判断吸热还是放热．[解析]由题图可知，理想气体的变化为等温膨胀，气体压强减小，故气体的内能不变，气体对外做功；由热力学第一定律可知，气体一定从外界吸收热量．综上可知，C对，A、B、D错．[答案] C【通关练习】1．下列说法正确的是( ) A ．物体放出热量，其内能一定减小 B ．物体对外做功，其内能一定减小C ．物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能增加D ．物体放出热量，同时对外做功，其内能可能不变解析：选C ．根据热力学第一定律(公式ΔU ＝Q ＋W )可知，做功和热传递都可以改变物体的内能，当外界对物体做的功大于物体放出的热量或物体吸收的热量大于物体对外做的功时，物体的内能增加，选项A 、B 错误，选项C 正确；物体放出热量同时对外做功，则Q ＋W <0，内能减小，选项D 错误．2．如图，一定质量的理想气体，由状态a 经过ab 过程到达状态b 或者经过ac 过程到达状态c .设气体在状态b 和状态c 的温度分别为T b 和T c ，在过程ab 和ac 中吸收的热量分别为Q ab 和Q ac ，则( )A ．T b >T c ，Q ab >Q acB ．T b >T c ，Q ab <Q acC ．T b ＝T c ，Q ab >Q acD ．T b ＝T c ，Q ab <Q ac解析：选C ．由理想气体状态方程可知p a V a T a ＝p c V c T c ＝p b V bT b ，即2p 0·V 0T c ＝p 0·2V 0T b，得T c ＝T b ，则气体在b 、c 状态内能相等，因a 到b 和a 到c 的ΔU 相同；而a 到c 过程中气体体积不变，W ＝0，a 到b 过程中气体膨胀对外做功，W ＜0，根据热力学第一定律：ΔU ＝Q ＋W 可知a 到b 的吸热Q ab 大于a 到c 的吸热Q ac ，即Q ab ＞Q ac .选项C 正确．3．(多选)一定量的理想气体从状态a 开始，经历等温或等压过程ab 、bc 、cd 、da 回到原状态，其p －T 图象如图所示，其中对角线ac 的延长线过原点O .下列判断正确的是( )A ．气体在a 、c 两状态的体积相等B ．气体在状态a 时的内能大于它在状态c 时的内能C ．在过程cd 中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功D ．在过程da 中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功E ．在过程bc 中外界对气体做的功等于在过程da 中气体对外界做的功解析：选ABE.由pVT ＝k 可知，p －T 图象中过原点的一条倾斜的直线是等容线，A 项正确；气体从状态c 到状态d 的过程温度不变，内能不变，从状态d 到状态a 的过程温度升高，内能增加，B 项正确；由于过程cd 中气体的内能不变，根据热力学第一定律可知，气体向外放出的热量等于外界对气体做的功，C 项错误；在过程da 中气体内能增加，气体从外界吸收的热量大于气体对外界做的功，D 项错误；过程bc 中，外界对气体做的功W bc ＝p b (V b －V c )＝p b V b －p c V c ，过程da 中气体对外界做的功W da ＝p d (V a －V d )＝p a V a －p d V d ，由于p b V b ＝p a V a ，p c V c ＝p d V d ，因此过程bc 中外界对气体做的功与过程da 中气体对外界做的功相等，E 项正确．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，通过某种力做功可以相互转化．例如，利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能．2．能量守恒的两种表达(1)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，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．3．第一类永动机失败的原因分析：如果没有外界供给热量而对外做功，由ΔU＝W＋Q 知，系统内能将减小．若想源源不断地做功，就必须使系统不断回到初始状态，在无外界能量供给的情况下是不可能的．如图所示，直立容器的内部有被隔板隔开的A、B两部分气体，A的密度小，B 的密度大．抽去隔板，加热气体，使两部分气体均匀混合．设在此过程中气体吸热Q，气体内能的增量为ΔE，则()A．ΔE＝Q B．ΔE<QC．ΔE>Q D．ΔE＝0[思路点拨]先分析系统中哪些形式的能量发生变化，再由能量守恒定律判断．[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．[答案] B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．如图所示，厚壁容器的一端通过胶塞插进一支灵敏温度计和一根气针，另一端有个用卡子卡住的可移动胶塞．用打气筒通过气针慢慢向容器内打气，使容器内的压强增大到一定程度，这时读出温度计示数．打开卡子，胶塞冲出容器口后()A．温度计示数变大，实验表明气体对外界做功，内能减少B．温度计示数变大，实验表明外界对气体做功，内能增加C．温度计示数变小，实验表明气体对外界做功，内能减少D．温度计示数变小，实验表明外界对气体做功，内能增加解析：选C.胶塞冲出容器口后，气体膨胀，对外做功，W<0，由于没时间进行热交换，由ΔU＝W可知内能减小．内能等于分子动能与势能之和，由于体积增大，势能增大，由此可知分子平均动能减小，所以温度降低，故C正确，A、B、D错误．第4节热力学第二定律教学目标1．了解热传递、扩散现象、机械能与内能的转化等都具有方向性，了解什么是热力学第二定律。

第3节热力学第一定律__能量守恒定律1.热力学第一定律：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。

2．热力学第一定律的表达式ΔU＝Q＋W，要熟悉其符号法则。

3．能量守恒定律：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。

4．第一类永动机不可能制成，因为它违背了能量守恒定律。

一、热力学第一定律1．改变内能的两种方式做功和热传递。

2．热力学第一定律(1)内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。

(2)表达式：ΔU＝Q＋W。

二、能量守恒定律和永动机1．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各种物理现象可以用能量守恒定律联系在一起。

2．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)不可制成的原因：违背了能量守恒定律。

1．自主思考——判一判(1)做功和热传递在改变物体内能上是不等效的。

(×)(2)运动的物体在阻力作用下会停下来，说明机械能凭空消失了。

(×)(3)功和能可以相互转化。

(×)(4)第一类永动机不能制成，是因为它违背了能的转化和守恒定律。

(√)(5)某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加。

(√)(6)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，减少的机械能转化为内能，但总能量守恒。

(√)2．合作探究——议一议(1)快速推动活塞对汽缸内气体做功10 J，气体内能改变了多少？若保持气体体积不变，外界对汽缸传递10 J的热量，气体内能改变了多少？能否说明10 J的功等于10 J的热量？图10-3-1提示：无论外界对气体做功10 J，还是外界给气体传递10 J的热量，气体内能都增加了10 J，说明做功和热传递在改变物体内能上是等效的，但不能说10 J的功等于10 J的热量，因为功与热量具有本质区别。

4 热力学第二定律热 力 学 第 二 定 律 的 一 种 表 述[先填空]1．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．(2)热量不能自发地由低温物体传给高温物体．(3)热传导过程是有方向性的．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．即热传导的过程具有方向性．[再判断]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．(×)[后思考]1．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10-4-1【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．2．热传递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”？【提示】不能．“自发地”是指没有第三者影响，例如空调、冰箱等制冷机就是把热量从低温物体传到了高温物体，但是产生了影响，即外界做了功．[核心点击]热传导的方向性1．“自发地”是指没有任何外界的影响或帮助．如：重物下落、植物的开花结果等都是自然界客观存在的一些过程，它们不受外来干扰，这就是自发的过程；而在夏天，室内温度比外界低，用空调却还能不断地把室内热量向外界传递，是因为电流对空调做了功，不是自发的过程．2．热量从高温物体传递到低温物体，是因为两者存在着温度差，而不是热量从内能大的物体传递到内能小的物体，由内能的定义可知，温度低的物体有可能比温度高的物体内能大．1．关于热传导的方向性．下列说法正确的是()A．热量能自发地由高温物体传给低温物体B．热量能自发地由低温物体传给高温物体C．在一定条件下，热量也可以从低温物体传给高温物体D．热量一定不可能从低温物体传给高温物体E．热量既可以从高温物体传递到低温物体，也可以从低温物体传递到高温物体【解析】在有外力做功的情况下，热量可以从低温物体传递给高温物体；而在自发的条件下，热量只能从高温物体传给低温物体，故A、C、E选项正确．【答案】ACE2．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E．此过程在消耗电能的前提下，热量从低温物体传给高温物体【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，关键是“不产生其他影响”，A错误，B、E正确，任何物理过程都不违反能量守恒定律，C错误，D正确．【答案】BDE3．根据热力学第二定律，下列说法正确的是()A．热机中燃气的内能不可能全部变成机械能B．电能不可能全部转变成内能C．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部转变成电能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E．第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律【解析】凡是与热现象有关的宏观热现象都具有方向性．无论采用任何设备和手段进行能量转化，总是遵循“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；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，故燃气的内能必然不能全部变为电能，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，结果会带来其他影响，这正是热力学第二定律第一种(克氏)表述的主要思想，故D正确．由电流热效应中的焦耳定律可知，电能可以全部转化为内能．故B错误；第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律，故E错误．【答案】ACD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”热力学第二定律的开尔文表述[先填空]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)热机的效率：热机输出的机械功W与燃料产生的热量Q的比值．用公式表示：η＝W/Q.2．开尔文表达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)3．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．(3)第二类永动机是不可能制成的．4．第二类永动机(1)定义：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背能量守恒定律，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，热机要不断地把吸收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．[再判断]1．第二类永动机违背了热力学第二定律．(√)2．科技发达后，热机的效率可以达到100%；(×)3．机械能可以全部转化为内能，而内能不能自发的全部转化为机械能．(√) [后思考]1．如图10-4-2所示，在甲图的活塞上轻轻放上一块小物体，重力做功将重力势能转化为气体内能，气体温度升高与外界进行热交换，直到乙图所示的状态，活塞还能自发地返回原位置吗？甲乙图10-4-2【提示】活塞不能返回原位置，气体不会自发地吸收热量将内能转化成机械能，因为这违背了热力学第二定律．2．随着科技的不断发展，假如能够使热机没有漏气，没有摩擦，也没有机体热量损失，是不是能够使热机效率达到100%?【提示】不能，原因是热机的工作物质吸收的热量不能完全用来做功，这违背了热力学第二定律．[核心点击]1．开尔文表述中的“单一热源”指温度恒定且均匀的热源．“不引起其他变化”是指唯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．其物理实质揭示了热变功过程是不可逆的．2．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．3．两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)．4．根据热力学第二定律，下列说法中正确的是()A．不可能从单一热源吸热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而不引起其他变化D．在火力发电中，燃气的内能不可能全部变成电能E．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【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，A对；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有外界的帮助，故B错；冰箱向外传递热量时消耗了电能，故C错；火力发电时，能量转化的过程为内能→机械能→电能，因为内能向机械能转化过程中会对外放出热量，故燃气的内能必然不会全部变为电能，故D 对；不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其它影响，即第二类永动机不存在，故E正确．【答案】ADE5．关于热现象和热学规律，下列说法中不正确的是()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，故能做成D．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功2.0×105 J，同时空气向外界放出热量1.5×105 J，则空气的内能增加了0.5×105 JE．第二类永动机不可能制成，说明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，同时不引起其他变化【解析】由热力学第二定律知B、C错；绝对零度不可达到，A错；由热力学第一定律知D正确；机械能可以全部转化内能，内能在引起其他变化时可能全部转化为机械能，故E正确．【答案】ABC6.如图10-4-3中汽缸内盛有定量的理想气体，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，则下列说法不正确的是()图10-4-3A．气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，此过程违背热力学第二定律B．气体是从单一热源吸热，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．气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，此过程不违背热力学第二定律D．气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，此过程不违背热力学第一定律E．以上四种说法都不对【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，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，此过程既不违背热力学第二定律，也不违背热力学第一定律，此过程由外力对活塞做功来维持，如果没有外力F 对活塞做功，此过程不可能发生，C、D正确，故选A、B、E.【答案】ABE1．热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的一种表述形式，是从能的角度揭示不同物质运动形式相互转化的可能性．告诫人们：第一类永动机不可能制成．2．热力学第二定律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．告诫人们：第二类永动机不可能制成．。

1 功和内能2 热和内能功 和 内 能[先填空]1．焦耳的实验(1)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．(2)代表性实验①重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升②通过电流的热效应给水加热．(3)实验结论：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决定，而与做功的方式无关．2．功和内能(1)内能：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)功和内能：在绝热过程中，外界对系统做的功等于系统内能的增加量，即ΔU＝W.[再判断]1．在绝热过程中，外界对系统做的功小于系统内能的增加量．(×)2．系统只从外界吸热，而不向外界放热的过程就是绝热过程．(×)3．在绝热过程中，外界对系统做多少功，内能就能增加多少．(√)[后思考]1．打气筒是日常生活中的一种工具，当我们用打气筒给自行车打气的时候，就是在克服气体压力和摩擦力做功．打气的过程中你试着去摸一下打气筒的外壳有什么感觉？打气筒的温度升高了，这是怎么回事呢？图10-1-1【提示】外壳温度升高甚至烫手，压缩气体做功，使系统的内能增加，温度升高．2．焦耳的代表性实验——热功当量实验，它是通过什么能转化为什么能的？这个实验又能得出怎样的结论？【提示】重力势能转化为内能．结论：只要重力做功相同，容器内水温上升的数值是相同的，即系统状态变化是相同的．[核心点击]1．内能：物体的内能是指物体内所有分子的平均动能和势能之和．(1)在微观上由分子数、分子热运动的剧烈程度和相互作用力决定，宏观上体现为物体的温度和体积，因此物体的内能是一个状态量．(2)在系统不吸热也不放热的绝热过程中，状态发生的变化是由于做功造成的，伴随的能量转化是外界的能量与系统自身的能量发生了转化，系统自身的能量称为内能．(3)造成系统内能变化的量与做功方式无关，与做功的数量有关．(4)内能是状态量，由它的状态、温度、体积、质量决定．2．(1)做功与内能变化的关系：当系统从某一状态经过绝热过程达到另一状态时，内能的增加量ΔU就等于外界对系统所做的功W，用式子表示为：ΔU＝U2－U1＝W.(2)系统内能的改变量ΔU只与初、末状态的内能U1和U2有关，与做功的过程、方式无关．(3)功和内能的区别①功是过程量，内能是状态量．②在绝热过程中，做功一定能引起内能的变化．③物体的内能大，并不意味着做功多，在绝热过程中，只有变化较大时，对应着做功较多．1．如图10-1-2所示，柱形容器内封有一定质量的空气，质量为m的光滑活塞与容器都用良好的隔热材料制成．另有质量为M的物体从活塞上方的A点自由下落到活塞上，并随活塞一起到达最低点B而静止．在这一过程中，下述空气内能的改变量ΔU、外界对气体所做的功W与物体及活塞的重力势能的变化关系中不正确的是()图10-1-2A ．Mgh ＋mg Δh ＝ΔU ＋WB ．ΔU ＝W ，W ＝Mgh ＋mg ΔhC ．ΔU ＝W ，W <Mgh ＋mg ΔhD ．ΔU ≠W ，W ＝Mgh ＋mg ΔhE ．Mgh ＋mg Δh >ΔU【解析】 物体与活塞碰撞时有机械能损失，因此物体和活塞重力势能的减少量大于气体内能的增加量；根据功与内能增加量的关系可知，外界对气体所做的功W 与空气内能的变化量相等，因此ΔU ＝W ，W <Mgh ＋mg Δh ，C 、E 正确，A 、B 、D 错误．特别注意物体与活塞碰撞时有机械能损失．【答案】 ABD2．如图10-1-3所示，一定质量的理想气体密封在绝热(即与外界不发生热交换)容器中，容器内装有一可以活动的绝热活塞．今对活塞施以一竖直向下的压力F ，使活塞缓慢向下移动一段距离后，气体的体积减小．若忽略活塞与容器壁间的摩擦，则被密封的气体的下列说法不正确的是( )图10-1-3A ．温度升高，压强增大，内能减少B ．温度降低，压强增大，内能减少C ．温度升高，压强增大，内能增加D ．温度降低，压强减小，内能增加E ．分子的平均动能增加，分子对器壁单位面积碰撞的冲力增大【解析】 由F 对密闭的气体做正功，容器及活塞绝热，则系统与外界传递的热量Q ＝0，由功和内能的关系知，理想气体内能增大，温度升高，再根据pV T＝C ，V 减小，p 增大．答案A 、B 、D.【答案】 ABD3．如图10-1-4所示，为焦耳实验装置图，用绝热性能良好的材料将容器包好，重物下落带动叶片搅拌容器里的水，引起水温升高．关于这个实验，下列说法正确的是()图10-1-4A．这个装置可测定热功当量B．做功增加了水的热量C．做功增加了水的内能D．功和热量是完全等价的，无区别E．在绝热过程中，做功一定增加水的内能【解析】将做功过程和吸热过程在同等条件下比较，可测出热功当量，故A正确；做功增加了水的内能，热量只是热传递过程中内能改变的量度，故B 错误，C正确；做功和传热产生的效果相同，但功和热量是不同的概念，D错误．【答案】ACE分析绝热过程的方法1．在绝热的情况下，若外界对系统做正功，系统内能增加，ΔU为正值；若系统对外界做正功，系统内能减少，ΔU为负值．此过程做功的多少为内能转化多少的量度．2．在绝热过程中，内能和其他形式的能一样也是状态量，气体的初、末状态确定了，即在初、末状态的内能也相应地确定了，内能的变化ΔU也确定了．而功是能量转化的量度，所以ΔU＝W，即W为恒量，这也是判断绝热过程的一种方法．热和内能[先填空]1．热传递(1)条件：物体的温度不同．(2)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，热量从高温物体传到了低温物体．2．热和内能(1)热量：它是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度．(2)表达式：ΔU＝Q.(3)热传递与做功在改变系统内能上的异同：①做功和热传递都能引起系统内能的改变．②做功时是内能与其他形式能的转化；热传递只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移．[再判断]1．功和内能都是能量转化的量度．(×)2．做功和热传递都可改变物体的内能，从效果上是等效的．(√)3．热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体．(×)[后思考]1．物体的内能增加是否一定是从外界吸收了热量？【提示】不一定．这是因为做功和热传递都可以改变物体的内能．2．从能量的角度看，做功和热传递有何不同？【提示】做功是内能和其他形式能的转化，热传递是不同物体或一个物体不同部分之间内能的转移．[核心点击]1．热传递(1)热量从高温物体传递到低温物体，或从物体的高温部分传递到低温部分，叫做热传递．(2)热传递的三种方式：热传导、热对流和热辐射．2．热传递的实质热传递实质上传递的是能量，结果是改变了系统的内能．传递能量的多少用热量来量度．3．传递的热量与内能改变的关系(1)在单纯热传递中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增加多少．即Q吸＝ΔU.(2)在单纯热传递中，系统向外界放出多少热量，系统的内能就减少多少．即Q放＝－ΔU.4．热传递具有方向性热量从高温物体传递到低温物体，或从物体的高温部分传递到低温部分，不会自发地从低温物体传递到高温物体或从物体的低温部分传递到高温部分．5．改变内能的两种方式的比较4．关于物体的内能和热量，下列说法中不正确的有()A．热水的内能比冷水的内能多B．温度高的物体其热量必定多，内能必定大C．在热传递过程中，内能大的物体其内能将减小，内能小的物体其内能将增大，直到两物体的内能相等D．在热传递过程中，热量从高温物体传递到低温物体，直到两物体的温度相同为止E．热量是热传递过程中内能转移的量度【解析】物体的内能由温度、体积及物体的质量决定，不是只由温度决定，故A、B错；在热传递过程中，热量由高温物体传给低温物体，而与物体的内能大小无关，所以完全有可能是内能大的物体内能继续增大，内能小的物体内能继续减小，故C项错、D项对；关于热量的论述，E项是正确的．【答案】ABC5．一铜块和一铁块，质量相等，铜块的温度T1比铁块的温度T2高，当它们接触在一起时，如果不和外界交换能量，则()A．从两者开始接触到热平衡的整个过程中，铜块内能的减少量等于铁块内能的增加量B．在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块内能的减少量不等于铁块内能的增加量C．在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块内能的减少量都等于铁块内能的增加量D．达到热平衡时，铜块的温度比铁块的低E．热平衡时，两者的温度相等【解析】热平衡条件是温度相等，热传递的方向是从温度高的物体传向温度低的物体．在热传递过程中高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量，因此A、C、E正确，B、D错误．【答案】ACE6．关于热量、功和内能的下列说法中正确的是()A．热量、功、内能三者的物理意义等同B．热量、功都可以作为物体内能的量度C．热量、功都可以作为物体内能变化的量度D．热量、功、内能的单位相同E．热量和功是由过程决定的，而内能是由物体状态决定的【解析】物体的内能是指物体内所有分子动能和分子势能的总和，而要改变物体的内能可以通过做功和热传递两种途径，这三者的物理意义不同，A项错误；热量是表示在热传递过程中物体内能变化多少的，而功也是用做功的方式量度物体内能变化多少的，B项错误；C项正确．三者的单位都是焦耳，D项正确；热量和功是过程量，内能是状态量，E项正确．【答案】CDE热量和内能的理解要点1．热量的概念只有在涉及能量的传递时才有意义，因此不能说物体具有多少热量，只能说物体吸收或放出了多少热量．2．在系统与外界只发生热传递时，系统吸收多少热量，系统内能就增加多少；系统放出多少热量，系统内能就减少多少．。