热力学第二定律论文
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热力学第二定律
编写： 陈庆威
陈庆威老师推荐——高考一轮备考四步学习法第一步：【知识方法】
一、热力学第二定律
1．热传导的方向性
①热量可以自发地从高温物体传递给低温物体．
②热量从低温物体传递给高温物体，必须借助外界的帮助．
2．机械能内能转化方向性
①热机
定义：把内能转化为机械能的机器．
能量：Q1＝W+Q2
效率：η100%
②机械能可以自发地全部转化为内能，而内能全部转化为机械能必须受外界影响或引起外界变化．
3．第二类永动机不可制成
①定义：从单一热源吸收的热量，可以全部用来做功，而不引起其他变化的机器．即：效率η＝100%的机器．
②原因：违背了热力学第二定律，但没有违背能量守恒定律
4．热力学第二定律
①两种表述：
Ⅰ．不可能使热量从低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化．
Ⅱ．不可能从单一热源吸收热量并全部用来做功，而不引起其他变化．
②实质：自然界中涉及到的热现象的宏观过程都具有方向性．
③热力学第二定律是独立于第一定律的．
5．能量耗散
①定义：无法重新收集和利用的能量，这种现象为能量耗散．
②反映了热现象宏观过程的方向性．
二、有序、无序和熵
1．能量的耗散与退化
（1）能量耗散：流散的内能无法重新收集起来加以利用的现象叫做能量耗散．能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性．
2﹑绝对零度不可能达到
宇宙中存在着温度的下限—273.15℃，以这个下限为起点的温度叫做绝对温度，用T表示，单位是开尔文，符号是K．绝对温度T和摄氏温度t之间的换算关系是T＝t+273.15K，热力学零度不可达到．这个结论称为热力学第三定律．
3．熵增加原理
（1）原理：热力学第二定律有许多表述形式，因此可以将它表述为任何孤立的系统，它的总熵永远不会减少．即自然界的一切自发过程，总是朝着熵增加的方向进行的，这个就是熵增加原理．
（2）孤立系统：与外界没有物质交换．热交换，与外界也没有力的相互作用、电磁作用的系统．即强调了自发性．
熵：表示孤立系统内能量的耗散和退化程度．一个系统的熵越大，就越接近平衡状态，就越不易转化．
4．有序向无序的转化
系统自发的过程总是从有序到无序的． 熵是表征系统的无序程度的物理量，熵越大，系统的无序程度越高．
第二步：【例题考点】
【例题1】（2019房山区）下列热现象说法正确的是（ ）
A．物体的温度越高，说明物体分子的平均动能越大
B．波涛汹涌的海水上下翻腾，说明水分子热运动剧烈
C．水凝结成冰，说明水分子的热运动已停止
D．空调制冷时，将热量从低温室内传到高温室外，说明热传递是随意的，不具有方向性
【解析】A、温度是物体平均动能的标志，物体的温度越高，说明物体分子的平均动能越大，故A正确。
B、波涛汹涌的海水上下翻腾是宏观物体的运动，水分子热运动是微观粒子的运动，两者并不相同，故B错误。
C、分子做永不停息的热运动，即使水凝结成冰，水分子的热运动也不会停止，故C错误。
D、空调制冷是因为消耗电能而使压缩机工作，而不是热量自发地从低温物体传到高温物体，不能说明不存在方向性，故D错误。
【答案】A
【例题2】（2019唐山）下列说法正确的是（ ）
A．单晶体有固定的熔点，多晶体和非晶体没有固定的熔点
B．小昆虫可以停在水面上，主要是液体表面张力作用的结果
C．空调机夏天工作时，可以将室内的热量散发到高温的室内，降低室内温度，说明热力学第二定律是错的
D．密闭容器自由下落时，内部气体的压强不会减小
E．一定质量的实际气体发生等温膨胀时，内能是可能增大的
【解析】A、晶体都有固定的熔点，故A错误；
B、表面层内液体分子的作用力主要表现为引力，正是分子间的这种引力作用，使表面层具有收缩的趋势；昆虫停在水面上，水面向下发生弯曲，表面层具有的收缩的趋势给了昆虫向上的支持力，故B正确；
C、空调机夏天工作时，可以将室内的热量散发到高温的室内，降低室内温度，是消耗了电能，所以热力学第二定律并没有错，故C错误；
D、当某一密闭容器自由下落时，气体分子仍然在碰撞器壁，则气体压强不会减小，故D正确；
E、实际气体发生等温膨胀时，如果吸收的热量大于对外做的功，则分子势能可能变大，故内能可能增大，故E正确。
【答案】BDE
【例题3】（2019秋?宜昌期末）下列说法正确的是（ ）
A．热量不可以从低温物体传递到高温物体
B．从微观角度看，气体压强是大量气体分子对容器壁的频繁碰撞引起的
C．如果气体分子总数不变，而气体温度升高，压强必然增大
D．温度是描述分子热运动剧烈程度的物理量，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同
E．在冬季剩有半瓶热水的暖水瓶经过一个夜晚后，第二天拔瓶口的软木塞时觉得很紧，不易拔出，是因为夜晚气温降低，瓶内气体压强变小的缘故
【解析】A、根据热力学第二定律分析，热量不可以自发的从低温物体传递到高温物体，但在引起其他变化的情况下，可以从低温物体传递到高温物体，比如冰箱，故A错误。
B、大量做无规则热运动的分子对器壁频繁、持续地碰撞产生了气体的压强，气体的压强在数值上等于大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力的大小，故B正确。
C、气体分子总数不变，气体温度升高，如果体积变大，则压强不一定增大，故C错误。
D、根据热平衡定律：温度是描述热运动的物理量，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同，故D正确。
E、暖水瓶的体积不变，温度降低，气体压强减小，故E正确。
【答案】BDE。
【例题4】下列说法正确的是（ ）
A．热量可以从低温物体传到高温物体
B．布朗运动就是液体分子的无规则运动
C．靠近梅花就能闻到梅花的香味属于扩散现象
D．当分子间的引力与斥力平衡时，分子势能最大
E．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
【解析】A、在外界条件发生变化时，热量可以从低温物体传到高温物体，故A正确；
B、布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的运动，它反映了液体分子的无规则运动，故B错误；
C、靠近梅花能闻到梅花的香味，是因为梅花释放的香气分子在空气中不断扩散，属于扩散现象，故C正确；
D、根据分子力做功与分子势能之间的关系可知，当分子间的引力与斥力平衡时，分子势能最小，故D错误；
E、根据热力学第二定律可知，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，故E正确。
【答案】ACE
第三步：【真题精选】
【真题1】（2016·全国高考真题）关于热力学定律，下列说法正确的是（ ）
A．气体吸热后温度一定升高
B．对气体做功可以改变其内能
C．理想气体等压膨胀过程一定放热
D．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体
E.如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡
【解析】A．气体吸热后，若再对外做功，温度可能降低，故A错误；
B．改变气体内能的方式有两种：做功和热传导，故B正确；
C．理想气体等压膨胀过程是吸热过程，故C错误；
D．根据热力学第二定律，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，D正确；
E．如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡，否则就不会与第三个系统达到热平衡，故E正确。
【答案】BDE
【真题2】（2012·全国高考真题）（1）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，必须对物体做功或向它传递热量
B．对某物体做功，必定会使该物体的内能增加
C．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功
D．不可能使热量从低温物体传向高温物体
E. 功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程
【解析】（1）对物体做功或向它传递热量是增加物体的内能的方法，A正确；对某物体做功，同时对外散发热量，物体的内能可能减少，B错误；并非热不能完全转化为功，而是在不引起其他变化的条件下热不能完全转化为功．在一定条件下，可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功，C正确；在外界对物体做功的情况下，可以使热量从低温物体传向高温物体，D 错误；根据热力学第二定律，功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程，E正确．
【答案】ACE
第四步：【习题精练】
建议用时：15分钟
1．（2020·全国高三）关于热力学第二定律，下列说法正确的是
A．热力学第二定律是通过实验总结出来的实验定律
B．热力学第二定律是通过大量自然现象的不可逆性总结出来的经验定律
C．热力学第二定律是物理学家从理论推导得出来的结果
D．由于热力学第二定律没有理论和实验的依据，因此没有实际意义
2．（2019·天津高三）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的原因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
3．（多选）（2020·全国高三专题练习）关于热力学定律，下列说法正确的是
A．根据热力学第一定律可知，一定质量的理想气体等压膨胀对外做功，内能一定减少
B．第一类永动机制不成，是因为它违反了热力学第一定律
C．热力学第二定律是从另一个侧面阐述能量守恒定律
D．从微观意义上讲，热力学第二定律是一个统计规律
E. 熵是系统内分子运动无序性的量度，一个孤立的系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展
4．（多选）（2020·全国高三）对于下面所列的热学现象说法正确的是____
A．若氧气与氢气的温度相同，则这两种气体分子的平均速率不相同
B．硬币能浮在水面上，这是液体表面张力作用的结果
C．“第一类永动机”和“第二类永动机”都违背了能量守恒定律
D．自然界一切进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的
E. 直径为1μm的水珠所含水分子的个数比地球上的总人口数还要多
5．（2020·全国高三）下列说法正确的是（ ）
A．在完全失重的情况下，气体的压强为零
B．液体表面张力产生的原因是液体表面层分子较稀疏，分子间的引力大于斥力
C．当两分子间距离大于平衡位置的间距时，分子间的距离越大，分子势能越小
D．水中气泡上浮过程中，气泡中的气体在单位时间内与气泡壁单位面积碰撞的分子数减小
E.不可能利用高科技手段将散失在环境中的内能重新收集起来加以利用而不引起其他变化
6．（2019·重庆八中高三）下列说法正确的是( )
A．外界对气体做功,气体的内能必定增加
B．气体从外界吸收热量,气体的内能可能保持不变
C．物体的温度升高,物体内每个分子的动能都会变大
D．内能小的物体也可能将热量传递给内能大的物体
E.物体的内能改变时温度不一定改变
7．（2020·全国高三专题练习）下列关于热现象的判断正确的是___________
A．单晶体和多晶体的物理性质是各向异性的，非晶体是各向同性的
B．露珠呈现球状是由于液体表面张力的作用
C．在完全失重的情况下，气体对器壁的压强为零
D．气体被压缩时，内能可能不变
E. 不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其它影响
8．（2020·河北高三）根据热学中的有关知识，判断下列说法中正确的是()
A．机械能可以全部转化为内能，内能不可以全部用来做功转化成机械能
B．自发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
C．尽管技术不断进步，热机的效率仍不能达到100%，制冷机却可以使温度降到－293 ℃
D．第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，随着科技的进步和发展，第二类永动机可以被制造出来
E.空调既能制热又能制冷，说明在不自发的条件下，热量可以逆向传递
9．（2020·河北高三）下列说法正确的是 ________.
A．一个绝热容器中盛有气体，假设把气体中速率很大的如大于v的分子全部取走，则气体的温度会下降，此后气体中不再存在速率大于v的分子
B．温度高的物体的分子平均动能一定大，内能也一定大
C．气体压强的大小跟气体分子的平均动能、分子的密集程度有关
D．分子势能随分子间距离的增大，可能先减小后增大
E.热力学第二定律指出：在任何自然的过程中，一个孤立的系统的总熵不会减小
10．（2019·惠水一高）下列说法正确的是（ ）
A．一定质量的100 ℃的水吸收热量后变成100 ℃的水蒸气，系统内能保持不变
B．对某物体做功，可能会使该物体的内能增加
C．实际气体分子热运动的平均动能与分子间势能分别取决于气体的温度和体积
D．一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同
E.功可以全部转化为热，但热量不能全部转化为功
参考答案1.【答案】B
【解析】热力学第二定律，是物理学家通过对大量自然现象的分析，总结了生产和生活经验得到的结论，是一个经验定律，它并不能通过理论和实验来证明，但它符合客观事实，因此是正确的．它揭示了宏观过程的方向性，使人们认识到第二类永动机不可能制成，对我们认识自然和利用自然有着重要的指导意义．故选项B正确．
2.【答案】D
【解析】A、根据开尔文的描述可知：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A错误；B、第二类永动机是指只需从单一热源吸收热能便能永远对外做功的动力机械，虽然不违反能量的转化和守恒，但是违反了机械能和内能转化的方向性，即违反了热力学第二定律，故B错误；C、热量不能自发的从低温传递到高温物体，但是引起其它变化时，可以从低温传递到高温物体，如开动冰箱的压缩机，可以使热量从低温传递到高温，故C错误；D、在产生其它影响的情况下，可从单一热源吸收的热量全部变成功，故D正确．
3.【答案】BDE
【解析】一定质量的理想气体等压膨胀，温度升高，内能增加，选项A错误；第一类永动机制不成，是因为它违反了热力学第一定律，选项B正确；热力学第二定律是反映宏观自然过程的方向性的定律，并不是从另一个侧面阐述能量守恒定律，选项C错误；从微观意义上讲，热力学第二定律是一个统计规律，选项D正确；熵是系统内分子运动无序性的量度，从微观角度看，一个孤立的系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，选项E正确。
4.【答案】ABD
【解析】A．温度是分子的平均动能的标志，温度相同的氧气与氢气，它们具有相同的分子动能，由于它们的分子质量不同，所以分子平均速率不同，A正确；
B．硬币能浮在水面上，是由于水的表面张力的作用，硬币受到的重力等于表面张力，故B正确；
C．第一类永动机不可能制成是因为它违背了能量守恒定律，第二类永动机不违反能量守恒定律，是因为违反了热力学第二定律，故C错误；
D．根据熵增加原理知，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，故D正确；
E．直径为1μm的水珠所含水分子的个数为，故E错误．
5.【答案】BDE
【解析】A.气体压强是由于大量气体分子频繁碰撞容器壁而产生的，在完全失重的情况下，气体的压强并不为零，故A错误；
B.液体表面张力产生的原因是由于液体表面层里的分子较稀疏，分子间的引力大于斥力，分子间表现为引力，故B正确；
C.当两分子间距离大于平衡位置的间距时，分子间的距离越大，分子势能越大，故C错误；
D.气泡在水中上浮过程中，体积增大，温度基本不变，压强减小，根据气体压强的微观解释可知，气泡中的气体在单位时间内与气泡壁单位面积碰撞的分子数减小，故D正确；
E.根据热力学第二定律可知，不可能将散失在环境中的内能重新收集起来加以利用而不引起其他变化，故E正确。
6.【答案】BDE
【解析】A.内能的变化由做功和热传递共同决定，外界对气体做功的同时，如果气体放出热量，则内能可能不变，可能增加，可能减小，A错误；
B.气体从外界吸收热量,如果同时还对外做功，则气体的内能可能保持不变，B正确；
C.物体的温度升高,物体内分子的平均动能增大，并不是每个分子的动能都会变大，仍然会存在速率较小的分子，C错误；
D.内能小的物体如果温度高于内能大的物体或者在其他因素作用下，都可能将热量传递给内能大的物体，D正确；
E.物体的内能由分子动能和分子势能共同组成，温度改变，分子平均动能改变，分子势能也可能同时改变，故内能不一定变化，E正确；
7.【答案】BDE
【解析】A．单晶体的物理性质是各向异性的，多晶体和非晶体的物理性质是各向同性的；故A错误.
B．液体表面张力的产生原因是：液体表面层分子较稀疏，分子间引力大于斥力；合力现为引力，露珠呈现球状是由于液体表面张力的作用;故B正确.
C．根据压强的微观意义可知气体对器壁的压强是由于大量分子对器壁持续的撞击形成的，与是否失重无关;故C错误.
D．做功与热传递都可以改变物体的内能，可知气体被压缩时，内能可能不变;故D正确.
E．根据热力学第二定律可知，不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其它影响;故E正确.
8.【答案】ABE
【解析】A．机械能可以全部转化为内能，而物体的内能永远不能为零，故内能不可以全部转化为机械能，只是在这个过程中会引起其他变化，A正确；
B．根据热力学第二定律可知，自发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，B正确；
C．尽管科技不断进步，热机的效率仍不能达到100%，制冷机也不能使温度降到－293 ℃，只能无限接近－273.15 ℃，却不可能达到，C错误；
D．第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，而是违背了热力学第二定律，第二类永动机不可能被制造出来，D错误；
E．根据热力学第二定律可知，热量能够自发地从高温物体传递到低温物体，但在不自发的条件下，能从低温物体传递到高温物体，E正确．
9.【答案】CDE
【解析】A．将速率很大的分子取走后，气体的温度会降低，此后气体由于碰撞等原因，依旧会有其他的分子速率大于v，选项A错误；
B．温度高的物体的分子平均动能大，但内能不一定大，选项B错误；
C．气体压强跟气体分子的平均动能、分子的密集程度有关，平均动能和密集程度越大，气体压强越大，选项C正确；
D．分子势能随分子间距离的增大可能先减小后增大，也可能一直减小，选项D正确；
E．热力学第二定律指出：在任何自然的过程中，一个孤立的系统的总熵不会减小，选项E正确．
10.【答案】BCD
【解析】A.水变成水蒸气，分子平均动能不变，但由于体积增大，分子间距离增大，由于气体分子间间距接近，故在变化过程中分子力做负功，分子势能增大，故内能增加，从宏观来看，水变成水蒸气需要吸热，内能也是增加的，故A错误；
B.做功和热传递均可以改变物体的内能，故对物体做功内能可能增加，可能减少，故B正确；
C.气体分子热运动的平均动能与分子间势能分别取决于气体的温度和体积，故C正确；
D.由热力学第零定律，两系统达到热平衡的条件为温度相同，故D正确；
E.由热力学第二定律，功可以全部转化为热，而热量也可以全部转化为功，但要引起其他方面的变化，故E错误；
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