人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊PAGEPAGE1第4節熱力學第二定律核心素養物理觀念科學思維科學態度與責任1.知道一切與熱現象有關的宏觀自然過程都是不可逆的。2.知道熱力學第二定律的兩種表述內容，并能運用該定律解決一些實際問題。3.了解自然界中的能量轉化和轉移，知道能量耗散的概念。1.體會用熱力學第二定律反映宏觀自然過程的方向性。2.體會能量守恒和能源有限。應用熱力學定律解釋生產生活中的實例。知識點一熱力學第二定律〖觀圖助學〗如圖，一滴紅色顏料滴進一杯清水中擴散，整杯水將均勻地變紅。從系統的角度來看，擴散之前是一種狀態，擴散后是另一種狀態。提出問題(1)水中擴散后的顏料能否自發地重新聚集在一起，而其余部分又變成清水？(2)物質的自發擴散有沒有方向性？1.一切與熱現象有關的宏觀自然過程都是不可逆的。如物體間的傳熱、氣體的膨脹、擴散、有摩擦的機械運動……都有特定的方向性。2.反映宏觀自然過程的方向性的定律就是熱力學第二定律。〖思考判斷〗(1)熱量能自發地從高溫物體傳給低溫物體。(√)(2)傳熱是有方向性的。(√)(3)氣體向真空中膨脹的過程是有方向性的。(√)知識點二熱力學第二定律的兩種表述1.熱力學第二定律的克勞修斯表述：熱量不能自發地從低溫物體傳到高溫物體。闡述的是傳熱的方向性。2.熱機熱機工作的兩個階段：第一個階段是燃燒燃料，把燃料中的化學能變成工作物質的內能。第二個階段是工作物質對外做功，把自己的內能變成機械能。3.熱力學第二定律的開爾文表述：不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產生其他影響。(該表述闡述了機械能與內能轉化的方向性)〖思考判斷〗(1)熱量不能從低溫物體傳到高溫物體。(×)(2)不可逆過程指的是某過程只沿某個方向發生，而不可能在沒有外界影響(或不產生其他影響)的情況下沿相反方向發生。(√)(3)內能不可能完全轉化為機械能。(×)(4)一切形式的能量間的相互轉化都不具有可逆性。(×)知識點三能源是有限的1.能量轉移和轉化具有方向性：在各種生產生活中，人們利用的各種形式的能最終都轉化成內能流散到周圍的環境中。2.能量耗散根據熱力學第二定律，分散在環境中的內能不管數量多么巨大，它也只不過能使地球、大氣稍稍變暖一點，卻再也不能自動聚集起來驅動機器做功了。這樣的轉化過程叫作“能量耗散”。3.能源：是指具有高品質的容易利用的儲能物質。〖思考判斷〗(1)能量耗散使能量的總量減少，違背了能量守恒定律。(×)(2)能量耗散是指散失在環境中的內能再也不能收集起來被人類利用。(√)(3)各種形式的能量向內能的轉化，是能夠自動發生、全額發生的。(√)(4)能量耗散導致能量品質的降低。(√)熱力學第二定律是用否定語句表述的(絕大多數物理定律都是用肯定語句表述的)，它告訴我們什么樣的過程不可能發生。(1)對“自發”的理解：當兩個物體接觸時，不需要任何第三者的介入、不會對任何第三者產生任何影響，熱量就能從一個物體傳向另一個物體。當兩個溫度不同的物體接觸時，這個“自發”的方向是從高溫物體指向低溫物體的。(2)對“不可能從單一熱庫吸收熱量”的理解：不僅要從一個熱庫吸收熱量，而且一定會向另一個熱庫放熱。關于熱機(1)熱機是一種把內能轉化為機械能的裝置。主要由熱源、工作物質和冷凝器三部分組成。(2)工作原理：熱機從熱源吸收熱量Q1，推動活塞做功W，然后向冷凝器釋放熱量Q2。(3)熱機效率：由能量守恒定律Q1＝W＋Q2，我們把熱機做的功W和它從熱源吸收的熱量Q1的比值叫作熱機效率，用η表示，即η＝eq\f(W,Q1)。關于能量耗散(1)能量耗散雖然不會使能的總量減少，卻會導致能量品質的降低，它實際上將能量從高度有用的形式降級為不大有用的形式。煤、石油、天然氣等能源儲存著高品質的能量，在利用它們的時候，高品質的能量釋放出來并最終轉化為低品質的內能。(2)能量的耗散從能量轉化的角度反映出自然界中的宏觀過程是具有方向性的。(3)能量雖然不會減少，但能源會越來越少，所以要節約能源。核心要點對熱力學第二定律的理解〖閱讀探究〗地球上海水的總質量達1.4×1021kg。如果把這些海水的溫度降低1℃，放出的熱量就達9×1018kW·h，足夠全世界使用4000年。這個設想不違背能量守恒定律，但是不能實現，分析其原因。〖答案〗利用該設想制成機器不違反能量守恒定律，大量的事實證明，在任何情況下熱機都不可能只有一個熱源，熱機要不斷地把吸取的熱量變為有用的功，就不可避免地將一部分熱量傳給低溫熱源。〖探究歸納〗1.單一熱庫：指溫度均勻并且恒定不變的系統。若一系統各部分溫度不相同或者溫度不穩定，則構成機器的工作物質可以在不同溫度的兩部分之間工作，從而可以對外做功。據報道，有些國家已在研究利用海水上下溫度不同來發電。2.其他影響：指除了從單一熱庫吸收的熱量，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吸收熱量而對外做功，而是這樣做的結果，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，而是指不產生其他影響的自動傳熱是不可能的。3.關于“不可能”：實際上熱機或制冷機系統循環終了時，除了從單一熱庫吸收熱量對外做功，以及熱量從低溫熱庫傳到高溫熱庫以外，過程所產生的其他一切影響，不論用任何曲折復雜的辦法都不可能加以消除。4.兩種表述是等價的如果克勞修斯表達不成立，則開爾文表述也不成立。5.適用條件：只能適用于由很大數目分子所構成的系統及有限范圍內的宏觀過程。而不適用于少量的微觀體系，也不能把它擴展到無限的宇宙。〖試題案例〗〖例1〗隨著世界經濟的快速發展，能源短缺問題日顯突出，油價不斷攀升，已對各國人民的日常生活造成了各種影響，如排長隊等待加油的情景已經多次在世界各地發生，能源成為困擾世界經濟發展的重大難題之一。下列有關能量轉化的說法中正確的是()A.不可能從單一熱庫吸收熱量并把它全部用來做功，而不產生其他的變化B.只要對內燃機不斷進行改進，就可以把內燃機得到的全部內能轉化為機械能C.滿足能量守恒定律的物理過程都能自發進行D.外界對物體做功，物體的內能必然增加〖解析〗由熱力學第二定律的開爾文表述可知，A正確；熱機效率總低于100%，B錯誤；滿足能量守恒定律的物理過程未必能自發進行，任何過程一定都滿足熱力學第二定律，C錯誤；由熱力學第一定律ΔU＝W＋Q可知，W>0，ΔU不一定大于0，即內能不一定增加，D錯誤。〖答案〗A溫馨〖提*示〗自然界中與熱現象有關的宏觀過程具有方向性，是不可逆的，分析問題時要注意哪些過程可以“自發”進行，哪些過程不會達到100%的轉化。〖針對訓練1〗(多選)根據熱力學第二定律，下列判斷正確的是()A.電流的能不可能全部變為內能B.在火力發電機中，燃氣的內能不可能全部變為電能C.熱機中，燃氣內能不可能全部變為機械能D.在熱傳導中，熱量不可能自發地從低溫物體傳遞給高溫物體〖解析〗根據熱力學第二定律可知，凡與熱現象有關的宏觀過程都具有方向性，電流的能可全部變為內能(由焦耳定律可知)，但內能不可能全部變成電流的能，而不產生其他影響。機械能可全部轉變為內能，而內能不可能全部轉變成機械能，而不產生其他影響。在熱傳導中，熱量只能自發地從高溫物體傳給低溫物體，而不能自發地從低溫物體傳給高溫物體。〖答案〗BCD核心要點熱力學第一、第二定律的比較〖要點歸納〗1.熱力學第二定律與熱力學第一定律的比較熱力學第一定律熱力學第二定律區別是能量守恒定律在熱力學中的表現，否定了創造能量和消滅能量的可能性，從而否定了第一類永動機是關于在有限空間和時間內，一切和熱現象有關的物理過程、化學過程具有不可逆性的經驗總結，從而否定了第二類永動機聯系兩定律都是熱力學基本定律，分別從不同角度揭示了與熱現象有關的物理過程所遵循的規律，二者既相互獨立，又相互補充，都是熱力學的理論基礎2.可逆過程與不可逆過程(1)可逆過程：在一個過程發生時，系統從狀態Ⅰ經過一系列的中間狀態，最后變化到狀態Ⅱ，如果使系統進行逆向變化，由狀態Ⅱ經歷與原過程完全一樣的中間狀態，變化到狀態Ⅰ，并且在逆向變化的過程中，原過程對外界所產生的一切影響逐步地被一一消除，在外界不留絲毫痕跡，則由狀態Ⅰ到狀態Ⅱ的過程，稱為可逆過程。可逆過程的條件：①單純的、無機械能耗散的機械過程是可逆的，例如，一個理想的單擺，在沒有空氣阻力和其他摩擦作用時，它的擺動過程是可逆的；②無摩擦、無耗散的準靜態過程是可逆的，例如，如果氣體膨脹或壓縮的過程進行得無限緩慢，使氣體在膨脹或壓縮過程中的每一時刻都處于平衡態，而且沒有漏氣、摩擦和散熱等損耗，則當此過程逆向進行時，就能重復原過程的所有中間狀態并恢復原狀，在外界也不留下任何痕跡，即在不考慮摩擦、漏氣和散熱等損耗的理想情形下，準靜態過程是可逆的。(準靜態過程是一種理想過程，當實際過程進行得無限緩慢時，各時刻系統的狀態就無限地接近于平衡態，該過程便是準靜態過程)(2)不可逆過程：如果系統不能逆向恢復到狀態Ⅰ，或當系統在恢復到狀態Ⅰ的逆向過程中，引起了外界的變化，在外界留下了痕跡，使外界不能恢復原狀，則由狀態Ⅰ到狀態Ⅱ的過程，稱為不可逆過程。自然界一切自發過程都是不可逆過程。例如：①氣體會自動地向真空膨脹，而不會自動地向一邊收縮而使另一邊變成真空；②高處的水會自動地向低處流動，而不可能自發地從低處流向高處；③熱量會自發地從高溫物體傳向低溫物體，而不會自發地從低溫物體傳向高溫物體。〖試題案例〗〖例2〗關于熱力學第一定律和熱力學第二定律，下列論述正確的是()A.熱力學第一定律指出內能可以與其他形式的能相互轉化，而熱力學第二定律則指出內能不可能完全轉化為其他形式的能，故這兩條定律是相互矛盾的B.內能可以全部轉化為其他形式的能，只是會產生其他影響，故兩條定律并不矛盾C.兩條定律都是有關能量轉化的規律，它們不但不矛盾，而且沒有本質區別D.其實，能量守恒定律已經包含了熱力學第一定律和熱力學第二定律〖解析〗熱力學第一定律是能量守恒在熱現象中的體現，而熱力學第二定律則指出內能和其他形式能發生轉化的方向性，兩者并不矛盾，選項A、C、D錯誤，B正確。〖答案〗B方法總結熱力學第一定律和第二定律的關系(1)熱力學第一定律和第二定律兩者相互獨立，有著本質的區別。(2)熱力學第一定律和第二定律兩者相互補充，熱力學第一定律是與熱現象有關的物理過程中能量守恒的表達形式，而熱力學第二定律指出了能量轉化與守恒能否實現的條件和過程進行的方向。〖針對訓練2〗(多選)下列說法中正確的是()A.一切涉及熱現象的宏觀過程都具有方向性B.一切不違背能量守恒定律的物理過程都是可能實現的C.由熱力學第二定律可以判斷物理過程能否自發進行D.一切物理過程都不可能自發地進行〖解析〗能量轉移和轉化的過程都是具有方向性的，A正確；一切自發進行的與熱現象有關的宏觀過程，都具有方向性，所以不違背能量守恒定律的物理過程不一定都是可以實現的，B錯誤；在傳熱的過程中，熱量可以自發地從高溫物體傳到低溫物體，但其逆過程不可能自發地進行，C正確，D錯誤。〖答案〗AC核心要點對能量耗散和品質降低的理解〖閱讀探究〗下面這些過程中，能量的“歸宿”在哪里？流水帶動水磨做功，什么能轉化成了什么能？流水的機械能最終將轉化為什么能？傳說中，三國時代的猛將張飛站在當陽橋前一聲吼，“喝斷了橋梁水倒流”，吼過之后靜下來，他的聲能最終轉化為什么能？日光燈把教室照得如同白晝，關燈后滿屋漆黑。原先的光能最終將轉化為什么能？把電爐接入電路，電能表轉得飛快，表明消耗著電能。這些電能最終將轉化為什么能？燃燒過程中燃料的化學能要釋放出來。這些化學能最終將轉化為什么能？〖答案〗流水帶動水磨做功，水的動能轉化為水磨的機械能，最后轉化為內能。聲能轉化為水的內能。日光燈原先的光能轉化為內能。電爐接入電路，電能最后轉化為內能。燃料燃燒釋放出來的能量最終轉化為內能。〖探究歸納〗1.能量耗散自然界中集中度較高(即有序度較高)的能量，如機械能、電能、化學能，當它們變為環境的內能后，就成為更加分散的能量，沒有辦法把這些分散的內能重新變成品質高的能量加以利用，這樣的現象叫作能量耗散。各種形式的能量向內能的轉化，是能夠自動發生、全額發生的，能量耗散從能量轉化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有方向性。2.能量品質的降低能量耗散雖然不會使能量減少，卻會導致能量品質的降低，它實際上將能量從高度有用的形式降級為不大可用的形式。煤、石油、天然氣等能源儲存著高品質的能量，在利用它們的時候，高品質的能量釋放出來并最終轉化為低品質的內能。內能較之機械能、電能、光能、核能等是一種低品質能量。雖然能量不會減少但能源越來越少，所以要節約能源。〖試題案例〗〖例3〗(多選)熱現象過程中不可避免地出現能量耗散的現象。所謂能量耗散是指在能量轉化的過程中無法把流散的能量重新收集、重新加以利用。下列關于能量耗散的說法中正確的是()A.能量耗散說明能量不守恒B.能量耗散不符合熱力學第二定律C.能量耗散過程中能量仍守恒D.能量耗散是從能量轉化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有方向性〖解析〗能量耗散說明能量轉化的宏觀過程具有方向性，符合熱力學第二定律，B錯誤，D正確；能量耗散過程中，能量并沒有消失，能量仍然守恒，A錯誤，C正確。〖答案〗CD溫馨〖提*示〗能量耗散使可利用的能量減少，能量的品質降低。能量守恒定律依然成立，能量沒有減少，但能源卻會越來越少，故應節約能源。〖針對訓練3〗(多選)下列關于能源的說法中正確的是()A.能源是取之不盡，用之不竭的B.能源是有限的，特別是常規能源，如煤、石油、天然氣等C.大量消耗常規能源會使環境惡化，故提倡開發利用新能源D.核能的利用對環境的影響比燃燒石油、煤炭大〖解析〗盡管能量守恒，但耗散能量無法重新收集利用，所以能源是有限的，特別是常規能源，A錯誤，B正確；常規能源的利用比新能源核能的利用對環境影響大，C正確，D錯誤。〖答案〗BC1.(熱力學第二定律的理解)(多選)下列說法正確的是()A.熱量能自發地從高溫物體傳給低溫物體B.熱量不能從低溫物體傳到高溫物體C.傳熱是有方向性的D.氣體向真空中膨脹的過程是有方向性的〖解析〗如果是自發地進行，熱量只能從高溫物體傳到低溫物體，但這并不是說熱量不能從低溫物體傳到高溫物體，只是不能自發地進行，在外界條件的幫助下，熱量也能從低溫物體傳到高溫物體，A、C正確，B錯誤；氣體向真空中膨脹的過程也是不可逆，具有方向性的，D正確。〖答案〗ACD2.(熱力學第二定律的理解)關于熱力學第二定律，下列說法正確的是()A.熱力學第二定律是通過實驗總結出來的實驗定律B.熱力學第二定律是通過大量自然現象的不可逆性總結出來的經驗定律C.熱力學第二定律是物理學家從理論推導得出來的結果D.熱力學第二定律沒有理論和實驗的依據，因此沒有實際意義〖解析〗熱力學第二定律是物理學家通過對大量自然現象的分析，又總結了生產和生活經驗得到的結論，是一個經驗定律，它并不能通過理論和實驗來證明，但它符合客觀事實，因此是正確的。它揭示了熱現象宏觀過程的方向性，使人們認識到第二類永動機不可能制成，對我們認識自然和利用自然有著重要的指導意義。〖答案〗B3.(熱力學第二定律的應用)下列說法正確的是()A.對物體做功不可能使物體的溫度升高B.電冰箱的工作原理不違背熱力學第二定律C.空調機作為制冷機使用時，將熱量從溫度較低的室內送到溫度較高的室外，所以制冷機的工作是不遵守熱力學第二定律的D.從單一熱源吸收熱量使之全部變成有用的機械能是不可能的〖解析〗對物體做功可以使物體的內能增加，溫度升高，如用打氣筒打氣時筒壁變熱，A錯誤；電冰箱工作時有外界做功，不違背熱力學第二定律，B正確；在一定條件下，熱量可以由低溫物體傳到高溫物體，但引起了外界變化，C錯誤；從單一熱源吸熱，并使之全部變成有用功也是可能的，只是會引起其他變化，D錯誤。〖答案〗B4.(對能量耗散的理解)(多選)下列對能量耗散的理解正確的有()A.能量耗散說明能量在不斷減少B.能量耗散遵守能量守恒定律C.能量耗散說明能量不能憑空產生，但可以憑空消失D.能量耗散從能量角度反映出自然界的宏觀過程具有方向性〖解析〗在發生能量轉化的宏觀過程中，其他形式的能量最終會轉化為流散到周圍環境的內能，無法再回收利用，這種現象叫能量耗散。能量耗散并不違反能量守恒定律，宇宙的能量既沒有減少，也沒有消失，它只從能量角度反映出自然界的宏觀過程具有方向性，故A、C錯誤，B、D正確。〖答案〗BD第4節熱力學第二定律核心素養物理觀念科學思維科學態度與責任1.知道一切與熱現象有關的宏觀自然過程都是不可逆的。2.知道熱力學第二定律的兩種表述內容，并能運用該定律解決一些實際問題。3.了解自然界中的能量轉化和轉移，知道能量耗散的概念。1.體會用熱力學第二定律反映宏觀自然過程的方向性。2.體會能量守恒和能源有限。應用熱力學定律解釋生產生活中的實例。知識點一熱力學第二定律〖觀圖助學〗如圖，一滴紅色顏料滴進一杯清水中擴散，整杯水將均勻地變紅。從系統的角度來看，擴散之前是一種狀態，擴散后是另一種狀態。提出問題(1)水中擴散后的顏料能否自發地重新聚集在一起，而其余部分又變成清水？(2)物質的自發擴散有沒有方向性？1.一切與熱現象有關的宏觀自然過程都是不可逆的。如物體間的傳熱、氣體的膨脹、擴散、有摩擦的機械運動……都有特定的方向性。2.反映宏觀自然過程的方向性的定律就是熱力學第二定律。〖思考判斷〗(1)熱量能自發地從高溫物體傳給低溫物體。(√)(2)傳熱是有方向性的。(√)(3)氣體向真空中膨脹的過程是有方向性的。(√)知識點二熱力學第二定律的兩種表述1.熱力學第二定律的克勞修斯表述：熱量不能自發地從低溫物體傳到高溫物體。闡述的是傳熱的方向性。2.熱機熱機工作的兩個階段：第一個階段是燃燒燃料，把燃料中的化學能變成工作物質的內能。第二個階段是工作物質對外做功，把自己的內能變成機械能。3.熱力學第二定律的開爾文表述：不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產生其他影響。(該表述闡述了機械能與內能轉化的方向性)〖思考判斷〗(1)熱量不能從低溫物體傳到高溫物體。(×)(2)不可逆過程指的是某過程只沿某個方向發生，而不可能在沒有外界影響(或不產生其他影響)的情況下沿相反方向發生。(√)(3)內能不可能完全轉化為機械能。(×)(4)一切形式的能量間的相互轉化都不具有可逆性。(×)知識點三能源是有限的1.能量轉移和轉化具有方向性：在各種生產生活中，人們利用的各種形式的能最終都轉化成內能流散到周圍的環境中。2.能量耗散根據熱力學第二定律，分散在環境中的內能不管數量多么巨大，它也只不過能使地球、大氣稍稍變暖一點，卻再也不能自動聚集起來驅動機器做功了。這樣的轉化過程叫作“能量耗散”。3.能源：是指具有高品質的容易利用的儲能物質。〖思考判斷〗(1)能量耗散使能量的總量減少，違背了能量守恒定律。(×)(2)能量耗散是指散失在環境中的內能再也不能收集起來被人類利用。(√)(3)各種形式的能量向內能的轉化，是能夠自動發生、全額發生的。(√)(4)能量耗散導致能量品質的降低。(√)熱力學第二定律是用否定語句表述的(絕大多數物理定律都是用肯定語句表述的)，它告訴我們什么樣的過程不可能發生。(1)對“自發”的理解：當兩個物體接觸時，不需要任何第三者的介入、不會對任何第三者產生任何影響，熱量就能從一個物體傳向另一個物體。當兩個溫度不同的物體接觸時，這個“自發”的方向是從高溫物體指向低溫物體的。(2)對“不可能從單一熱庫吸收熱量”的理解：不僅要從一個熱庫吸收熱量，而且一定會向另一個熱庫放熱。關于熱機(1)熱機是一種把內能轉化為機械能的裝置。主要由熱源、工作物質和冷凝器三部分組成。(2)工作原理：熱機從熱源吸收熱量Q1，推動活塞做功W，然后向冷凝器釋放熱量Q2。(3)熱機效率：由能量守恒定律Q1＝W＋Q2，我們把熱機做的功W和它從熱源吸收的熱量Q1的比值叫作熱機效率，用η表示，即η＝eq\f(W,Q1)。關于能量耗散(1)能量耗散雖然不會使能的總量減少，卻會導致能量品質的降低，它實際上將能量從高度有用的形式降級為不大有用的形式。煤、石油、天然氣等能源儲存著高品質的能量，在利用它們的時候，高品質的能量釋放出來并最終轉化為低品質的內能。(2)能量的耗散從能量轉化的角度反映出自然界中的宏觀過程是具有方向性的。(3)能量雖然不會減少，但能源會越來越少，所以要節約能源。核心要點對熱力學第二定律的理解〖閱讀探究〗地球上海水的總質量達1.4×1021kg。如果把這些海水的溫度降低1℃，放出的熱量就達9×1018kW·h，足夠全世界使用4000年。這個設想不違背能量守恒定律，但是不能實現，分析其原因。〖答案〗利用該設想制成機器不違反能量守恒定律，大量的事實證明，在任何情況下熱機都不可能只有一個熱源，熱機要不斷地把吸取的熱量變為有用的功，就不可避免地將一部分熱量傳給低溫熱源。〖探究歸納〗1.單一熱庫：指溫度均勻并且恒定不變的系統。若一系統各部分溫度不相同或者溫度不穩定，則構成機器的工作物質可以在不同溫度的兩部分之間工作，從而可以對外做功。據報道，有些國家已在研究利用海水上下溫度不同來發電。2.其他影響：指除了從單一熱庫吸收的熱量，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吸收熱量而對外做功，而是這樣做的結果，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，而是指不產生其他影響的自動傳熱是不可能的。3.關于“不可能”：實際上熱機或制冷機系統循環終了時，除了從單一熱庫吸收熱量對外做功，以及熱量從低溫熱庫傳到高溫熱庫以外，過程所產生的其他一切影響，不論用任何曲折復雜的辦法都不可能加以消除。4.兩種表述是等價的如果克勞修斯表達不成立，則開爾文表述也不成立。5.適用條件：只能適用于由很大數目分子所構成的系統及有限范圍內的宏觀過程。而不適用于少量的微觀體系，也不能把它擴展到無限的宇宙。〖試題案例〗〖例1〗隨著世界經濟的快速發展，能源短缺問題日顯突出，油價不斷攀升，已對各國人民的日常生活造成了各種影響，如排長隊等待加油的情景已經多次在世界各地發生，能源成為困擾世界經濟發展的重大難題之一。下列有關能量轉化的說法中正確的是()A.不可能從單一熱庫吸收熱量并把它全部用來做功，而不產生其他的變化B.只要對內燃機不斷進行改進，就可以把內燃機得到的全部內能轉化為機械能C.滿足能量守恒定律的物理過程都能自發進行D.外界對物體做功，物體的內能必然增加〖解析〗由熱力學第二定律的開爾文表述可知，A正確；熱機效率總低于100%，B錯誤；滿足能量守恒定律的物理過程未必能自發進行，任何過程一定都滿足熱力學第二定律，C錯誤；由熱力學第一定律ΔU＝W＋Q可知，W>0，ΔU不一定大于0，即內能不一定增加，D錯誤。〖答案〗A溫馨〖提*示〗自然界中與熱現象有關的宏觀過程具有方向性，是不可逆的，分析問題時要注意哪些過程可以“自發”進行，哪些過程不會達到100%的轉化。〖針對訓練1〗(多選)根據熱力學第二定律，下列判斷正確的是()A.電流的能不可能全部變為內能B.在火力發電機中，燃氣的內能不可能全部變為電能C.熱機中，燃氣內能不可能全部變為機械能D.在熱傳導中，熱量不可能自發地從低溫物體傳遞給高溫物體〖解析〗根據熱力學第二定律可知，凡與熱現象有關的宏觀過程都具有方向性，電流的能可全部變為內能(由焦耳定律可知)，但內能不可能全部變成電流的能，而不產生其他影響。機械能可全部轉變為內能，而內能不可能全部轉變成機械能，而不產生其他影響。在熱傳導中，熱量只能自發地從高溫物體傳給低溫物體，而不能自發地從低溫物體傳給高溫物體。〖答案〗BCD核心要點熱力學第一、第二定律的比較〖要點歸納〗1.熱力學第二定律與熱力學第一定律的比較熱力學第一定律熱力學第二定律區別是能量守恒定律在熱力學中的表現，否定了創造能量和消滅能量的可能性，從而否定了第一類永動機是關于在有限空間和時間內，一切和熱現象有關的物理過程、化學過程具有不可逆性的經驗總結，從而否定了第二類永動機聯系兩定律都是熱力學基本定律，分別從不同角度揭示了與熱現象有關的物理過程所遵循的規律，二者既相互獨立，又相互補充，都是熱力學的理論基礎2.可逆過程與不可逆過程(1)可逆過程：在一個過程發生時，系統從狀態Ⅰ經過一系列的中間狀態，最后變化到狀態Ⅱ，如果使系統進行逆向變化，由狀態Ⅱ經歷與原過程完全一樣的中間狀態，變化到狀態Ⅰ，并且在逆向變化的過程中，原過程對外界所產生的一切影響逐步地被一一消除，在外界不留絲毫痕跡，則由狀態Ⅰ到狀態Ⅱ的過程，稱為可逆過程。可逆過程的條件：①單純的、無機械能耗散的機械過程是可逆的，例如，一個理想的單擺，在沒有空氣阻力和其他摩擦作用時，它的擺動過程是可逆的；②無摩擦、無耗散的準靜態過程是可逆的，例如，如果氣體膨脹或壓縮的過程進行得無限緩慢，使氣體在膨脹或壓縮過程中的每一時刻都處于平衡態，而且沒有漏氣、摩擦和散熱等損耗，則當此過程逆向進行時，就能重復原過程的所有中間狀態并恢復原狀，在外界也不留下任何痕跡，即在不考慮摩擦、漏氣和散熱等損耗的理想情形下，準靜態過程是可逆的。(準靜態過程是一種理想過程，當實際過程進行得無限緩慢時，各時刻系統的狀態就無限地接近于平衡態，該過程便是準靜態過程)(2)不可逆過程：如果系統不能逆向恢復到狀態Ⅰ，或當系統在恢復到狀態Ⅰ的逆向過程中，引起了外界的變化，在外界留下了痕跡，使外界不能恢復原狀，則由狀態Ⅰ到狀態Ⅱ的過程，稱為不可逆過程。自然界一切自發過程都是不可逆過程。例如：①氣體會自動地向真空膨脹，而不會自動地向一邊收縮而使另一邊變成真空；②高處的水會自動地向低處流動，而不可能自發地從低處流向高處；③熱量會自發地從高溫物體傳向低溫物體，而不會自發地從低溫物體傳向高溫物體。〖試題案例〗〖例2〗關于熱力學第一定律和熱力學第二定律，下列論述正確的是()A.熱力學第一定律指出內能可以與其他形式的能相互轉化，而熱力學第二定律則指出內能不可能完全轉化為其他形式的能，故這兩條定律是相互矛盾的B.內能可以全部轉化為其他形式的能，只是會產生其他影響，故兩條定律并不矛盾C.兩條定律都是有關能量轉化的規律，它們不但不矛盾，而且沒有本質區別D.其實，能量守恒定律已經包含了熱力學第一定律和熱力學第二定律〖解析〗熱力學第一定律是能量守恒在熱現象中的體現，而熱力學第二定律則指出內能和其他形式能發生轉化的方向性，兩者并不矛盾，選項A、C、D錯誤，B正確。〖答案〗B方法總結熱力學第一定律和第二定律的關系(1)熱力學第一定律和第二定律兩者相互獨立，有著本質的區別。(2)熱力學第一定律和第二定律兩者相互補充，熱力學第一定律是與熱現象有關的物理過程中能量守恒的表達形式，而熱力學第二定律指出了能量轉化與守恒能否實現的條件和過程進行的方向。〖針對訓練2〗(多選)下列說法中正確的是()A.一切涉及熱現象的宏觀過程都具有方向性B.一切不違背能量守恒定律的物理過程都是可能實現的C.由熱力學第二定律可以判斷物理過程能否自發進行D.一切物理過程都不可能自發地進行〖解析〗能量轉移和轉化的過程都是具有方向性的，A正確；一切自發進行的與熱現象有關的宏觀過程，都具有方向性，所以不違背能量守恒定律的物理過程不一定都是可以實現的，B錯誤；在傳熱的過程中，熱量可以自發地從高溫物體傳到低溫物體，但其逆過程不可能自發地進行，C正確，D錯誤。〖答案〗AC核心要點對能量耗散和品質降低的理解〖閱讀探究〗下面這些過程中，能量的“歸宿”在哪里？流水帶動水磨做功，什么能轉化成了什么能？流水的機械能最終將轉化為什么能？傳說中，三國時代的猛將張飛站在當陽橋前一聲吼，“喝斷了橋梁水倒流”，吼過之后靜下來，他的聲能最終轉化為什么能？日光燈把教室照得如同白晝，關燈后滿屋漆黑。原先的光能最終將轉化為什么能？把電爐接入電路，電能表轉得飛快，表明消耗著電能。這些電能最終將轉化為什么能？燃燒過程中燃料的化學能要釋放出來。這些化學能最終將轉化為什么能？〖答案〗流水帶動水磨做功，水的動能轉化為水磨的機械能，最后轉化為內能。聲能轉化為水的內能。日光燈原先的光能轉化為內能。電爐接入電路，電能最后轉化為內能。燃料燃燒釋放出來的能量最終轉化為內能。〖探究歸納〗1.能量耗散自然界中集中度較高(即有序度較高)的能量，如機械能、電能、化學能，當它們變為環境的內能后，就成為更加分散的能量，沒有辦法把這些分散的內能重新變成品質高的能量加以利用，這樣的現象叫作能量耗散。各種形式的能量向內能的轉化，是能夠自動發生、全額發生的，能量耗散從能量轉化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有方向性。2.能量品質的降低能量耗散雖然不會使能量減少，卻會導致能量品質的降低，它實際上將能量從高度有用的形式降級為不大可用的形式。煤、石油、天然氣等能源儲存著高品質的能量，在利用它們的時候，高品質的能量釋放出來并最終轉化為低品質的內能。內能較之機械能、電能、光能、核能等是一種低品質能量。雖然能量不會減少但能源越來越少，所以要節約能源。〖試題案例〗〖例3〗(多選)熱現象過程中不可避免地出現能量耗散的現象。所謂能量耗散是指在能量轉化的過程中無法把流散的能量重新收集、重新加以利用。下列關于能量耗散的說法中正確的是()A.能量耗散說明能量不守恒B.能量耗散不符合熱力學第二定律C.能量耗散過程中能量仍守恒D.能量耗散是從能量轉化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有方向性〖解析〗能量耗散說明能量轉化的宏觀過程具有方向性，符合熱力學第二定律，B錯誤，D正確；能量耗散過程中，能量并沒有消