2018-2019版高中物理 第四章 能量守恒與熱力學(xué)定律 4 熱力學(xué)第二定律 5 初識(shí)熵學(xué)案 教科版選修3-3.doc

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4　熱力學(xué)第二定律 5　初識(shí)熵 [學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1.了解熱力學(xué)第二定律的兩種表述，并能用熱力學(xué)第二定律解釋第二類永動(dòng)機(jī)不能制成的原因.2.能運(yùn)用熱力學(xué)第二定律解釋自然界中的能量轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移以及方向性問題.3.了解有序和無序是相對(duì)的，知道熵的概念.4.了解熵增原理，知道它是熱力學(xué)第二定律的另一種表述． 一、熱力學(xué)第二定律 1．熱力學(xué)第二定律的兩種表述 (1)克勞修斯表述：不可能把熱量從低溫物體傳遞到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響．闡述的是熱傳遞的方向性． (2)開爾文表述：不可能從單一熱源吸取熱量使之全部變?yōu)橛杏玫墓Χ划a(chǎn)生其他影響．闡述的是機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性． 2．兩種表述是等效的 兩種表述看上去似乎沒有聯(lián)系，然而實(shí)際上它們是等效的，即由其中一個(gè)可以推導(dǎo)出另一個(gè)． 3．熱力學(xué)第二定律的其他描述 (1)一切宏觀自然過程的進(jìn)行都具有方向性． (2)氣體向真空的自由膨脹是不可逆的． (3)第二類永動(dòng)機(jī)是不可能(填“可能”或“不可能”)制成的． 4．熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì) 熱力學(xué)第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與的宏觀過程的方向性，使人們認(rèn)識(shí)到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性． 5．第二類永動(dòng)機(jī) (1)定義：假設(shè)某一系統(tǒng)吸收空氣或海水中的熱量，對(duì)外部做有用功，而又返回到初態(tài)．如此周而復(fù)始地反復(fù)進(jìn)行，永不停止，該系統(tǒng)稱為第二類永動(dòng)機(jī)． (2)不可能制成的原因：不違反能量守恒定律，但違反了熱力學(xué)第二定律．(均填“違反”或“不違反”) 二、初識(shí)熵 1．對(duì)熵的認(rèn)識(shí) (1)方向性 不可逆過程總是系統(tǒng)從有差異的狀態(tài)向無差異的均勻狀態(tài)過渡，從有規(guī)則向無規(guī)則過渡，從集中向分散過渡． (2)有序、無序 把系統(tǒng)的有差異的不均勻、有規(guī)則、集中說成有序，把系統(tǒng)的無差異的均勻、無規(guī)則、分散說成無序． (3)熵 代表系統(tǒng)的無序性程度．無序性大，熵大；無序性小，熵?。? 2．熵增原理 (1)內(nèi)容 孤立系統(tǒng)的熵總是增加的，或者孤立系統(tǒng)的熵總不減少． (2)公式 ①ΔS表示過程中熵的變化，則熵增原理可以表示為：ΔS≥0. ②ΔS＝0表示系統(tǒng)處于平衡態(tài)，ΔS>0表示孤立系統(tǒng)的任何一個(gè)過程熵總是增加的． (3)適用條件：孤立系統(tǒng)． [即學(xué)即用] 1．判斷下列說法的正誤． (1)可以從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)楣Γ?√) (2)第二類永動(dòng)機(jī)違背了能量守恒定律．() (3)第二類永動(dòng)機(jī)違背了熱力學(xué)第二定律．(√) (4)一個(gè)系統(tǒng)中個(gè)體排列的“有序”和“無序”是絕對(duì)的．() (5)熵值越大代表著越有序．() (6)孤立系統(tǒng)的總熵可能增大，也可能減?。?) 2．(1)冰箱工作時(shí)，能把冰箱內(nèi)的熱量傳遞到冰箱外，這________(填“違反”或“不違反”)熱力學(xué)第二定律． (2)兩個(gè)溫度不同的物體接觸時(shí)，熱量會(huì)自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，直到兩者溫度相等；一個(gè)溫度處處相等的物體，不可能自發(fā)地變成一部分溫度高，另一部分溫度低．這一事實(shí)說明，一切自然過程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)________的方向進(jìn)行． 答案　(1)不違反　(2)無序性增大 一、熱力學(xué)第二定律 [導(dǎo)學(xué)探究]　有人提出這樣一種設(shè)想，發(fā)明一種熱機(jī)，用它把物體與地面摩擦所產(chǎn)生的熱量都吸收過來并對(duì)物體做功，將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，使因摩擦停止運(yùn)動(dòng)的物體在地面上重新運(yùn)動(dòng)起來，而不引起其他變化．這是一個(gè)非常誘人的設(shè)想，這種設(shè)想并不違反能量守恒定律，如果真能造出這樣的熱機(jī)，那么，我們只從海水中吸收熱量來做功，就成為可能了，“能源問題”也就解決了．這樣的熱機(jī)能制成嗎？為什么？ 答案　不能．違背了熱力學(xué)第二定律． [知識(shí)深化] 1．在熱力學(xué)第二定律的表述中，“不可能”“不產(chǎn)生其他影響”的涵義 (1)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)，除了從單一熱源吸收熱量對(duì)外做功，以及熱量從低溫?zé)嵩磦鞯礁邷責(zé)嵩匆酝猓^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． (2)“不產(chǎn)生其他影響”是指發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對(duì)周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響．如吸熱、放熱、做功等． 2．熱力學(xué)第二定律的意義 熱力學(xué)第二定律已在物理、化學(xué)、生物等自然學(xué)科中有著重要的應(yīng)用，對(duì)我們認(rèn)識(shí)自然、利用自然有重要的指導(dǎo)意義． 特別提醒　熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)：熱力學(xué)第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與宏觀過程的方向性，使人們認(rèn)識(shí)到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性． 例1　(多選)根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，下列說法中正確的是(　　) A．不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做有用功，而不引起其他變化 B．沒有冷凝器，只有單一的熱源，能將從單一熱源吸收的熱量全部用來做有用功，而不引起其他變化的熱機(jī)是可以實(shí)現(xiàn)的 C．制冷系統(tǒng)將冰箱里的熱量傳給外界較高溫度的空氣中，而不引起其他變化 D．不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化 答案　AD 解析　熱力學(xué)第二定律揭示了與熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程的方向性，機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性，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)械能必須借助外部的幫助，即會(huì)引起其他變化，A選項(xiàng)正確，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；熱傳遞過程也具有方向性，熱量能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，但是熱量要從低溫物體傳到高溫物體，必然要引起其他變化(外界對(duì)系統(tǒng)做功)，故C選項(xiàng)錯(cuò)誤，D選項(xiàng)正確． 針對(duì)訓(xùn)練　(多選)下列說法中正確的是(　　) A．一切涉及熱現(xiàn)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(shí)現(xiàn)的 C．由熱力學(xué)第二定律可以判斷物理過程能否自發(fā)進(jìn)行 D．一切物理過程都不可能自發(fā)地進(jìn)行 答案　AC 解析　能量轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化的過程都是具有方向性的，A對(duì)；第二類永動(dòng)機(jī)不違背能量守恒定律，但是不能實(shí)現(xiàn)，B錯(cuò)；在熱傳遞的過程中，能量可以自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，但其逆過程不可能自發(fā)地進(jìn)行，C對(duì)，D錯(cuò)． 二、熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律的比較 1．兩個(gè)定律比較 熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在熱力學(xué)中的具體表現(xiàn)形式，在轉(zhuǎn)化的過程中，總的能量保持不變．熱力學(xué)第二定律是指在有限的時(shí)間和空間內(nèi)，一切和熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程、化學(xué)過程都具有不可逆性． 2．兩類永動(dòng)機(jī)的比較 分類 第一類永動(dòng)機(jī) 第二類永動(dòng)機(jī) 設(shè)計(jì)要求 不消耗任何能量，可以不斷地做功(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) 不可制成的原因 違背能量守恒定律 違背熱力學(xué)第二定律 例2　關(guān)于熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律，下列論述正確的是(　　) A．熱力學(xué)第一定律指出內(nèi)能可以與其他形式的能相互轉(zhuǎn)化，而熱力學(xué)第二定律則指出內(nèi)能不可能完全轉(zhuǎn)化為其他形式的能，故這兩條定律是相互矛盾的 B．內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為其他形式的能，只是會(huì)產(chǎn)生其他影響，故兩條定律并不矛盾 C．兩條定律都是有關(guān)能量轉(zhuǎn)化的規(guī)律，它們不但不矛盾，而且沒有本質(zhì)區(qū)別 D．其實(shí)，能量守恒定律已經(jīng)包含了熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律 答案　B 解析　熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在熱現(xiàn)象中的體現(xiàn)，而熱力學(xué)第二定律則指出內(nèi)能和其他形式的能發(fā)生轉(zhuǎn)化的方向性，兩者并不矛盾，選項(xiàng)A、C、D錯(cuò)誤，B正確． 例3　下列說法正確的是(　　) A．第二類永動(dòng)機(jī)違背了能量守恒定律 B．第二類永動(dòng)機(jī)違背了熱力學(xué)第二定律 C．根據(jù)能量守恒定律，經(jīng)過不斷的技術(shù)改造，熱機(jī)的效率有可能達(dá)到100% D．電冰箱和空調(diào)機(jī)工作時(shí)，熱量從低溫?zé)嵩磦鞯礁邷責(zé)嵩?，違背了熱力學(xué)第二定律 答案　B 解析　第二類永動(dòng)機(jī)沒有違背能量守恒定律，但違背了熱力學(xué)第二定律，A錯(cuò)誤，B正確；熱機(jī)的效率永遠(yuǎn)小于100%，因?yàn)橐虻蜏責(zé)嵩瓷?，C錯(cuò)誤；電冰箱和空調(diào)機(jī)工作時(shí)，是通過壓縮機(jī)做功，來實(shí)現(xiàn)熱量從低溫?zé)嵩吹礁邷責(zé)嵩吹膫鬟f，所以并沒有違背熱力學(xué)第二定律，D錯(cuò)誤． 三、初識(shí)熵 [導(dǎo)學(xué)探究]　(1)如圖1所示，一幅是閱兵式的圖片，另一幅是清明上河圖(局部)，從這兩幅圖中我們看出了什么？ 圖1 (2)固體自發(fā)地熔化為液體、固體結(jié)晶要比液體整齊有序；液體自發(fā)地蒸發(fā)為氣體，液體分子的分布比氣體分子要集中有序．兩種不同氣體相互擴(kuò)散，由有序變?yōu)闊o序，這些現(xiàn)象都說明了什么問題？ 答案　(1)閱兵式圖片較有序，清明上河圖較無序． (2)自發(fā)過程總是向著無序性增大的方向進(jìn)行． [知識(shí)深化] 1．熵的概念 (1)熵是系統(tǒng)無序度的量度 “有序”和“無序”是相對(duì)而言的，是從有序程度上講的，熵越高，意味著宏觀態(tài)所對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目越多，即越無序，熵越低即越有序． (2)熵是不可逆過程的共同判據(jù) 系統(tǒng)的自發(fā)過程總是從有序向無序變化．因?yàn)殪厥窍到y(tǒng)無序度的量度，所以可以用熵作為一切不可逆過程的共同判據(jù)． (3)熵是系統(tǒng)狀態(tài)的函數(shù) 系統(tǒng)的一個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)一個(gè)熵值．如一塊完整的玻璃有一熵值，打碎的玻璃另有一個(gè)熵值． 2．熵增原理——熱力學(xué)第二定律的另一種表述 孤立系統(tǒng)的熵總是增加的，或者孤立系統(tǒng)的熵總不減少． ①“孤立系統(tǒng)”是指與外界既沒有物質(zhì)的交流，也沒有能量的交換，即與外界沒有任何聯(lián)系的系統(tǒng)． ②熵增是孤立系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)際發(fā)生過程的必然趨勢(shì)．即一切自然過程總是沿著無序性增大的方向進(jìn)行． 特別提醒　客觀過程的方向性具有統(tǒng)計(jì)意義，宏觀過程總是向著無序程度增加的方向發(fā)展，即總是向著概率大的狀態(tài)發(fā)展，而不可能相反． 例4　(多選)關(guān)于熱力學(xué)第二定律的微觀意義，下列說法正確的是(　　) A．大量分子無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)能夠自動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蜻\(yùn)動(dòng) B．熱傳遞的自然過程是大量分子從有序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向無序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程 C．熱傳遞的自然過程是大量分子從無序程度小的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向無序程度大的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程 D．一切自然過程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無序性增大的方向進(jìn)行 答案　CD 解析　分子熱運(yùn)動(dòng)是大量分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)的一個(gè)宏觀過程包含著大量的微觀狀態(tài)，這是一個(gè)無序的運(yùn)動(dòng)，根據(jù)熵增原理，熱運(yùn)動(dòng)的結(jié)果只能使分子熱運(yùn)動(dòng)更加無序．而不是變成了有序，熱傳遞的自然過程從微觀上講就是大量分子從無序程度小的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向無序程度大的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程，故選C、D. 1．一切自發(fā)過程都是不可逆的，是大量分子從有序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向無序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化發(fā)展的過程，即無序性增大的過程． 2．傳熱過程是大量分子由無序程度小的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化為無序程度大的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的過程，體現(xiàn)了熱傳遞的方向性． 例5　下列關(guān)于熵的說法中錯(cuò)誤的是(　　) A．熵是系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)無序性的量度 B．在自然過程中一個(gè)孤立系統(tǒng)的熵總是增加或不變的 C．熱力學(xué)第二定律也叫做熵減小原理 D．熵值越大代表著越無序 答案　C 解析　一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無序性增大的方向進(jìn)行，這就是熱力學(xué)第二定律的微觀意義．系統(tǒng)的熱力學(xué)過程就是大量分子向無序程度大的狀態(tài)變化的過程．自然過程的方向性可以表述為：在任何自然過程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的熵值不會(huì)減小，因此熱力學(xué)第二定律又稱為熵增原理．故A、B、D說法正確，C說法錯(cuò)誤. 1.(熱力學(xué)第二定律的理解)下列說法正確的是(　　) A．機(jī)械能全部變成內(nèi)能是不可能的 B．第二類永動(dòng)機(jī)不可能制造成功是因?yàn)槟芰考炔粫?huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或從一種形式轉(zhuǎn)化成另一種形式 C．根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體 D．從單一熱源吸收的熱量全部變成有用功是可能的 答案　D 解析　機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故A錯(cuò)；第二類永動(dòng)機(jī)不可能制造成功是因?yàn)樗`背了熱力學(xué)第二定律，故B錯(cuò)；熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，但如果不是自發(fā)地，是可以進(jìn)行的，故C錯(cuò)；從單一熱源吸收熱量全部用來做功而不引起其他變化，是不可能的，但如果是從單一熱源吸收熱量全部變?yōu)橛杏霉Φ耐瑫r(shí)也引起了其他的變化，是可能的，故D項(xiàng)對(duì)． 2．(熱力學(xué)第一定律與熱力學(xué)第二定律的比較)(多選)圖2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)過冷凝器時(shí)制冷劑液化，放出熱量到箱體外．下列說法正確的是(　　) 圖2 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? C．電冰箱的工作原理不違背熱力學(xué)第一定律 D．電冰箱的工作原理違背了熱力學(xué)第一定律 答案　BC 解析　熱力學(xué)第一定律適用于所有的熱學(xué)過程，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤；熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體，要想使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體必須借助于其他系統(tǒng)做功，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確． 3．(熱力學(xué)第二定律的微觀意義)下列關(guān)于熱力學(xué)第二定律微觀意義的說法正確的是(　　) A．從微觀的角度看，熱力學(xué)第二定律是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律 B．一切自然過程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)無序性減小的方向進(jìn)行 C．有的自然過程沿著分子熱運(yùn)動(dòng)無序性增大的方向進(jìn)行，有的自然過程沿著分子熱運(yùn)動(dòng)無序性減小的方向進(jìn)行 D．在任何自然過程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵會(huì)減小 答案　A 解析　熱力學(xué)第二定律是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，A對(duì)；從熱力學(xué)第二定律的微觀本質(zhì)看，一切不可逆過程總是沿著大量分子熱運(yùn)動(dòng)無序程度增大的方向進(jìn)行，B、C錯(cuò)；任何自然過程總是朝著無序程度增大的方向進(jìn)行，也就是熵增加的方向進(jìn)行，故D錯(cuò)． 4．(熵增原理)(多選)關(guān)于孤立體系中發(fā)生的實(shí)際過程，下列說法中正確的是(　　) A．系統(tǒng)的總熵不可能減小 B．系統(tǒng)的總熵可能增大，可能不變，還可能減小 C．系統(tǒng)逐漸從比較有序的狀態(tài)向更無序的狀態(tài)發(fā)展 D．系統(tǒng)逐漸從比較無序的狀態(tài)向更加有序的狀態(tài)發(fā)展 答案　AC 解析　在孤立體系中發(fā)生的實(shí)際過程，其系統(tǒng)的總熵總是增加的，它不可能減小，故A正確，B錯(cuò)誤；根據(jù)熵增原理，該系統(tǒng)只能是從比較有序的狀態(tài)向更無序的狀態(tài)發(fā)展，故C正確，D錯(cuò)誤． 一、選擇題 考點(diǎn)一　熱力學(xué)第二定律的理解 1．關(guān)于熱力學(xué)第二定律，下列說法正確的是(　　) A．熱力學(xué)第二定律是通過實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來的實(shí)驗(yàn)定律 B．熱力學(xué)第二定律是通過大量自然現(xiàn)象的不可逆性總結(jié)出來的經(jīng)驗(yàn)定律 C．熱力學(xué)第二定律是物理學(xué)家從理論推導(dǎo)得出來的結(jié)果 D．熱力學(xué)第二定律沒有理論和實(shí)驗(yàn)的依據(jù)，因此沒有實(shí)際意義 答案　B 解析　熱力學(xué)第二定律是物理學(xué)家通過對(duì)大量自然現(xiàn)象的分析，又總結(jié)了生產(chǎn)和生活經(jīng)驗(yàn)得到的結(jié)論，是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)定律，它并不能通過理論和實(shí)驗(yàn)來證明，但它符合客觀事實(shí)，因此是正確的．它揭示了熱現(xiàn)象宏觀過程的方向性，使人們認(rèn)識(shí)到第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成，對(duì)我們認(rèn)識(shí)自然和利用自然有著重要的指導(dǎo)意義． 2．下列說法正確的是(　　) A．熱量不能由低溫物體傳遞到高溫物體 B．外界對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能必定增加 C．第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成，是因?yàn)檫`背了能量守恒定律 D．電冰箱雖然可以從低溫物體吸收熱量，但不違反熱力學(xué)第二定律 答案　D 解析　根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熱量不能自發(fā)地由低溫物體傳遞到高溫物體，在發(fā)生其他變化的前提下，熱量可以由低溫物體傳遞到高溫物體，例如電冰箱制冷時(shí)，壓縮機(jī)工作，消耗了電能，同時(shí)熱量由冰箱內(nèi)的低溫物體傳遞到冰箱外的高溫物體，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤；外界對(duì)物體做功的同時(shí)，物體可能放熱，物體的內(nèi)能不一定增加，所以選項(xiàng)B錯(cuò)誤；第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成，并不違背能量守恒定律，但它違背了熱力學(xué)第二定律中熱機(jī)效率必小于1的表述，因此它不可能制成，所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤；電冰箱雖然從低溫物體吸收了熱量，但產(chǎn)生了其他影響，消耗了電能，選項(xiàng)D正確． 3．如圖1所示，汽缸內(nèi)盛有一定質(zhì)量的理想氣體，汽缸壁是導(dǎo)熱的，缸外環(huán)境保持恒溫，活塞與汽缸壁的接觸是光滑的，但不漏氣，現(xiàn)將活塞桿緩慢向右移動(dòng)，這樣氣體將等溫膨脹并通過活塞對(duì)外做功．若已知理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，則下列說法正確的是(　　) 圖1 A．氣體是從單一熱源吸熱，全部用來對(duì)外做功，此過程違反熱力學(xué)第二定律 B．氣體是從單一熱源吸熱，但并未全部用來對(duì)外做功，此過程不違反熱力學(xué)第二定律 C．氣體是從單一熱源吸熱，全用來對(duì)外做功，此過程不違反熱力學(xué)第二定律 D．以上三種說法都不對(duì) 答案　C 解析　由于汽缸壁是導(dǎo)熱的，外界溫度不變，活塞桿與外界連接并使其緩慢地向右移動(dòng)的過程中，有足夠時(shí)間進(jìn)行熱交換，所以汽缸內(nèi)的氣體溫度也不變．要保持其內(nèi)能不變，該過程氣體是從單一熱源即外部環(huán)境吸收熱量，即全部用來對(duì)外做功才能保證內(nèi)能不變，但此過程不違反熱力學(xué)第二定律．此過程由外力對(duì)活塞做功來維持，如果沒有外力對(duì)活塞做功，此過程不可能發(fā)生． 考點(diǎn)二　熵增原理 4．(多選)下列關(guān)于晶體熔化的說法中正確的是(　　) A．在晶體熔化的過程中，溫度不變，分子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率不變，則無序程度不變 B．晶體熔化時(shí)，由分子的平衡位置在空間較為規(guī)則排列，變?yōu)榉肿拥钠胶馕恢幂^為無序排列，則無序度增大 C．在晶體熔化的過程中，熵將保持不變 D．在晶體熔化的過程中，熵將增加 答案　BD 5．(多選)關(guān)于熵，下列說法中正確的是(　　) A．熵值越大，意味著系統(tǒng)越“混亂”和“分散”，無序程度越高 B．熵值越小，意味著系統(tǒng)越“混亂”和“分散”，無序程度越高 C．熵值越大，意味著系統(tǒng)越“整齊”和“集中”，也就是越有序 D．熵值越小，意味著系統(tǒng)越“整齊”和“集中”，也就是越有序 答案　AD 考點(diǎn)三　綜合應(yīng)用 6．(多選)關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說法正確的是(　　) A．為了增加物體的內(nèi)能，必須對(duì)物體做功或向它傳遞熱量 B．對(duì)某物體做功，必定會(huì)使該物體的內(nèi)能增加 C．可以從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)橛杏霉? D．功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬膶?shí)際宏觀過程是不可逆過程 答案　ACD 解析　由ΔU＝W＋Q可知做功和熱傳遞是改變內(nèi)能的兩種途徑．它們具有等效性，故A正確，B錯(cuò)誤；由熱力學(xué)第二定律可知，可以從單一熱源吸收熱量，使之全部變?yōu)橛杏霉Γ珪?huì)產(chǎn)生其他影響，故C正確；一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都是不可逆的，故D正確． 7．關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說法正確的是(　　) A．在一定條件下物體的溫度可以降到0K B．物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做有用功 C．吸收了熱量的物體，其內(nèi)能一定增加 D．壓縮氣體總能使氣體的溫度升高 答案　B 解析　絕對(duì)零度只能無限趨近，永遠(yuǎn)無法達(dá)到，A錯(cuò)誤；物體從單一熱源吸收的熱量可以全部用來做有用功，只不過會(huì)引起其他變化，B正確；內(nèi)能的變化決定于做功和熱傳遞兩個(gè)方面，C、D錯(cuò)誤． 8．(多選)根據(jù)你學(xué)過的熱學(xué)中的有關(guān)知識(shí)，判斷下列說法中正確的是(　　) A．機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能也可以全部用來做功轉(zhuǎn)化成機(jī)械能 B．凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性，在熱傳遞中，熱量只能從高溫物體傳遞給低溫物體，而不能從低溫物體傳遞給高溫物體 C．盡管技術(shù)不斷進(jìn)步，熱機(jī)的效率仍不能達(dá)到100% D．第一類永動(dòng)機(jī)違背能量守恒定律，第二類永動(dòng)機(jī)不違背能量守恒定律，隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，第二類永動(dòng)機(jī)可以制造出來 答案　AC 解析　機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能在引起其他變化時(shí)也可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，A選項(xiàng)正確；凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性，在熱傳遞中，熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體，也能從低溫物體傳遞給高溫物體，但必須借助外界的幫助，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；盡管科技不斷進(jìn)步，熱機(jī)的效率仍不能達(dá)到100%，機(jī)械總要消耗能量，C選項(xiàng)正確；第一類永動(dòng)機(jī)違背能量守恒定律，第二類永動(dòng)機(jī)不違背能量守恒定律，但是違背熱力學(xué)第二定律，第二類永動(dòng)機(jī)不可能制造出來，D選項(xiàng)錯(cuò)誤． 二、非選擇題 9．(熵增原理)質(zhì)量相同、溫度相同的水，如圖2所示分別處于固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)三種狀態(tài)下，它們的熵的大小有什么關(guān)系？為什么？ 圖2 答案　見解析 解析　根據(jù)大量分子運(yùn)動(dòng)對(duì)系統(tǒng)無序程度的影響，熱力學(xué)第二定律又有一種表述：由大量分子組成的系統(tǒng)自發(fā)變化時(shí)，總是向著無序程度增大的方向進(jìn)行，至少無序程度不會(huì)減?。@也就是說，任何一個(gè)系統(tǒng)自發(fā)變化時(shí)，系統(tǒng)的熵要么增加，要么不變，但不會(huì)減少．質(zhì)量相同、溫度相同的水，可以由固態(tài)自發(fā)地向液態(tài)、氣態(tài)轉(zhuǎn)化，所以，氣態(tài)時(shí)的熵最大，其次是液態(tài)，固態(tài)時(shí)的熵最?。?