1．了解熱傳遞、擴散現(xiàn)象、機械能與內(nèi)能的轉(zhuǎn)化等都具有方向性。知道具有方向性的過程為不可逆的。2．了解熱力學第二定律的兩種表述，并能用熱力學第二定律解釋第二類永動機不能制造成功。3．能用熱力學第二定律解釋自然界中的能量轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移及方向性問題，并能解決一些實際問題。4．了解能量耗散、能源和環(huán)境。
1．通過自然界中客觀過程的方向性，了解熱力學第二定律。2．了解熱力學第二定律的兩種不同表述，以及兩種表述的物理實質(zhì)。3．能運用熱力學第二定律解釋自然界中的能量轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移以及宏觀自然過程的方向性問題。4．認識能量耗散，知道能源是有限的。
1．熱力學第二定律的克勞修斯表述(1)內(nèi)容：熱量不能自發(fā)地從_______物體傳到_______物體。即傳熱的過程具有_________。(2)傳熱的方向性①熱量可以自發(fā)地由_______物體傳給_______物體。②熱量不能自發(fā)地由_______物體傳給_______物體。③一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是___________。說明：在表述中強調(diào)“自發(fā)”，就是不需要任何第三者介入，就能發(fā)生。
2．熱力學第二定律的另一種表述(1)熱機①熱機工作的兩個階段：第一個階段是燃燒燃料，把燃料中的_________變成工作物質(zhì)的_______。第二個階段是工作物質(zhì)對外_______，把自己的內(nèi)能變成_________。②熱機的效率：熱機輸出的___________與燃料產(chǎn)生的_________的比值。用公式表示：η＝______。
(2)開爾文表達不可能從單一熱庫吸收熱量，使之_____________，而不產(chǎn)生其他影響。(該表述闡述了機械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性)注意：熱力學第二定律的克勞修斯和開爾文表述是等價的。
『判一判』(1)機械能可以完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。(　　)(2)內(nèi)能不可能完全轉(zhuǎn)化為機械能。(　　)(3)能夠制成的熱機既不違背能量守恒定律，也不違背熱力學第二定律。(　　)(4)一個系統(tǒng)中個體排列的“有序”和“無序”是絕對的。(　　)(5)科技發(fā)達后，熱機的效率可以達到100%。(　　)(6)熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體。(　　)
『選一選』下列說法正確的是(　　)A．物體放出熱量，溫度一定降低B．物體內(nèi)能增加，溫度一定升高C．熱量能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體D．熱量能自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體
解析： 改變內(nèi)能的兩個途徑是做功和傳熱，只知道做功情況或只知道傳熱情況不能判斷物體內(nèi)能的變化，A錯誤；物體內(nèi)能是由分子動能和分子勢能兩部分組成的，總量變化不能斷定其中一個怎樣變化，溫度只是分子熱運動平均動能的宏觀標志，由于分子勢能的存在，不能通過內(nèi)能的變化判斷溫度的變化，故B錯誤；熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，故D正確。
『想一想』成語“覆水難收”指的是一盆水潑出去后是不可能再倒回盆中的。請從不同宏觀態(tài)所對應的微觀態(tài)數(shù)目不同這個角度，解釋為什么水不會自發(fā)地聚到盆中。
答案：由于盆的形狀確定，水在盆中所處的宏觀態(tài)對應的微觀態(tài)數(shù)目少，較為有序。當把水潑出后，它的形狀不受盆的限制，各種可能的形狀都有，此時所處的宏觀態(tài)對應的微觀態(tài)數(shù)目將變得非常多，較為無序。因為自發(fā)的過程總是從有序向無序發(fā)展，所以水不會自發(fā)地聚到盆中。
1．能量耗散：有序度較高(集中度較高)的能量轉(zhuǎn)化為_______，流散到環(huán)境中無法重新收集起來加以利用的現(xiàn)象。2．各種形式的能量向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化，是無序程度_______的狀態(tài)向無序程度_______的狀態(tài)的轉(zhuǎn)化，是能夠_______發(fā)生、全額發(fā)生的。3．能量耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的自發(fā)變化過程具有_______性。
4．能量耗散雖然不會導致能量總量的減少，卻會導致能量_______的降低，它實際上是將能量從高度有用的_________形式降級為不大可用的_________形式。說明：雖然能量總量不會減少，但能源會逐步減少，因此能源是有限的資源。
『選一選』下列現(xiàn)象屬于能量耗散的是(　　)A．利用水能發(fā)電將水能轉(zhuǎn)化為電能B．電池的化學能轉(zhuǎn)化為電能C．電流通過電阻絲轉(zhuǎn)化為光能D．火爐把房子烤暖解析：能量耗散是指其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能，最終流散在周圍環(huán)境中無法重新收集并加以利用的過程。本題中的電能、光能都可以重新收集并加以利用?；馉t把房子烤暖使燃料的化學能轉(zhuǎn)變成內(nèi)能并流散在周圍的環(huán)境中，難以重新收集并加以利用，是能量耗散。故本題選D。
對熱力學第二定律的理解
要|點|提|煉1．自然過程的方向性(1)熱傳導具有方向性兩個溫度不同的物體相互接觸時，熱量會自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，而低溫物體不可能自發(fā)地將熱量傳給高溫物體，要實現(xiàn)低溫物體向高溫物體傳遞熱量，必須借助外界的幫助，因而產(chǎn)生其他影響或引起其他變化。
(2)氣體的擴散現(xiàn)象具有方向性兩種不同的氣體可以自發(fā)地進入對方，最后成為均勻的混合氣體，但這種均勻的混合氣體，絕不會自發(fā)地分開，成為兩種不同的氣體。(3)機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性物體在水平面上運動，因摩擦而逐漸停止下來，但絕不可能出現(xiàn)物體吸收原來傳遞出去的熱量后，在地面上重新運動起來。(4)氣體向真空膨脹具有方向性氣體可自發(fā)地向真空容器內(nèi)膨脹，但絕不可能出現(xiàn)氣體自發(fā)地從容器中流出，使容器內(nèi)變?yōu)檎婵铡?br/>2．在熱力學第二定律的表述中，“自發(fā)地”“不產(chǎn)生其他影響” “單一熱庫”“不可能”的含義(1)“自發(fā)地”是指熱量從高溫物體“自發(fā)地”傳給低溫物體的方向性。在傳遞過程中不會對其他物體產(chǎn)生影響或借助其他物體提供能量等。(2)“不產(chǎn)生其他影響”的含義是發(fā)生的熱力學宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學方面的影響，如吸熱、放熱、做功等。
(3)“單一熱庫”：指溫度均勻并且恒定不變的系統(tǒng)。若一系統(tǒng)各部分溫度不相同或者溫度不穩(wěn)定，則構(gòu)成機器的工作物質(zhì)可以在不同溫度的兩部分之間工作，從而可以對外做功。據(jù)報道，有些國家已在研究利用海水溫度差來發(fā)電。(4)“不可能”：實際上熱機或制冷機系統(tǒng)循環(huán)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(chǎn)生的其他一切影響，用任何辦法都不可能加以消除。
(1)熱力學第二定律的兩種表述是等效的。(2)熱力學第二定律的實質(zhì)：熱力學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，使人們認識到自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性。
典|例|剖|析　　　　　(多選)根據(jù)熱力學第二定律分析，下列說法正確的是(　　)A．熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，但不能從低溫物體傳到高溫物體B．熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，也可以從低溫物體傳到高溫物體C．機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能D．內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為機械能而不引起其他變化
解析：根據(jù)熱傳遞的規(guī)律可知，熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，卻不能自發(fā)地(不需要外界幫助)從低溫物體傳到高溫物體，但是如果借助外界的幫助，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，故A錯誤，B正確；機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能(如一個運動物體克服摩擦力做功且最終停止運動時，機械能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能)，內(nèi)能無法全部轉(zhuǎn)化為機械能而不引起其他變化，故C正確，D錯誤。
　　　　　　　　(多選)電冰箱能夠不斷地把熱量從溫度較低的冰箱內(nèi)部傳給溫度較高的外界空氣，下列說法正確的是(　　)A．熱量能自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體B．在一定條件下，熱量可以從低溫物體傳給高溫物體C．熱量的傳遞過程不具有方向性D．在自發(fā)的條件下熱量的傳遞過程具有方向性
解析： 一切自發(fā)過程都有方向性，如熱傳導，熱量總是由高溫物體自發(fā)地傳向低溫物體；又如擴散，氣體總是自發(fā)地由密度大的地方向密度小的地方擴散。在外界幫助下氣體可以由密度小的地方向密度大的地方擴散，熱量可以從低溫物體傳向高溫物體，電冰箱就是借助外界做功把熱量從低溫物體——冷凍食品，傳向高溫物體——周圍的大氣。所以在回答熱力學過程的方向性問題時，要區(qū)分是自發(fā)過程還是非自發(fā)過程，電冰箱內(nèi)熱量傳遞的過程是有外界參與的。
要|點|提|煉1．能源的分類
2．能源開發(fā)和利用加強新能源，特別是清潔能源的開發(fā)和利用，控制化石能源開采，提高能源的利用率，降低對環(huán)境的污染。
典|例|剖|析　　　　　(2022·貴州遵義航天高級中學高二期中)關(guān)于能量和能源，下列說法中正確的是(　　)A．能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，其總量有可能增加B．能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，其總量會不斷減少C．能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中總量保持不變，故節(jié)約能源沒有必要D．能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有方向性，且現(xiàn)有可利用的能源有限，故必須節(jié)約能源
解析： 能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，總量是守恒的，A、B錯誤；能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中總量保持不變，但能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有方向性，且現(xiàn)有可利用的能源有限，我們要注意節(jié)約能源，C錯誤，D正確。
　　　　　　　　關(guān)于能量耗散，下列說法不正確的是(　　)A．能量耗散導致能量的品質(zhì)降低B．能量耗散是指分散在環(huán)境中的內(nèi)能很難被人類再回收利用C．能量耗散使能量總量減少，違背了能量守恒定律D．各種形式的能量在一定條件下向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化，是能夠全額發(fā)生的解析： 能量耗散是能量在轉(zhuǎn)化過程中以內(nèi)能的形式發(fā)散到周圍環(huán)境中，使得能量品質(zhì)降低，且耗散在環(huán)境中的內(nèi)能很難被人類再利用，但能量耗散遵守能量守恒定律，另外，各種形式的能量在一定條件下向內(nèi)能轉(zhuǎn)化是能夠全額發(fā)生的，故A、B、D正確，C錯誤。
熱力學第一定律與熱力學第二定律的區(qū)別與聯(lián)系
　　　　　(多選)關(guān)于熱力學兩大定律，下列說法正確的是(　　　)A．熱力學第一定律和熱力學第二定律是相互獨立的B．熱力學第二定律的兩種表述是等效的C．由熱力學第一定律可知做功不一定改變內(nèi)能，傳熱也不一定改變內(nèi)能，但同時做功和傳熱一定會改變內(nèi)能D．由熱力學第二定律可知熱量從低溫物體傳向高溫物體是可能的，從單一熱庫吸收熱量，完全變成功也是可能的
解析：熱力學第二定律有幾種不同的表述形式，但它們是等效的，它與熱力學第一定律是各自獨立的，A、B正確；由熱力學第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝W＋Q可以等于0，C錯誤；由熱力學第二定律可知D中現(xiàn)象是可能的，但不引起其他變化是不可能的，D正確。
規(guī)律總結(jié)：(1)熱力學第一定律是能量守恒定律在熱學中的一種表述形式，是從能的角度揭示不同物質(zhì)運動形式相互轉(zhuǎn)化的可能性。告誡人們：第一類永動機不可能制成。(2)熱力學第二定律揭示了大量分子參與的宏觀過程的方向性。如機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不可以全部轉(zhuǎn)化為機械能而不引起其他變化，進一步揭示了各種有關(guān)熱的物理過程都具有方向性。告誡人們：第二類永動機也不可能制成。
一、熱力學第二定律1．(多選)關(guān)于自然過程的方向性，下列說法正確的是(　　)A．摩擦生熱的過程是可逆的B．凡是符合能量守恒的過程一般都是可逆的C．實際的宏觀自發(fā)過程都具有“單向性”或“不可逆性”D．氣體的自由膨脹是不可逆過程解析：機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性，所以摩擦生熱的過程是不可逆的，故A錯誤；實際的宏觀自發(fā)過程都符合能量守恒定律，具有“單向性”或“不可逆性”，故B錯誤，C正確。氣體自由膨脹的過程具有方向性，是不可逆過程，故D正確。
2．根據(jù)熱力學定律，下列判斷正確的是(　　)A．我們可以把火爐散失到周圍環(huán)境中的能量全部收集到火爐中再次用來取暖B．利用淺層海水和深層海水間的溫度差制造出一種熱機，將海水的一部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能，這在原理上是可行的C．制冷系統(tǒng)能將冰箱內(nèi)的熱量傳給外界較高溫度的空氣，而不引起其他變化D．滿足能量守恒定律的客觀過程都可以自發(fā)地進行
解析： 熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，所以不能把散失的能量全部收集起來重新加以利用，A錯誤；由熱力學第二定律可知，B正確；熱量從低溫物體傳給高溫物體時一定會發(fā)生其他變化，C錯誤；只滿足能量守恒定律而不滿足熱力學第二定律的過程是不可能發(fā)生的，D錯誤。
3．下列關(guān)于熵的說法錯誤的是(　　)A．熵是系統(tǒng)無序程度的量度B．在孤立系統(tǒng)中，一個自發(fā)的過程總是向熵減少的方向進行C．熱力學第二定律的微觀實質(zhì)是孤立系統(tǒng)總是向熵增大的狀態(tài)發(fā)展D．熵值越大，代表系統(tǒng)分子運動越無序解析：熵是系統(tǒng)無序程度的量度，熵越大，系統(tǒng)分子運動無序程度越大，故A、D正確；孤立系統(tǒng)中發(fā)生的任何實際過程，其能量的總值保持不變，而其熵值恒增，故B錯誤，C正確。
4．關(guān)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(nèi)能可以與其他形式的能相互轉(zhuǎn)化，而熱力學第二定律則指出內(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)能量的轉(zhuǎn)化規(guī)律，它們不但不矛盾，而且沒有本質(zhì)區(qū)別D．能量守恒定律包含了熱力學第一定律和熱力學第二定律
解析： 熱力學第一定律揭示了內(nèi)能與其他形式能量之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，是能量守恒定律在熱力學中的具體體現(xiàn)。熱力學第二定律則進一步闡明了內(nèi)能與其他形式能量轉(zhuǎn)化時的方向性，二者表述的角度不同，本質(zhì)不同，相互補充，并不矛盾，B正確，A、C、D錯誤。
二、能源是有限的5．(2023·湖南懷化沅陵一中開學考試)下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化的方向性的說法，正確的是(　　)A．在自然界中所有能量都能利用B．能量的利用是無條件的，也是無代價的C．物體發(fā)生熱傳遞時，熱傳遞的方向為從高溫物體到低溫物體D．物體發(fā)生熱傳遞時，熱傳遞的方向為從內(nèi)能多的物體到內(nèi)能少的物體
解析： 在自然界中不是所有能量都能利用，故A錯誤；能量的利用是有條件的，也是有代價的，例如核能的使用，一旦發(fā)生核泄漏，后果不堪設(shè)想，故B錯誤；物體發(fā)生熱傳遞時，熱傳遞的方向是從高溫物體到低溫物體，而不一定是從內(nèi)能多的物體到內(nèi)能少的物體，故C正確，D錯誤。
6．(2023·浙江嘉興月考)人人選擇綠色出行方式，個個踐行低碳生活理念，“低碳”要求我們節(jié)約及高效利用能源，關(guān)于能源與能量，下列說法中正確的是(　　)A．能量被使用后消失了，所以要節(jié)約能源B．自然界中石油、煤炭等能源可供人類長久使用C．人類應多開發(fā)和利用風能、太陽能、核能等新能源D．人類不斷地開發(fā)和利用新的能源，所以能量可以被創(chuàng)造

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