4热力学第二定律学习目标素养提炼1.通过自然界中热传导的方向性等实例,初步了解热力学第二定律.2.知道热力学第二定律的两种不同表述及实质.3.能运用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移以及方向性问题.4.了解什么是第二类永动机,能用热力学第二定律解释第二类永动机不能制成的原因.物理观念:热力学第二定律的两种表述.科学思维:与热现象有关的宏观过程的方向性.科学探究:热机的工作原理和效率.01课前自主梳理02课堂合作探究03课后巩固提升04课时跟踪训练一、热传导的方向性凡是涉及热现象的实际过程都具有________的方向性,如热传递、气体膨胀、扩散、摩擦生热等过程均可以________地朝某个方向进行.而相反的过程,即使不违背能量守恒定律,我们也从未见到它们会自发地进行.即一切与热现象有关的宏观自然过程都是________的.二、热力学第二定律的表述1.克劳修斯表述:德国物理学家克劳修斯在1850年提出:热量不能自发地从________物体传到________物体.阐述的是热传递的________.特定自发不可逆低温高温方向性2.开尔文表述:不可能从单一热库吸收热量,使之____________,而不产生其他影响.该表述阐述了机械能与内能转化的________.3.其他表述(1)一切宏观自然过程的进行都具有________.(2)气体向真空的自由膨胀是________的.[思考]热传导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,但是也产生了其他影响,即外界做了功.完全变成功方向性方向性不可逆三、热机1.热机工作的两个阶段(1)第一个阶段是________燃料,把燃料中的________变成工作物质的内能.(2)第二个阶段是工作物质对外________,把自己的内能变成________.2.热机的效率:热机输出的________与燃料产生的________的比值.用公式表示为η=________.3.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.燃烧化学能做功机械能机械功W热量QWQ(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_______________,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.[判断辨析](1)一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的.()(2)内能不可能完全转化为机械能.()(3)一切形式的能量间的相互转化都不具有可逆性.()能量守恒定律√××要点一对热力学第二定律的理解[探究导入]在一清水盘里,滴一滴蓝墨水,墨水慢慢扩散最终变成一盘均匀的淡蓝色的水,它能自发地把滴入水中的墨点聚合到一块变为墨滴吗?说明理由.提示:不能.与热现象有关的宏观过程都具有方向性,要使它逆向进行,就必须由外界对它施加作用.[探究归纳]1.对热力学第二定律的理解在热力学第二定律的表述中,正确地理解“自发地”“不产生其他影响”的确切含义是理解热力学第二定律的关键所在.(1)“自发地”过程就是不受外来干扰进行的自然过程,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,它不受外界干扰.在热传递过程中,热量可以自发地从高温物体传向低温物体,却不能自发地从低温物体传向高温物体.要将热量从低温物体传向高温物体,必须有“对外界的影响或有外界的帮助”,就是要有外界对其做功才能完成.电冰箱就是一例,它是靠电流做功的帮助把热量从低温处“搬”到高温处的.(2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成,对周围环境不产生热力学方面的影响.如吸热、放热、做功等.2.热力学第二定律的实质热力学第二定律的每一种表述,都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性,进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性.3.两种表述是等价的:两种表述都揭示了热现象宏观过程的方向性.两种表述可以相互推导.如果克劳修斯表述不成立,则开尔文表述也不成立.[典例1](多选)随着世界经济的快速发展,能源短缺问题日显突出,油价的不断攀升,已对各国人民的日常生活造成了各种影响,如排长队等待加油的情景已经多次在世界各地发生,能源成为困扰世界经济发展的重大难题之一.下列有关能量转化的说法错误的是()A.不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功,而不引起其他的变化B.只要对内燃机不断改进,就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能C.满足能量守恒定律的物理过程都能自发地进行D.外界对物体做功,物体的内能必然增加[思路点拨]解答该题应把握以下两点:(1)所研究的过程是否与热现象有关.(2)热力学第二定律的几种表述.[解析]由热力学第二定律的开尔文表述可知A对;热机效率总低于100%,B错;满足能量守恒定律的物理过程未必能自发进行,任何过程一定满足热力学第二定律,C错;由热力学第一定律ΔU=W+Q可知,W0,ΔU不一定大于0,即内能不一定增加,D错.[答案]BCD对热力学第二定律的实质理解的关键在于“自发”和“不产生其他影响”.1.(多选)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解析:对气体做功可以改变其内能,气体吸热后可以全部用来对外做功而内能不变,A错,B对;理想气体等压膨胀过程,温度升高,气体吸热,C错;据热力学第二定律可知热量不可能自发地从低温物体传到高温物体,D对.答案:BD2.在研究性学习的过程中,同学们提出了以下五个活动方案,从理论上讲可行的是()A.改进热机的生产工艺,总有一天热机的效率可以达到100%B.发明一种制冷设备,使温度降至绝对零度C.汽车尾气中各类有害气体排入大气后严重污染了空气,想办法使它们自发地分离,既清洁了空气,又变废为宝D.将房屋顶盖上太阳能板,可直接用太阳能来解决照明和热水问题解析:热机效率在任何条件下都不可能达到100%,温度不能无限降低,绝对零度不可能达到,扩散现象具有方向性,逆过程不可自发进行,太阳能可以用来发电和进行加热.答案:D要点二热力学第一定律与热力学第二定律的比较[探究导入]我们把“从单一热库吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响的热机称为第二类永动机”,如果随着科技的不断发展,能够使热机没有漏气、没有摩擦,也没有机体热量损失,是不是就能制成第二类永动机?提示:不能.这是因为热机必须有热源和冷凝器,热机工作时,总要向冷凝器放热,不可避免地要由工作物质带走一部分热量,即使是理想热机,没有摩擦、没有漏气等能量损失,它也不可能把吸收的热量百分之百地转化为机械能,总要有一部分热量散发到冷凝器中.所以说第二类永动机是不可能制成的.[探究归纳]1.热力学第一定律与热力学第二定律的比较热力学第一定律热力学第二定律区别热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的表现,否定了创造能量和消灭能量的可能性,从而否定了第一类永动机热力学第二定律是关于在有限空间和时间内,一切和热现象有关的物理过程、化学过程具有不可逆性的经验总结,从而否定了第二类永动机联系两定律都是热力学基本定律,分别从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律,二者既相互独立,又相互补充,都是热力学的理论基础2.两类永动机的比较第一类永动机第二类永动机设计要求不消耗任何能量,可以不断做功(或只给予很少的能量启动后,可以永远运动下去)将内能全部转化为机械能,而不引起其他变化(或只有一个热库,实现内能与机械能的转化)不可能制成的原因违背了能量守恒定律违背了热力学第二定律[典例2]关于两类永动机和热力学两大定律,下列说法正确的是()A.第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律B.第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律C.由热力学第一定律可知做功不一定改变内能,热传递也不一定改变内能,但同时做功和热传递一定会改变内能D.由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的[思路点拨]掌握两类永动机的概念以及深刻理解热力学两大定律是解答本题的关键.[解析]第一类永动机违反了能量守恒定律,第二类永动机违反了热力学第二定律,A、B错;由热力学第一定律可知W≠0,Q≠0,但ΔU=W+Q可以等于0,C错;由热力学第二定律可知D中现象是可能的,但不引起其他变化是不可能的,D对.[答案]D(1)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自然过程的方向性,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.进一步揭示了各种物理过程及其运动形式的转化过程都具有方向性.3.关于热力学第一定律和热力学第二定律,下列论述正确的是()A.热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化,而热力学第二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式的能,故这两条定律是相互矛盾的B.内能可以全部转化为其他形式的能,只是会产生其他影响,故两条定律并不矛盾C.两条定律都是有关能量转化的规律,它们不但不矛盾,而且没有本质区别D.其实,能量守恒定律已包含了热力学第一定律和热力学第二定律解析:热力学第一定律是能量守恒在热现象中的体现,而热力学第二定律则指出内能和其他形式能发生转化的方向性,二者并不矛盾,选项A、C、D错误,B正确.答案:B4.(多选)我们绝不会看到:一个放在水平地面上的物体,靠降低温度,把内能自发地转化为动能,使这个物体运动起来.其原因是()A.这违反了能量守恒定律B.在任何条件下内能都不可能转化为机械能C.机械能和内能的转化过程具有方向性,内能转化为机械能是有条件的D.这违反了热力学第二定律解析:机械能和内能可以相互转化,但必须通过做功来实现.由热力学第二定律可知,一切与热现象有关的宏观自然过程都具有方向性,内能不可能全部转化成机械能而不引起其他变化,故选项C、D正确.答案:CD1.(对热力学第二定律的理解)(多选)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解析:热力学第二定律指明了宏观热现象具有方向性,利用这一方向性特点进行分析.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;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;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表述的主要思想,故D正确.答案:ACD2.(对第二类永动机的理解)下列说法正确的是()A.第二类永动机违背了能量守恒定律B.第二类永动机违背了热力学第二定律C.根据能量守恒定律,经过不断地技术改造,热机的效率有可能达到100%D.电冰箱和空调机工作时,热量从低温热源传向高温热源,违背了热力学第二定律解析:第二类永动机没有违背能量守恒定律,但违背了热力学第二定律,A错误,B正确;热机的效率永远小于100%,因为要向低温热源散热,C错误;电冰箱和空调机工作时,是通过压缩机做功,来实现热量从低温热源向高温热源的传递,所以并没有违背热力学第二定律,D错误.答案:B3.(对热力学第二定律的理解)如图所示,汽缸内盛有一定量的理想气体,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.现将活塞杆与外界连接,使其缓慢地向右移动,这样气体将等温膨胀并通过杆对外做功.若
本文标题:2019-2020学年高中物理 第十章 热力学定律 4 热力学第二定律课件 新人教版选修3-3
链接地址:https://www.777doc.com/doc-8279710 .html