2012高二物理课件：第三章 第四节 热力学第二定律(粤教版选修3-3)
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人教版物理高中选择性必修3第三章4 热力学第二定律PPT教学课件
问题 1.这些现象说明什么道理? 提示:这些现象说明自然界的宏观过程不可能自动地逆向进行。 2.能否使这些现象逆向进行? 提示:可以使这些现象逆向进行,但不是自发地,必须有第三者的介入。 3.传热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。能够实现热量从低温物体传给高温物体,如电冰箱,但这不是自发地进 行的,需要消耗电能。
等价性 如果克劳修斯表述不成立,则开尔文表述也不成立。不管如何表述,热力学第二定律的 和实质 实质都是相同的,即一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的
举例
①传热过程的方向性 ②扩散现象的方向性 ③机械能和内能转化的方向性 ④气体向真空中自由膨胀的方向性 ⑤电能和内能转化的方向性
第1讲 描述运动第的基三本章概念 热力学定律
4 热力学第二定律
1.知道传热、扩散现象、机械能与内能的转化等都具有方向性。了解什么是热力 学第二定律。 2.理解热力学第二定律的两种表述,以及两种表述的物理实质。 3.能运用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移及宏观自然过程的方向 性问题。 4.了解什么是能量耗散和品质降低。
第1讲 描述运动第的基三本章概念 热力学定律
判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ✕” 。 1.温度不同的两个物体接触时,热量能自发地从高温物体传给低温物体,所以热量 不能由低温物体传给高温物体。 ( ✕ ) 提示:热量可以由低温物体传给高温物体,但这种传递不是自发的。 2.制冷系统能将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气,而不引起其他变化。 (✕) 提示:制冷系统消耗了电能,将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气。 3.科技发达后,热机的效率可以达到100%。 ( ✕ ) 提示:由热力学第二定律可知热机的效率不可以达到100%。 4.机械能可以全部转化为内能,而内能不能自发地全部转化为机械能。 ( √ ) 提示:机械能与内能的转化是有方向的,内能不能自发地全部转化为机械能。
等价性 如果克劳修斯表述不成立,则开尔文表述也不成立。不管如何表述,热力学第二定律的 和实质 实质都是相同的,即一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的
举例
①传热过程的方向性 ②扩散现象的方向性 ③机械能和内能转化的方向性 ④气体向真空中自由膨胀的方向性 ⑤电能和内能转化的方向性
第1讲 描述运动第的基三本章概念 热力学定律
4 热力学第二定律
1.知道传热、扩散现象、机械能与内能的转化等都具有方向性。了解什么是热力 学第二定律。 2.理解热力学第二定律的两种表述,以及两种表述的物理实质。 3.能运用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移及宏观自然过程的方向 性问题。 4.了解什么是能量耗散和品质降低。
第1讲 描述运动第的基三本章概念 热力学定律
判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ✕” 。 1.温度不同的两个物体接触时,热量能自发地从高温物体传给低温物体,所以热量 不能由低温物体传给高温物体。 ( ✕ ) 提示:热量可以由低温物体传给高温物体,但这种传递不是自发的。 2.制冷系统能将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气,而不引起其他变化。 (✕) 提示:制冷系统消耗了电能,将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气。 3.科技发达后,热机的效率可以达到100%。 ( ✕ ) 提示:由热力学第二定律可知热机的效率不可以达到100%。 4.机械能可以全部转化为内能,而内能不能自发地全部转化为机械能。 ( √ ) 提示:机械能与内能的转化是有方向的,内能不能自发地全部转化为机械能。
物理粤教版高二年级选修3-3第三章第4节热力学第二定律教学设计
热力学第二定律教学设计——选修3-3 第三章第四节【教材分析】一、本节的热力学第二定律，解决热力学过程进行的方向性，是整个热力学知识的理论基础，要使学生了解此定律与热力学第一定律的区别与联系二、对于热力学第二定律，教材先从学生生活中比较熟悉的热传导过程的方向性和机械能和内能转化的方向性入手，以一定的感性认识为基础，再通过逻辑分析，研究与热现象有关的过程的方向性问题。
三、对第二类永动机不可能制成做分析，并区别于第一类永动机四、教材介绍了热力学第二定律的两种表述，要注意说明这两种不同表述的只是表述的角度不同，但物理实质是等效的。
五、本教材为了降低学生理解的难度，也换了一个角度，从微观角度解释热力学第二定律，即无序系性增加，并由此引入并了解熵的概念。
【设计思想】一、从身边的生活现象的实例导入，并借助生动的图片与动画，积极创设情景，尽量使问题简单化，开展讨论与交流，让学生从自己的学习体验和感悟中获得知识。
二、热力学第二定律不象以往的实验定律可以推导和验证，是在大量实验事实的基础上总结出来，内容的表述比较抽象和难以理解，教师要引导学生对关键词的作深刻地理解，要引导学生多运用实例来辅助理解。
三、通过及时的反馈训练检验学生学习效果并设计合理的课后练习【教学目标】一、知识与技能：1.了解热传递过程的方向性，机械能和内能转化的方向性2.知道热力学第二定律的两种不同的表述，以及这两种表述的物理实质。
3.知道什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可能制成。
4.知道热力学第二定律的微观解释5.知道熵是描述物体无序程度的物理量二、过程与方法：1.从大量生活生动实例入手，分析各种热学现象的过程，归纳出现象背后的普遍规律──热力学第二定律2.通过对热力学第二定律两种经典表述的等效，以及从宏观、微观两个角度理解热力学第二定律，学会多角度、多方位考虑问题三、情感、态度与价值观：1.通过学习热力学第二定律，使我们知道自然界一切现象都是由规律可循的，违背自然定律做研究是不可能成功的（热机的效率不会达到100%，第二类永动机不可能做成）2.自然界发生的一切过程中的能量都是守恒的，但不违背能量守恒定律的宏观过程并不都能发生。
粤教版物理选修3-3：第3章-第4节 热力学第二定律
1．热力学第二定律使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程() A．都具有方向性B．只是部分具有方向性C．没有方向性D．无法确定【解析】自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性．【答案】 A2．空调制冷，把热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外，在此过程中()A．既遵守热力学第二定律，又遵守能量守恒定律B．遵守热力学第二定律，而不遵守能量守恒定律C．遵守能量守恒定律，而不遵守热力学第二定律D．既不遵守热力学第二定律，又不遵守能量守恒定律【解析】空调制冷时，把热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外，要消耗电能即引起了其他变化，所以整个过程既遵守热力学第二定律，又遵守能量守恒定律．故正确答案为A.【答案】 A3．关于永动机和热力学定律的讨论，下列叙述正确的是() A．第二类永动机违反能量守恒定律B．如果物体从外界吸收了热量，则物体的内能一定增加C．外界对物体做功，则物体的内能一定增加D．做功和热传递都可以改变物体的内能，但从能量转化或转移的观点来看这两种改变方式是有区别的【解析】第二类永动机违反热力学第二定律，并不是违反能量守恒定律，故A错．根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W知，内能的变化由做功W和热传递Q两个方面共同决定，只知道做功情况或只知道热传递情况无法确定内能的变化情况，故B、C项错误．做功和热传递都可改变物体内能，但做功是不同形式能的转化，而热传递是同种形式能间的转移，这两种方式是有区别的，故D项正确．【答案】 D4．地球上有很多的海水，它的总质量约为1.4×1018吨，如果这些海水的温度降低0.1 ℃，将要放出5.8×1023焦耳的热量，有人曾设想利用海水放出的热量使它完全变成机械能来解决能源危机，但这种机器是不能制成的，其原因是()A．内能不能转化成机械能B．内能转化成机械能不满足热力学第一定律C．只从单一热源吸收热量并完全转化成机械能的机器不满足热力学第二定律D．上述三种原因都不正确【解析】不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化，故只有C项叙述正确．【答案】 C5．下列过程中，可能发生的是()A．某工作物质从高温热库吸收20 kJ的热量，全部转化为机械能，而没有产生其他任何影响B．打开一高压密闭容器，其内气体自发溢出后又自发溢进去，恢复原状C．利用其他手段，使低温物体的温度更低，高温物体的温度更高D．将两瓶不同液体自发混合，然后它们又自发地各自分开【解析】根据热力学第二定律，热量不可能从低温物体自发地传递给高温物体，而不引起其他变化，但通过一些物理手段是可以实现的，故C项正确；内能转化为机械能不可能自发地进行，故A项错；气体膨胀具有方向性，故B 项错；扩散现象也有方向性，D项错．【答案】 C。
高中物理3.4热力学第二定律课件粤教版选修33
1.在热力学第二定律的表述中,正确地理解“自发地”“不引起其他变化”的 确切含义是理解热力学第二定律的关键所在.
(1)“自发地”是指热量从高温热源自发地传给低温热源的方向性,在传递 过程中不会对其他物体产生影响或借助其他物体提供能量等.
(2)“不引起其他变化”的含义是指热量从低温热源传递到高温热源 或从单一热源吸收热量全部用来做功,不需通过第三方的帮助,这里的 帮助就是第三方提供能量等方式.
第十六页，共24页。
一二
二、热力学第二定律的微观解释
知识(zhī shi) 精要
典题例解
迁移 (qiānyí)应用Βιβλιοθήκη 1.热力学第二定律的微观解释
(1)一切自发过程总是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的
过程.
(2)自发过程是不可逆转的过程,即不可能使大量分子无规则的热运动
转化为有序的运动.
(3)大量分子无序运动状态变化的方向(fāngxiàng)是向无序性增大的方
向(fāngxiàng)进行的,而一切自然过程总是沿着无序性增大的方向
(fāngxiàng)进行的.
2.熵的意义
熵较大的宏观状态就是无序程度较大的宏观状态,也就是出现概率较
大的宏观状态.在自发过程中,熵总是增加的.
3.用熵表示的热力学第二定律
在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会减少.
第十七页，共24页。
一二
知识(zhī shi) 精要
典题例解
迁移 (qiānyí)应
用
【例2】 (多选)关于热力学第二定律的微观意义,下列说法正确的 是( )(导学号51140037)
A.大量分子无规则的热运动能够自动转变为有序运动 B.热传递的自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态 转化(zhuǎnhuà)的过程 C.热传递的自然过程是大量分子从无序程度小的运动状态向无 序程度大的运动状态转化(zhuǎnhuà)的过程 D.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
(1)“自发地”是指热量从高温热源自发地传给低温热源的方向性,在传递 过程中不会对其他物体产生影响或借助其他物体提供能量等.
(2)“不引起其他变化”的含义是指热量从低温热源传递到高温热源 或从单一热源吸收热量全部用来做功,不需通过第三方的帮助,这里的 帮助就是第三方提供能量等方式.
第十六页，共24页。
一二
二、热力学第二定律的微观解释
知识(zhī shi) 精要
典题例解
迁移 (qiānyí)应用Βιβλιοθήκη 1.热力学第二定律的微观解释
(1)一切自发过程总是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的
过程.
(2)自发过程是不可逆转的过程,即不可能使大量分子无规则的热运动
转化为有序的运动.
(3)大量分子无序运动状态变化的方向(fāngxiàng)是向无序性增大的方
向(fāngxiàng)进行的,而一切自然过程总是沿着无序性增大的方向
(fāngxiàng)进行的.
2.熵的意义
熵较大的宏观状态就是无序程度较大的宏观状态,也就是出现概率较
大的宏观状态.在自发过程中,熵总是增加的.
3.用熵表示的热力学第二定律
在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会减少.
第十七页，共24页。
一二
知识(zhī shi) 精要
典题例解
迁移 (qiānyí)应
用
【例2】 (多选)关于热力学第二定律的微观意义,下列说法正确的 是( )(导学号51140037)
A.大量分子无规则的热运动能够自动转变为有序运动 B.热传递的自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态 转化(zhuǎnhuà)的过程 C.热传递的自然过程是大量分子从无序程度小的运动状态向无 序程度大的运动状态转化(zhuǎnhuà)的过程 D.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
高中物理 第3章 第4节 热力学第二定律课件 粤教版选修3-3
►课堂训练
1．下列哪个过程具有方向性(D)
①热传导过程
②机械能向内能的转化过程
③气体的扩散过程 ④气体向真空中的膨胀
A．①② B．②③
C．①②③ D．①②③④
解析：这四个过程都是与热现象有关的宏观过程，根据热力 学第二定律可知，它们都是不可逆的，具有方向性．
考点二 热力学第二定律的微观实质 熵
固体自发地熔化为液体，固体结晶要比液体整齐有序；液体自 发地蒸发为气体，液体分子的分布比气体分子要集中有序．两 种不同气体相互扩散，由有序变为无序，这些现象都说明了什 么问题？ 提示：自发过程总是向着无序性增加的方向进行．
②定律中几个关键词的理解．
“自发地”是指热量从高温物体“自发地”传给低温物体的方向 性．在传递过程中不会对其他物体产生影响或借助其他物体提 供能量等．
“不引起其他变化”的含义是使热量从低温物体传递到高温物 体或从单一热源吸收热量全部用来做功，不须通过第三者的帮 助．这里的帮助是指提供能量等方式．
“不可能”既包括从单一热源吸收热量全部用来对外做功、热 量从低温热源传到高温热源，也包括过程产生的其他变化，即 不论用任何手段都不可能消除其他变化．
(3)热力学第二定律的微观实质： 与热现象有关的自发的宏观过程，总是朝着分子热运动状态 无序性增加的方向进行的．
2．熵 (1)熵的物理意义： 熵是反映系统无序程度的物理量，正如温度反映物体内分子 平均动能大小一样．系统越混乱，无序程度越大，就称这个 系统的熵越大．
(2)热力学系统中熵的变化：
系统自发变化时，总是向着无序程度增加的方向发展，至少 无序程度不会减少．从熵的意义上来说，系统自发变化时， 总是向着熵增加的方向进行，不会使熵减小．
②开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做 功，而不引起其他变化．即机械能与内能的转化具有方向性．
2019_2020学年高中物理第3章热力学基础第4节热力学第二定律课件粤教版选修3_3
二、机械能和内能转化过程的方向性 1．机械能和内能转化过程具有__方__向____性，即机械能全 部转化为内能的过程是可以__自__发____进行的，内能全部转化为 机械能的过程，是不能__自__发____进行的，要将内能全部转化为 机械能，必然会引起其他影响． 2．第二类永动机 (1)定义 从_单__一__热__源____吸热全部用来_做__功____，而不引起其他变化 的热机． (2)第二类永动机不可能制成原因是它违背了__热__力__学__第__二_ 定律．
随着科技的不断发展，假如能够使热机没有漏气没有摩擦 也没有机体热量损失，是不是能够使热机效率达100%?
【答案】不能，原因是热机的工作物质吸收的热量不能全 部用来做功，如汽车尾气会带走一部分热量．
自然过程的方向性
1．可逆过程与不可逆过程 一个系统由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态， 如果存在另一过程，它能使系统和外界完全复原，即系统回到 原来的状态，同时消除原来过程对外界的一切影响，则原来的 过程称为可逆过程；如果用任何方法都不能使系统和外界完全 复原，则原来的过程称为不可逆过程．
解析：根据热力学第二定律和实验事实都可以说明，热传 导的过程是有方向性的，热量可以从高温物体自发地传给低温 物体，却不能自发地从低温物体传给高温物体，A选项正确； 如果借助外界的帮助，热量是可以从低温物体传给高温物体 的，但肯定引起其他的变化，比如电冰箱制冷时需要消耗电 能，B选项错误；机械能可以全部转变成内能，而内能却不能 全部转变成机械能，C选项错误．热力学第二定律指出了所有 大量分子参与的宏观过程具有方向性，即涉及热现象的宏观过 程具有方向性，但并不是指所有的物理过程都具有方向性，D 选项错误．
A．温度降低，密度增大 B．温度降低，密度减小 C．温度升高，密度增大 D．温度升高，密度减小
物理：粤教版 选修3-3 3.4 热力学第二定律 (课件)
[例2]第二类永动机不可以制成，是 因为[ ]
A. 违背了能量的守恒定律 B．热量总是从高温物体传递到低温物 体 C．机械能不能全部转变为内能 D．内能不能全部转化为机械能，同时 不引起其他变化
• [解析]第二类永动机设想虽然符合能量 守恒定律，但是违背了能量转化中有 些过程是不可逆的规律。所以不可能 制成，选项D正确。
• [例3]试对热力学第一定律和热力学第二定 律做一简单的评析 • [解析]热力学第一定律和热力学第二定律是 构成热力学知识的理论基础，前者对自然 过程没有任何限制，只指出在任何热力学 过程中能量不会有任何增加或损失，反映 的是物体内能的变化与热量、做功的定量 关系；后者则是解决哪些过程可以自发地 发生，哪些过程必须借助于外界条件才能 进行。
• 1．第二类永动机：人们把想象中能够从单 一热源吸收热量，全部用来做功而不引起 其他变化的热机叫做第二类永动机。 • 2．第二类永动机不可能制成
• 表示机械能和内能的转化过程具有方向 性．尽管机械能可以全部转化为内能，内 能却不能全部转化成机械能，同时不引起 其他变化。
• 3．第一类永动机和第二类永动机
• 2．热传导的过程具有方向性
• 热传导的过程可以向一个方向自发地进行 (热量从高温物体自发地传给低温物体)；但 向相反的方向不会自发地产生(热量不会自 发地从低温物体传给高温物体)，只有借助 外界的帮助才能进行。
（二）机械能与内能转化的方向性
①热机：是一种把内能转化为机械能的装置。 ②原理：燃料燃烧产生热量 Q1（高温热源）
• 它们都不可能制成，第一类永动机的设想 违反了能量守恒定律；第二类永动机的设 想虽不违反能量守恒定律，但违背了跟热 现象相联系的宏观自然过程具有方向性的 规律。
三、热力学第二定律
高中物理 第三章 热力学基础章末整合课件 粤教版选修33
第十五页，共19页。
分类(fēn lèi)突 破
• 例5 (双选)下面关于热力学第二定律微观意义 的说法中正确的是
()
• A．从微观的角度看，热力学第二定律是一 个统计规律
• B．一切自然(zìrán)过程总是沿着分子热运 动无序性减小的方向进行
• C．有的自然(zìrán)过程沿着分子热运动无 序性增大的方向进行，有的自然(zìrán)过程沿 着分子热运动无序性减小的方向进行
第七页，共19页。
分类(fēn lèi)突 破
• 例3 一定质量的气体从外界吸收了4.2×105J 的热量，同时气体对外做了6×105J的功，问：
• (1)物体(wùtǐ)的内能是增加还是减少？变化 量是多少？
• (2)分子势能是增加还是减少？ • (3)分子的平均动能是增加还是减少？ • 答案 (1)内能减少1.8×105J (2)分子势能
它们在改变物体的内能上是等效的，但它们的 本质不同．做功是其他形式的能和内能之间的 转化，热传递则是物体间内能的转移．
第三页，共19页。
分类(fēn lèi)突破
• 2．热力学第一定律
• ΔU＝W＋Q正确理解公式的意义及符号含义 是解决本类问题的关键．
• (1)外界对物体(wùtǐ)做功，W>0；物体(wùtǐ) 对外做功，W<0；
• D．外界对车胎内气体做功，同时(tóngshí) 向车胎内气体传递热量
第五页，共19页。
分类(fēn lèi)突 破
• 例2 (双选)一定质量的理想气体自状态 (zhuàngtài)A经状态(zhuàngtài)C变化到状态 (zhuàngtài)B.这一过程的VT图象表示如图1所示， 则 ()
• (2)物体(wùtǐ)从外界吸热，Q>0；物体(wùtǐ) 放出热量，Q<0；
分类(fēn lèi)突 破
• 例5 (双选)下面关于热力学第二定律微观意义 的说法中正确的是
()
• A．从微观的角度看，热力学第二定律是一 个统计规律
• B．一切自然(zìrán)过程总是沿着分子热运 动无序性减小的方向进行
• C．有的自然(zìrán)过程沿着分子热运动无 序性增大的方向进行，有的自然(zìrán)过程沿 着分子热运动无序性减小的方向进行
第七页，共19页。
分类(fēn lèi)突 破
• 例3 一定质量的气体从外界吸收了4.2×105J 的热量，同时气体对外做了6×105J的功，问：
• (1)物体(wùtǐ)的内能是增加还是减少？变化 量是多少？
• (2)分子势能是增加还是减少？ • (3)分子的平均动能是增加还是减少？ • 答案 (1)内能减少1.8×105J (2)分子势能
它们在改变物体的内能上是等效的，但它们的 本质不同．做功是其他形式的能和内能之间的 转化，热传递则是物体间内能的转移．
第三页，共19页。
分类(fēn lèi)突破
• 2．热力学第一定律
• ΔU＝W＋Q正确理解公式的意义及符号含义 是解决本类问题的关键．
• (1)外界对物体(wùtǐ)做功，W>0；物体(wùtǐ) 对外做功，W<0；
• D．外界对车胎内气体做功，同时(tóngshí) 向车胎内气体传递热量
第五页，共19页。
分类(fēn lèi)突 破
• 例2 (双选)一定质量的理想气体自状态 (zhuàngtài)A经状态(zhuàngtài)C变化到状态 (zhuàngtài)B.这一过程的VT图象表示如图1所示， 则 ()
• (2)物体(wùtǐ)从外界吸热，Q>0；物体(wùtǐ) 放出热量，Q<0；
高中物理 第三章 第四节 热力学第二定律课件 粤教选修33
•11、凡为教者必期于达到不须教。对人以诚信，人不欺我;对事以诚信，事无不成。 •12、首先是教师品格的陶冶，行为的教育，然后才是专门知识和技能的训练。 •13、在教师手里操着幼年人的命运，便操着民族和人类的命运。2022/1/162022/1/16January 16, 2022 •14、孩子在快乐的时候，他学习任何东西都比较容易。 •15、纪律是集体的面貌，集体的声音，集体的动作，集体的表情，集体的信念。 •16、一个人所受的教育超过了自己的智力，这样的人才有学问。 •17、好奇是儿童的原始本性，感知会使儿童心灵升华，为其为了探究事物藏下本源。2022年1月2022/1/162022/1/162022/1/161/16/2022 •18、人自身有一种力量，用许多方式按照本人意愿控制和影响这种力量，一旦他这样做，就会影响到对他的教育和对他发生作用的环境。 2022/1/162022/1/16
热力学第二定律的理解 [例 2]一种冷暖两用型空调，铭牌标注：输入功率 1 kW，制冷能力 1.2×104 kJ/h，制热能力 1.3×104 kJ/h.这样， 该空调在制热时，每消耗 1 J 电能，将放出 3 J 多热量，是 指标错误还是能量不守恒？ 解析：都不是．空调制冷、制热靠压缩机做功，从室 内(室外)吸收热量放到室外(室内)．在制热时，放出的热量 等于消耗的电能与从室外吸收的热量之和，完全可以大于 电能消耗．这既不违背热力学第一定律，也不违背热力学 第二定律． 答案：见解析
2．开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量，使之完 全变为有用的功而不引起其他变化．
表述中说的其他变化，是指除了单一热源放热和对外 界做功这两者以外的任何其他变化．其实，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．例如：理想气体从单一热源吸热做等温膨胀时． 内能不变，即ΔU＝0，按热力学第一定律，得 Q＝W，即 所吸收热量全部转化为功，但是在这一过程中却引起了其 他变化，即气体的体积膨胀，不能自动地缩回．
2018-2019学年高中物理第三章热力学第一定律第四节热力学第二定律课件粤教版选修3_3
(3)热力学第二定律的微观实质： 与热现象有关的自发的宏观过程，总是朝着分子热运动 状态无序性增加的方向进行的。
2．熵 (1)熵的物理意义： 熵是反映系统无序程度的物理量，正如温度反映物体内 分子平均动能大小一样。系统越混乱，无序程度越大，就称 这个系统的熵越大。 (2)热力学系统中熵的变化： 系统自发变化时，总是向着无序程度增加的方向发展， 至少无序程度不会减少。从熵的意义上来说，系统自发变化 时，总是向着熵增加的方向进行，不会使熵减小。
热力学第二定律 1．热力学第二定律的概念 反映自然界过程进行方向和条件的定律。 2．自然过程的方向性 (1)热传导：两个温度不同的物体相互接触时，热量会自 发地从高温物体传给低温物体，而低温物体不可能自发地将 热量传给高温物体，要实现低温物体向高温物体传递热量， 必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起其他变化。
热力学第二定律的应用
[例 1] 随着世界经济的快速发展，能源短缺问题日显突
出，近期油价不断攀升，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
转化的说法中正确的是
()
A．不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而
5．热力学第二定律常见的有两种表述，克劳修斯的表述 是按照_热__传__导__的方向性表述的，开尔文的表述是按照_机__械__能_ _与__内__能__转__化__过__程___的方向性表述的，两种表述是 等价 的。
6．从微观看，热力学第二定律表明：与热现象有关的自 发的宏观过程，总是朝着分子热运动状态 无序性 增加的方 向，即熵 增大 的方向进行的。
“不引起其他变化”的含义是使热量从低温物体传递到 高温物体或从单一热源吸收热量全部用来做功，不须通过第 三者的帮助。这里的帮助是指提供能量等方式。
物理粤教版选修3-3 第三章第四节热力学第二定律 课件
第三章
热力学基础
第四节
热力学第二定律
第三章
热力学基础
学习目标 1.了解热现象中宏观自然过程的方向性． 2．理解热力学第二定律的两种不同的表述，以及这两种表述 的物理实质． 3．了解什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可能制 成． 4．了解熵是反映系统无序程度的物理量．
一、热传导的方向性 1．两个温度不同的物体互相接触时，热量会自发地从 高温 低温 _________________ 物体传给_________________ 物体，但不
[想一想] 4.随着科技的不断发展，假如能够使热机没有漏气 没有摩擦也没有机体热量损失，是不是能够使热机效率达
100%?
提示：不能，原因是热机的工作物质吸收的热量不能全部用 来做功，如汽车尾气会带走一部分热量．
对热力学第二定律的理解
1．克劳修斯表述指明热传递等热力学宏观现象的方向性，不
需要借助外界提供能量的帮助，其物理本质是揭示了热传递
D．在一绝热容器内盛有液体，不停地搅动它，使它温度升
和“不引起其他变化”的物理意义．
(单选)根据热力学第二定律，下列说法中不正确的是 ( A ) A．电流的电能不可能全部变成内能 B．在火力发电中，燃气的内能不可能全部变为电能 C．在热机中，燃气的内能不可能全部变为机械能 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
[思路点拨] 热力学第二定律反映了与热现象有关的宏观过程
低温 高温 会自发地从_________________ 物体传给_________________ 方向性 物体．这说明：热传导过程是有_________________ 的． 2．热力学第二定律是一条反映自然界过程进行 方向 条件 _________________ 和_________________ 的规律．
热力学基础
第四节
热力学第二定律
第三章
热力学基础
学习目标 1.了解热现象中宏观自然过程的方向性． 2．理解热力学第二定律的两种不同的表述，以及这两种表述 的物理实质． 3．了解什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可能制 成． 4．了解熵是反映系统无序程度的物理量．
一、热传导的方向性 1．两个温度不同的物体互相接触时，热量会自发地从 高温 低温 _________________ 物体传给_________________ 物体，但不
[想一想] 4.随着科技的不断发展，假如能够使热机没有漏气 没有摩擦也没有机体热量损失，是不是能够使热机效率达
100%?
提示：不能，原因是热机的工作物质吸收的热量不能全部用 来做功，如汽车尾气会带走一部分热量．
对热力学第二定律的理解
1．克劳修斯表述指明热传递等热力学宏观现象的方向性，不
需要借助外界提供能量的帮助，其物理本质是揭示了热传递
D．在一绝热容器内盛有液体，不停地搅动它，使它温度升
和“不引起其他变化”的物理意义．
(单选)根据热力学第二定律，下列说法中不正确的是 ( A ) A．电流的电能不可能全部变成内能 B．在火力发电中，燃气的内能不可能全部变为电能 C．在热机中，燃气的内能不可能全部变为机械能 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
[思路点拨] 热力学第二定律反映了与热现象有关的宏观过程
低温 高温 会自发地从_________________ 物体传给_________________ 方向性 物体．这说明：热传导过程是有_________________ 的． 2．热力学第二定律是一条反映自然界过程进行 方向 条件 _________________ 和_________________ 的规律．
2012高二物理课件第四章《能量守恒与热力学定律》(教科版选修3-3)
上述实验步骤中有遗漏和错误，遗漏的步骤是________； 错误的步骤是___________________(指明步骤，并改正)， 油酸分子直径的表达式d＝________. 解析 本题考查的是用油膜法测分子直径，意在考查学生 对单分子油膜的理解和粗略估算能力．本实验中为了使油 膜不分裂成几块，需在水面上均匀撒上痱子粉；由于本实 验只是一种估算，在数油膜所覆盖的坐标格数时，大于半 个格的算一个格，少于半个格的舍去；油酸溶液在水面上 充分扩散后形成一层单分子油膜，油膜厚度可看成分子直
能自发混合成 (4)不同气体 A 和 B 混合气体 AB 不能自发分离成
实验：用油膜法估测分子的大小
注意事项 1．实验前应检查方盘是否干净． 2．方盘中的水应保持稳定状态，最好静置一段时间，痱 子粉均匀撒在水面上． 3．向水面滴油酸酒精溶液时，针尖应竖直、靠近水面， 如果离水面太高，可能无法形成油膜．最好在1 cm左右． 4．计算油膜面积时，以坐标纸上方格的数目来计算，不足 半个的舍去，多于半个的算1个．
考点一
微观量的估算
【典例1】
一气泡从湖底上升到湖面，已知气泡内气体的密度为 1.29 kg/m3，平均摩尔质量为0.029 kg/mol.阿伏加德罗常 数NA＝6.02×1023 mol－1，取气体分子的平均直径为 2×10－10 m．若气泡内的气体能完全变为液体，请估算液 体体积与原来气体体积的比值．(结果保留一位有效数字) 解析 题目考查利用阿伏加德罗常数进行估算． 设气体体积为V1，液体体积为V2，由此可知，
m 气泡内气体的质量为：m＝ρV1，物质的量为：n＝ . M ρV1 则气泡内的分子个数为：N＝nNA＝ N . M A 1 将分子视为球体，每个分子的体积：V 分＝ πd3. 6 对液体来说，忽略分子间隙，则液体体积为： Nπd3 πρd3V1NA V2＝NV 分＝ ＝ ， 6 6M V2 πρd3NA 由此可知： ＝ . V1 6M V2 代入数据解得 ＝1×10－4.(9×10－5～2×10－4 都算正确) V1
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第四节 热力学第二定律
一、热传导的方向性
高温 低温 1．热可以自发地由________物体传递给________物
体，但相反方向却不能自发地进行，即热传导具有 方向性 __________，是一个不可逆过程． 2．说明 (1)“自发地”指在不受外来干扰的条件下进行的自 然过程． (2)要将热量从低温物体传向高温物体，必须有“外界 的影响或帮助”，即要有外界对其做功才能完成．
二、机械能和内能转化过程方向性
1．机械能和内能转化过程具有方向性，机械能全部转 化为内能的过程是可以自发进行的，反之不能自发进行，
要将内能全部转化为机械能必然会引起其他影响．
2．从单一热源吸热全部用来做功而不引起其他变化的
热机称为第二类永动机．它不可能制成的原因是其违背了 热力学第二定律 __________________．
电能消耗．这既不违背热力学第一定律，也不违背热力学
第二定律． 答案：见解析
返回
[例 2]一种冷暖两用型空调，铭牌标注：输入功率 1
kW，制冷能力 1.2×104 kJ/h，制热能力 1.3×104 kJ/h.这样， 该空调在制热时，每消耗 1 J 电能，将放出 3 J 多热量，是
指标错误还是能量不守恒？
解析：都不是．空调制冷、制热靠压缩机做功，从室 内(室外)吸收热量放到室外(室内)．在制热时，放出的热量 等于消耗的电能与从室外吸收的热量之和，完全可以大于
解析：A.发生自由膨胀，则是不可逆的； B.有摩擦发生，也是不可逆的； C.是准静态无摩擦的膨胀，则为可逆过程；
D.这是做功变为热的过程，一定不可逆；
E.此过程中既有“功变热”又有“热传导”，也是不 可逆过程； F.液体的扩散是不可逆过程； G.有一定温度差的热传导是不可逆过程． 答案：见解析
热力学第二定律的理解
量，物体内部分子热运动无序性越高，物体的熵就越 大 __________．
2．系统的熵值反映了它所处状态的均匀程度，系统的 熵值越小，它所处的状态越是有序，越不均匀；系统的熵
值越大，它所处的状态越是无序，越均匀．系统总是力图
熵值较小 熵值较大 自发地从__________的状态向__________(即从有序走向 无序)的状态转变，这就是隔离系统“熵值增大原理”的微 观物理意义．
上摩擦很大，使气体缓慢地膨胀时；
C．上述装置，没有摩擦，但调整外加压力，使气体 能缓慢地膨胀时；
D．在一绝热容器内盛有液体，不停地搅动它，使它 温度升高； E．在一传热容器内盛有液体，容器放在一恒温的大
水池内，液体不停地搅动，可保持温度不变； F．在一绝热容器内，不同温度的液体进行混合； G．在一绝热容器内，不同温度的氦气进行混合．
3．热力学第二定律的开尔文表述与热机的工作有关；
克劳修斯表述与热传导现象有关，两种表述貌似不同，但
是它们通过热功转换和热传导各自表述了过程进Байду номын сангаас的方向
性，所以本质上是一致的．可以证明两种表述等效：如果 开尔文表述是正确的，则克劳修斯表述也是正确的，若违 反开尔文表述，也必违背克劳修斯表述．
热力学第二定律的理解 [例 1]下列所述过程是可逆的，还是不可逆的？ A．气缸与活塞的组合内装有气体，当活塞上没有外 加压力，活塞与气缸间没有摩擦，气体缓慢地膨胀时； B．上述装置，当活塞上没有外加压力，活塞与气缸
热力学第二定律的两种表述 1．克劳修斯表述：不可能使热量从低温物体传向高温 物体而不引起其他变化．
表述中的其他变化是指高温物体吸热和低温物体放热
两者以外的任何变化，如果允许引起其他变化，热量由低 温物体传入高温物体也是可能的，例如：制冷机可以将热 量从低温热源传给高温热源，但这不是自动传递的，需有 外界对气体做功，并把所做的功转变为热而送入高温热源， 外界做了这部分的功，自然要引起其他变化．
2．热传导的过程是使物体内部分子的热运动由比较 有序的 无序的 __________状态向__________状态转化的过程．
3．热力学第二定律的微观实质是：与热现象有关的自
增加 发的宏观过程，总是朝着分子热运动状态无序性_________
的方向进行的．
五、熵 无序程度 1．熵是用来描述物体的______________的一个物理
2．开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量，使之完 全变为有用的功而不引起其他变化． 表述中说的其他变化，是指除了单一热源放热和对外
界做功这两者以外的任何其他变化．其实，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．例如：理想气体从单一热源吸热做等温膨胀时．
内能不变，即ΔU＝0，按热力学第一定律，得 Q＝W，即 所吸收热量全部转化为功，但是在这一过程中却引起了其 他变化，即气体的体积膨胀，不能自动地缩回．
三、热力学第二定律 不可能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其他 变化；不能从单一热源吸收热量，使之完全变为有用的功
而不引起其他变化．
四、热力学第二定律的微观实质
1．做功是与分子群体的有序运动联系在一起的，内能
是和分子的无序运动联系在一起的，机械能转化为内能的 过程，从微观上来说是大量分子的有序运动朝无序运动的 方向转换的过程，其相反方向的过程是大量分子从无序运 动朝有序运动方向转换的过程．
一、热传导的方向性
高温 低温 1．热可以自发地由________物体传递给________物
体，但相反方向却不能自发地进行，即热传导具有 方向性 __________，是一个不可逆过程． 2．说明 (1)“自发地”指在不受外来干扰的条件下进行的自 然过程． (2)要将热量从低温物体传向高温物体，必须有“外界 的影响或帮助”，即要有外界对其做功才能完成．
二、机械能和内能转化过程方向性
1．机械能和内能转化过程具有方向性，机械能全部转 化为内能的过程是可以自发进行的，反之不能自发进行，
要将内能全部转化为机械能必然会引起其他影响．
2．从单一热源吸热全部用来做功而不引起其他变化的
热机称为第二类永动机．它不可能制成的原因是其违背了 热力学第二定律 __________________．
电能消耗．这既不违背热力学第一定律，也不违背热力学
第二定律． 答案：见解析
返回
[例 2]一种冷暖两用型空调，铭牌标注：输入功率 1
kW，制冷能力 1.2×104 kJ/h，制热能力 1.3×104 kJ/h.这样， 该空调在制热时，每消耗 1 J 电能，将放出 3 J 多热量，是
指标错误还是能量不守恒？
解析：都不是．空调制冷、制热靠压缩机做功，从室 内(室外)吸收热量放到室外(室内)．在制热时，放出的热量 等于消耗的电能与从室外吸收的热量之和，完全可以大于
解析：A.发生自由膨胀，则是不可逆的； B.有摩擦发生，也是不可逆的； C.是准静态无摩擦的膨胀，则为可逆过程；
D.这是做功变为热的过程，一定不可逆；
E.此过程中既有“功变热”又有“热传导”，也是不 可逆过程； F.液体的扩散是不可逆过程； G.有一定温度差的热传导是不可逆过程． 答案：见解析
热力学第二定律的理解
量，物体内部分子热运动无序性越高，物体的熵就越 大 __________．
2．系统的熵值反映了它所处状态的均匀程度，系统的 熵值越小，它所处的状态越是有序，越不均匀；系统的熵
值越大，它所处的状态越是无序，越均匀．系统总是力图
熵值较小 熵值较大 自发地从__________的状态向__________(即从有序走向 无序)的状态转变，这就是隔离系统“熵值增大原理”的微 观物理意义．
上摩擦很大，使气体缓慢地膨胀时；
C．上述装置，没有摩擦，但调整外加压力，使气体 能缓慢地膨胀时；
D．在一绝热容器内盛有液体，不停地搅动它，使它 温度升高； E．在一传热容器内盛有液体，容器放在一恒温的大
水池内，液体不停地搅动，可保持温度不变； F．在一绝热容器内，不同温度的液体进行混合； G．在一绝热容器内，不同温度的氦气进行混合．
3．热力学第二定律的开尔文表述与热机的工作有关；
克劳修斯表述与热传导现象有关，两种表述貌似不同，但
是它们通过热功转换和热传导各自表述了过程进Байду номын сангаас的方向
性，所以本质上是一致的．可以证明两种表述等效：如果 开尔文表述是正确的，则克劳修斯表述也是正确的，若违 反开尔文表述，也必违背克劳修斯表述．
热力学第二定律的理解 [例 1]下列所述过程是可逆的，还是不可逆的？ A．气缸与活塞的组合内装有气体，当活塞上没有外 加压力，活塞与气缸间没有摩擦，气体缓慢地膨胀时； B．上述装置，当活塞上没有外加压力，活塞与气缸
热力学第二定律的两种表述 1．克劳修斯表述：不可能使热量从低温物体传向高温 物体而不引起其他变化．
表述中的其他变化是指高温物体吸热和低温物体放热
两者以外的任何变化，如果允许引起其他变化，热量由低 温物体传入高温物体也是可能的，例如：制冷机可以将热 量从低温热源传给高温热源，但这不是自动传递的，需有 外界对气体做功，并把所做的功转变为热而送入高温热源， 外界做了这部分的功，自然要引起其他变化．
2．热传导的过程是使物体内部分子的热运动由比较 有序的 无序的 __________状态向__________状态转化的过程．
3．热力学第二定律的微观实质是：与热现象有关的自
增加 发的宏观过程，总是朝着分子热运动状态无序性_________
的方向进行的．
五、熵 无序程度 1．熵是用来描述物体的______________的一个物理
2．开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量，使之完 全变为有用的功而不引起其他变化． 表述中说的其他变化，是指除了单一热源放热和对外
界做功这两者以外的任何其他变化．其实，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．例如：理想气体从单一热源吸热做等温膨胀时．
内能不变，即ΔU＝0，按热力学第一定律，得 Q＝W，即 所吸收热量全部转化为功，但是在这一过程中却引起了其 他变化，即气体的体积膨胀，不能自动地缩回．
三、热力学第二定律 不可能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其他 变化；不能从单一热源吸收热量，使之完全变为有用的功
而不引起其他变化．
四、热力学第二定律的微观实质
1．做功是与分子群体的有序运动联系在一起的，内能
是和分子的无序运动联系在一起的，机械能转化为内能的 过程，从微观上来说是大量分子的有序运动朝无序运动的 方向转换的过程，其相反方向的过程是大量分子从无序运 动朝有序运动方向转换的过程．