2016新课标三维人教物理选修3-3 第十章 热力学定律 第4节 热力学第二定律
人教版高中物理选修3-3第10章第4节热力学第二定律(共16张PPT)
2.原理：燃料燃烧产生热量 Q（高温热源）
推动活塞对外做功 W
排出废气向外界（低温热源）放热 Q2
3.效率：
高温热源
由能量守恒定律知道 Q = W +Q2
Q
热机的效率η=W/Q
W 热机
热机的效率小于100%，就不可能把从 高温热源吸收的热量全部转化为机械能， 总有一部分热量散发到冷凝器中。
2020/6/11
思考与讨论
地球上海水的总质量达1.4×1021 kg，如果制造 一种机器，把这些海水的温度降低1℃，放出的热 量就达5.8×1023 J，足够全世界使用4000年。这个 假想不违背能量守恒定律，但是不能实现，所以这 类机器叫做第二类永动机。
2020/6/11
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三、热力学第二定律的另一种表述
1.热机：是一种把内能转化为机械能的装置。
热力学第二定律
思考与讨论
根据能量守恒定律，在自然界发生的一切过程中 能量都是守恒的。那么符合能量守恒的宏观过程是 否都能发生呢？
是否可能发生这样的现象：原 来温度相同的水和鸡蛋，过一 会儿水的温度自发的降低而鸡 蛋的温度上升，生蛋变成了熟 蛋？
2020/6/11
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热力学第二定律
思考与讨论
2.一滴红墨水滴进一杯清 水中，不久整杯水都均匀 地变红了。有没有这样的 “逆过程”：这杯均匀红 水中的小炭粒又自发的聚 在一起，成为一滴红墨水， 而其余部分又变成了清水？
例题2 根据热力学第二定律，下列判断正确的是（BCD ） A. 电流的能不可能全部变为内能 B．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变为电能 C．热机中，燃气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 高温度物体．
物理选修3-3学案：第十章4热力学第二定律5热力学第二定律的微观解释含解析
4热力学第二定律5热力学第二定律的微观解释1．热传导的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进行(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。
①“自发地”过程就是在不受外来干扰的条件下进行的自然过程。
②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。
③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"，就是要由外界对其做功才能完成。
电冰箱、空调就是例子。
【例1】两个温度不同的物体接触时，热量会自发地从高温物体传向低温物体,直到两者温度相等；一个温度处处相等的物体,不可能自发地变得一部分温度高、另一部分温度低。
怎样从分子热运动的角度解释热传递的方向性？解析：两个物体温度不同，分子热运动的平均动能不同，一个物体分子平均动能大，另一个物体分子平均动能小，总体来看,分子热运动的分布较为有序，能量适当集中，而热量由高温物体传到低温物体的过程中，能量变得分散和退降，分子热运动的分布较为无序。
由于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。
所以热传递是由高温物体传向低温物体的，即热传递具有方向性.答案：见解析点技巧：热现象的方向性自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。
无论是有生命的或是无生命的，所有的宏观自发过程都具有单向性，都有一定的方向性，都是不可逆过程。
如河水向下流，重物向下落，山岳被侵蚀，人的一生从婴儿到老年到死亡等.2．第二类永动机(1)定义：只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的热机。
(2)第二类永动机不可能制成,因为尽管机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化成机械能而不引起其他变化.释疑点:第一类永动机和第二类永动机的比较它们都不可能制成，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.【例2】我们绝不会看到：一个放在水平地面上的物体,靠降低温度，可以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．违反了能量守恒定律B．在任何条件下内能不可能转化成机械能，只有机械能才能转化成内能C．机械能和内能的转化过程具有方向性，内能转化成机械能是有条件的D．以上说法均不正确解析:机械能和内能的相互转化必须通过做功来实现。
高中物理选修3-3知识复习提纲：第十章 热力学定律(人教版)
高中物理选修3-3知识复习提纲：第十章热力学定律(人教版)高中物理选修3-3知识点总结：第十章热力学定律（人教版）冷热变化是最常见的一种物理现象，本章主要将的就是热力学的有关问题，其中热力学的第一和第二定律是比较重要得，对于能量守恒定律必须要深刻的理解。
考试的要求：Ⅰ、对所学知识要知道其含义，并能在有关的问题中识别并直接运用，相当于课程标准中的“了解”和“认识”。
Ⅱ、能够理解所学知识的确切含义以及和其他知识的联系，能够解释，在实际问题的分析、综合、推理、和判断等过程中加以运用，相当于课程标准的“理解”，“应用”。
要求Ⅰ：热力学第一定律、能量守恒定律、热力学第二定律、热力学第二定律的微观结构等内容。
要求Ⅱ：这一章这项要求考察比较少。
知识网络：内容详解：一、功、热与内能●绝热过程：不从外界吸热，也不向外界传热的热力学过程称为绝热过程。
●内能：内能是物体或若干物体构成的系统内部一切微观粒子的一切运动形式所具有的能量的总和，用字母U表示。
●热传递：两个温度不同的物体相互接触时温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，这个过程称之为热传递。
●热传递的方式：热传导、对流热、热辐射。
二、热力学第一定律、第二定律●第一定律表述：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所作的功的和。
表达式uWQ符号+-W外界对系统做功系统对外界做功Q系统从外界吸热系统向外界放热u系统内能增加系统内能减少●第二定律的表述：一种表述：热量不能自发的从低温物体传到高温物体。
另一种表述：（开尔文表述）不可能从单一热库吸收热量，将其全部用来转化成功，而不引起其他的影响。
●应用热力学第一定律解题的思路与步骤：一、明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统。
二、别列出物体或系统(吸收或放出的热量)外界对物体或系统。
三、据热力学第一定律列出方程进行求解，应用热力学第一定律计算时，要依照符号法则代入数据，对结果的正负也同样依照规则来解释其意义。
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33
(2)第二类永动机：只有单一热源，从单一热源吸收 热量，可以全部用来做功的热机叫第二类永动机，它不 违背能量守恒定律，但违背热力学第二定律，所以不能 实现．
2．热力学第二定律的第二种表述，开尔文表述：不 可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生 其他影响．
判断正误
1．在有些情况下热机的效率可以达到 100%.(×) 2．第二类永动机不可能做成的原因，违反了能量守 恒定律．(×)
解析：能量转移和转化的过程都是具有方向性的，A 对．第二类永动机不违背能量守恒定律，但是不能实现， B 错．在热传递的过程中，能量可以自发地从高温物体传 到低温物体，但其逆过程不可能自发地进行，C 对、D 错．
答案：AC
知识点二 热力学第二定律的第二种表述
提炼知识 1．热机． (1)热机的效率 η：热机输出的机械功与燃料产生的热 量的比值，用公式表示为 η＝WQ 热机的效率不可能达到 100%．
(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．
(3)“ 单 一 热 库 ” ： 指 温 度 均 匀 并 且 恒 定 不 变 的 系 统．若一系统各部分温度不相同或者温度不稳定，则构 成机器的工作物质可以在不同温度的两部分之间工作， 从而可以对外做功．据报道，有些国家已在研究利用海 水上下温度不同来发电．
(4)“不可能”：实际上热机或制冷机系统循环终了 时，除了从单一热库吸收热量对外做功，以及热量从低 温热库传到高温热库以外，过程所产生的其他一切影响， 不论用任何的办法都不可能加以消除．
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，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．热力学第二定律的其他描述： (1)一切宏观自然过程的进行都具有方向性． (2)气体向真空的自由膨胀是不可逆的． (3)第二类永动机是不可能制成的．
新人教版高中物理选修3-3第十章 热力学定律
第十章热力学定律教学目标：1．知识目标通过例题的讲解，使学生对本章的基本概念和基本规律有进一步地理解，并能熟练应用本章知识分析解决物理问题。
2．能力目标在熟练掌握基本概念、基本规律的基础上，能够分析和解决一些实际问题。
3．物理方法教育目标通过复习，培养学生归纳知识和进一步运用知识的能力，学习一定的研究问题的科学方法。
复习重点：对物理概念的深刻含义、对物理概念的综合性运用教学方法：复习提问，讲练结合，学案导学教具投影片，学案教学过程一、本章知识脉络二、本章要点追踪1．改变物体的内能有两种方式（1）做功：在绝热过程中，外力做功，物体内能增加；克服外力做功，物体内能减少。
（2）热传递：在单纯传热过程中，吸收热量，物体内能增加；放出热量，物体内能减少。
（3）做功和热传递在改变物体的内能上是等效的，但有区别，做功是能量的转化，热传递是能量的转移。
2．热传递热量从高温物体传到低温物体，或者从物体的高温部分传到低温部分的过程叫做热传递。
热传递是通过热传导、热对流和热辐射三种方式来实现的。
在实际的热传递过程中，这三种方式往往不是单独进行的。
（1）热传导是由于大量分子、原子等相互碰撞，使能量从物体的高温部分传至低温部分的过程。
热传导是固体热传递的主要方式，在气体和液体中，热传导往往与热对流同时进行。
（2）热对流是靠液体或气体的自然流动，使能量从高温部分传至低温部分的过程。
热对流是液体和气体热传递的主要方式。
（3）热辐射是物体不依靠任何媒质，直接将能量以电磁辐射的形式发出，传给其他物体的过程。
热辐射是远距离热传递的主要方式。
3．热力学第一定律在一般情况下，如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q等于物体内能的增加ΔU。
即ΔU＝Q＋W。
利用ΔU＝Q＋W讨论问题时，必须弄清其中三个量的符号法则。
外界对物体做功，W取正值，反之取负值；物体从外界吸收热量，Q取正值，反之取负值；物体内能增加ΔU取正值，反之取负值。
人教高中物理选修33课件：第十章 第4节 热力学第二定律 第5节 热力学第二定律的微观解释
(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。
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,使人们认识到自然界中进行
的涉及热现象的宏观过程都是有方向性的。
子,右室为真空,撤去挡板后,气体自由扩散,以箱子内 4 个分子为模
型,说明具有哪些可能的宏观态和微观态,并用热力学第二定律说明,
气体扩散后 4 个分子分布的最大一种可能和最小一种可能的情
形。
答案:宏观态如:左 0 右 4,左 1 右 3,左 2 右 2,左 3 右 1,左 4 右 0;
对应微观态数目:1、4、6、4、1。不同的宏观态包含着不同数量的
同、温度相同的水,可以由固态自发地向液态、气态转化,所以,气态
时的熵最大,其次是液态,固态时的熵最小。
答案:见解析
理解热力学第二定律的实质
案例探究
根据热力学第二定律,下列判断正确的有(
)
A.热机中燃气的内能不可能全部变成机械能
B.电流的能不可能全部变成内能
C.在火力发电机中,燃气的内能不可能全部变成电能
意排列则很容易……稍作对比我们不难发现,生活中的无序要比有
序多得多,且形成有序往往需要这样或那样的条件,而无序则不然,它
比有序更容易发生。
五、熵
1.熵的定义:熵和系统内能一样都是一个状态函数,仅由系统的
状态决定。玻耳兹曼提出了熵与微观态数目的关系,普朗克把它写
成函数:S=kln Ω,式中 k 叫作玻耳兹曼常数。从分子动理论来看,熵
引起了其他变化,是可能的,故 D 正确。
物理选修3-3课后训练：第十章4热力学第二定律含解析
课后训练1．热力学定律表明自然界中与热现象有关的宏观过程（）。
A．有的只遵守热力学第一定律B．有的只遵守热力学第二定律C．有的既不遵守热力学第一定律，也不遵守热力学第二定律D．所有的都遵守热力学第一、第二定律2．关于空调机，下列说法中正确的是（）。
A．制冷空调机工作时，热量从低温物体传到高温物体B．制暖空调机工作时，热量从高温物体传到低温物体C．冷暖空调机不论是制冷还是制暖时，热量总是从低温物体传到高温物体D．以上说法都不对3．下列说法中正确的是（）。
A．物体的内能就是组成该物体的所有分子热运动动能的总和B．随着高科技的发展，绝对零度是可以达到的C．做功和热传递在改变内能的方式上是不同的D．气体向真空的自由膨胀是可逆的4．下列说法中正确的是（)。
A．热传导的过程是有方向性的B．第二类永动机不可能制成，因为它违反了能量守恒定律C．第二类永动机不可能制成，因为机械能和内能的转化过程具有方向性D．热力学第二定律表明，所有的物理过程都具有方向性5．根据热力学第二定律可知，下列说法中正确的是（）。
A．热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体B．热量能够从高温物体传到低温物体，也可以从低温物体传到高温物体C．没有外界的帮助,机械能可以全部转化为内能，但内能不可以全部转化为机械能D．没有外界的帮助,机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部转化为机械能6．下列说法中正确的是().A．布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的分子无规则运动的反映B．没有摩擦的理想热机可以把吸收的能量全部转化为机械能C．知道某物质的摩尔质量和密度可求出阿伏加德罗常数D．内能不同的物体，它们分子热运动的平均动能可能相同7．下列关于热机的说法中，正确的是（)。
A．热机是把内能转化成机械能的装置B．热机是把机械能转化为内能的装置C．只要对内燃机不断进行革新,它可以把气体的内能全部转化为机械能D．即使没有漏气,也没有摩擦等能量损失,内燃机也不能把内能全部转化为机械能8。
人教版物理选修3-3课件：第10章+热力学定律+第4、5节
• C．制冷系统能将冰箱内的热量传给外界较高温度的空气 ，而不引起其他变化
• D．满足能量守恒定律的客观过程都可以自发地进行
• 解题指导：利用热力学第二定律解决问题时：
• (1)明确热力学第二定律的两种表述是等效的。其实质是自 然界中进行的所有涉及热现象的宏观物理过程都具有方向 性。
• (2)特别注意“不产生其他影响”和“产生其他影响”。热 量可以从低温物体传到高温物体，但要“产生其他影响” 。
有序和无序 宏观态和微观态
• 1．有序 • 只要确定了某种规则符，合________这个规则的就叫做有序。 • 2．无序 • 不符合某种确_定_规__则____的称为无序。
• 3．符宏合观态
• ________某种规定、规则的状态，叫做热力学系统的宏观
态。
另外
• ___的规定、规则的状态叫做这
气体向真空的扩散
• 热力学第二定律的微观意义：一切自然过程总是沿着分子 热无序运性动增的大 ________________的方向进行。
熵及熵增加原理
• 1．熵
• (1)微观状态的数目用Ω表示，用S表示熵，kln则ΩS＝________ ，k称为玻耳兹曼常数。
• (2)熵和系统内能一样都是一个状态函数，仅由状态系统的 ________决定。从分子动理论无的序(观混乱点) 来看，熵是分子热运 动____________程度的定量量度。
• 5．两种表述是等价的
• 两种表述都揭示了热现象宏观过程的方向性。两种表述可
•
根据热力学定律，下列判断正B确的是( )
• A．我们可以把火炉散失到周围环境中的能量全部收集到 火炉中再次用来取暖
• B．利用浅层海水和深层海水间的温度差制造出一种热机 ，将海水的一部分内能转化为机械能，这在原理上是可行 的
人教物理选修3-3第10章第四节
【自主解答】
热力学第一定律适用于所有的热
学过程，C正确，D错误；由热力学第二定律可知
A错误，B正确．
【答案】
BC
电冰箱工作时既不违反热力学第
【方法总结】
一定律，也不违反热力学第二定律，它通过电流
做功完成了热从低温物体向高温物体的传递．
变式训练2 用两种不同的金属丝组成一个回路， 接触点1插在热水中，接触点2插在冷水中，如图 10－4－2所示，电流计指针会发生偏转，这就是 温差发电现象．关于这一现象，正确的说法是 ( )
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(克氏)表述的主要思想，故D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．
用热力学第二定律对实际应用中的分 析
例2 如图10－4－1所示为电冰箱的工作原理示意
图．压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道
3．自然过程的方向性举例 (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)气体向真空中膨胀的方向性． (5)电能和内能转化的方向性． 总之，在整个自然界中，无论是有生命的还是无 生命的，所有的宏观自发过程都具有单向性，都 有一定的方向性，都是一种不可逆过程．如河水 向下流，重物向下落，山岳被侵蚀，房屋
1．在热力学第二定律的表述中，“自发”、“不
引起其他影响”的涵义
(1)“自发”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的帮助．
(2)“不引起其他变化”的涵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，必须通过第三者的帮助．这里的帮助是 指提供能量等方式，否则是不可能实现的． 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，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， 都是不可逆的．
高二物理人教版选修3-3课件：第十章 热力学定律
21
借题发挥
应用能量守恒定律解决问题时，首先应明确
有哪几种能量参与转化或转移，哪些能量增加，哪些能
量减小，然后利用守恒的观点列出方程求解.
章末整合提升
22
三、热力学第二定律的应用
1.热力学第二定律的两种表述 (1)按照热传递的方向性表述为：热量不能自发地从低温物 体传到高温物体，这是热力学第二定律的克劳修斯表述.
章末整合提升
15
(3)分子的平均动能是增加还是减少？
解析
因为气体内能减少，同时分子势能增加，所以分
子的平均动能减少. 答案 分子的平均动能减少
章末整合提升
16
二、能量守恒定律及应用
1.能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，
它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体
转移到另一个物体，在能的转化或转移过程中，能量的
B.气体对外做功，车胎内气体温度降低，从外界吸热 C.外界对车胎内气体做功，车胎内气体向外传递热量 D.外界对车胎内气体做功，同时向车胎内气体传递热量
章末整合提升
9
解析
气体迅速放出时，气体体积膨胀对外做功，同时
温度降低，使气嘴处温度明显低于外界温度，从外界吸 热.故正确答案为B. 答案 B
章末整合提升
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.
章末整合提升
6
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)外界对物体做功，W>0；物体对外做功，W<0； (2)物体从外界吸热，Q>0；物体放出热量，Q<0； (3)ΔU>0，物体的内能增加；ΔU<0，物体的内能减少.
高中物理选修3-3第10章 热力学定律4
高中物理选修3-3课件
• ◎ 教材资料分析 • 〔思考与讨论〕 • 地球上海水的总质量达1.4×1021 kg.如果把这
些海水的温度降低1 ℃，放出的热量就达 9×1018 kW·h，足够全世界使用4 000年．这个 设想不违背能量守恒定律，但是不能实现，所 以叫做第二类永动机．前面学到的，违背能量 守恒定律的永动机，叫做第一类永动机． • 学过热力学第二定律之后，你能说出为什么不 能制成第二类永动机吗？
高中物理选修3-3课件
• 2．其他影响：指除了从单一热库吸收的热量， 以及所做的功以外的其他一切影响；或者除了 从低温物体吸收热量、高温物体得到相同的热 量外，其他一切影响和变化．不是不能从单一 热库吸收热量而对外做功，而是这样做的结果， 一定伴随着其他变化或影响．同样，也不是热 量不能从低温物体传到高温物体，而是指不产 生其他影响的自动热传递是不可能的．
高中物理选修3-3课件
• 【跟踪发散】 1－1：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
高中物理选修3-3课件
• 5．热力学第二定律的实质 • 热力学第二定律的每一种描述，都揭示了
大量分子参与宏观过程的方向性，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．
高中物理选修3-3课件
2016新课标创新人教物理选修3-2 第十章 第4节 热力学第二定律
一、热力学第二定律的克劳修斯表述┄┄┄┄┄┄┄┄①1．热传导的方向性：一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。
2．热力学第二定律的克劳修斯表述德国物理学家克劳修斯在1950年提出：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。
阐述的是传热的方向性。
[说明]1．在可以引起其他影响的情况下，热可以从低温物体传到高温物体，如空调、冰箱等。
2．分析热力学第二定律的应用问题时都不能忽视“自发性”和“不引起其他变化”的物理意义。
①[判一判]1．温度不同的两个物体接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体(√)2．一切与热现象有关的微观自然过程都是不可逆的(×)3．在一定条件下，热量可以从低温物体传到高温物体(√)二、热力学第二定律的开尔文表述┄┄┄┄┄┄┄┄②1．热力学第二定律的开尔文表述不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响(即机械能与内能转化具有方向性)。
2．第二类永动机只从单一热源吸收热量，使之全部用来做功，而不引起其他变化的热机。
[注意]1．机械能可以完全转化为内能，内能也可以完全转化为机械能；但是，前者可以不产生其他影响，而后者一定会产生其他影响。
2．第二类永动机不违背能量守恒定律，但违背了热力学第二定律，因此也是不可能制成的。
②[选一选]下列说法正确的是()A．机械能全部变成内能是不可能的B．第二类永动机不可能制造成功的原因是：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体转移到另一个物体，或从一种形式转化成另一种形式C．根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体D．从单一热源吸收的热量全部变成功是可能的解析：选D由热力学第二定律可知，C错误；可以从单一热源吸收热量全部变成功，但必定会引起其他影响，D正确；机械能可通过克服摩擦全部转化为内能，A错误；第二类永动机没有违背能量守恒定律，而是违背了热力学第二定律，因而不能制成，B错误。
1.在热力学第二定律的表述中，“自发地”、“不可能”、“不产生其他影响”的涵义(1)“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。
高中物理 人教版选修3-3 第十章第3、4节 热力学定律、能量转换教案、教学设计、 学案
第3节热力学第一定律能量守恒定律教学目标1.理解热力学第一定律，掌握它的表达式并能进行有关计算．2.理解能量守恒定律，会用能量守恒的观点分析、解决有关问题．新知探寻一、热力学第一定律1．改变内能的两种方式：做功和传热．2．热力学第一定律(1)内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和．(2)表达式：ΔU＝Q＋W．1．(1)外界对系统做功，系统的内能一定增加. ()(2)系统内能增加，一定是系统从外界吸收热量．()(3)系统从外界吸收热量5 J，内能可能增加5 J．()(4)系统内能减少，一定是系统对外界做功．()提示：(1)×(2)×(3)√(4)×二、能量守恒定律1.内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变．2.意义(1)各种形式的能可以相互转化．(2)各种互不相关的物理现象可以用能量守恒定律联系在一起．2．(1)石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了．()(2)用太阳灶烧水是太阳能转化为内能．()提示：(1)×(2)√三、永动机不可能制成1.第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器．2.第一类永动机不可能制成的原因：违背了能量守恒定律．有一种所谓“全自动”机械手表，既不需要上发条，也不用任何电源，却能不停地走下去．这是不是一种永动机？如果不是，维持表针走动的能量是从哪儿来的？提示：这不是永动机．是通过手臂的摆动获得能量．课堂重要知识点热力学第一定律的理解和应用1．对公式ΔU＝Q＋W中ΔU、Q、W符号的规定符号Q W ΔU＋物体吸收热量外界对物体做功内能增加－物体放出热量物体对外界做功内能减少2.(1)若过程是绝热的，即Q＝0，则ΔU＝W，物体内能的增加量等于外界对物体做的功．(2)若过程中不做功，即W＝0，则ΔU＝Q，物体内能的增加量等于物体从外界吸收的热量．(3)若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对物体做的功等于物体放出的热量(或物体吸收的热量等于物体对外界做的功)．3．判断是否做功的方法：一般情况下看物体的体积是否变化．(1)若物体体积增大，表明物体对外界做功，W<0.(2)若物体体积减小，表明外界对物体做功，W>0.命题视角1用热力学第一定律定性分析密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程中瓶内空气(不计分子势能)() A．内能减小，外界对其做功B．内能减小，吸收热量C．内能增大，对外界做功D．内能增大，放出热量[解析]密闭有空气的薄塑料瓶降温说明气体的内能减小，薄塑料瓶变扁说明外界对气体做功；由热力学第一定律可知，气体在变化过程中放出热量，所以选项A正确．[答案] A命题视角2用热力学第一定律进行定量计算如图所示是密闭的汽缸，外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功500 J，同时气体向外界放热100 J，缸内气体的()A．温度升高，内能增加400 JB．温度升高，内能减少400 JC．温度降低，内能增加600 JD．温度降低，内能减少600 J[解析]由热力学第一定律可得ΔU＝W＋Q＝500 J＋(－100 J)＝400 J，即缸内气体内能增加400 J，气体温度升高，故选项A对，B、C、D错．[答案] A应用热力学第一定律解决问题的关键(1)要明确研究的对象是哪个物体或者说是哪个热力学系统．(2)应用热力学第一定律计算时，要依照符号法则代入数据，对结果的正、负也同样依照符号法则来解释其意义．命题视角3热力学第一定律与气体实验定律的综合应用如图所示，A、B两点表示一定质量的某种理想气体的两个状态，当气体从状态A变化到状态B时()A．气体内能一定增加B．气体压强变大C．气体对外界做功D．气体对外界放热[思路点拨](1)一定质量理想气体的内能由温度决定．(2)由pV＝C判断压强变化．(3)根据体积变化判断做功情况．(4)由热力学第一定律判断吸热还是放热．[解析]由题图可知，理想气体的变化为等温膨胀，气体压强减小，故气体的内能不变，气体对外做功；由热力学第一定律可知，气体一定从外界吸收热量．综上可知，C对，A、B、D错．[答案] C【通关练习】1．下列说法正确的是( ) A ．物体放出热量，其内能一定减小 B ．物体对外做功，其内能一定减小C ．物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能增加D ．物体放出热量，同时对外做功，其内能可能不变解析：选C ．根据热力学第一定律(公式ΔU ＝Q ＋W )可知，做功和热传递都可以改变物体的内能，当外界对物体做的功大于物体放出的热量或物体吸收的热量大于物体对外做的功时，物体的内能增加，选项A 、B 错误，选项C 正确；物体放出热量同时对外做功，则Q ＋W <0，内能减小，选项D 错误．2．如图，一定质量的理想气体，由状态a 经过ab 过程到达状态b 或者经过ac 过程到达状态c .设气体在状态b 和状态c 的温度分别为T b 和T c ，在过程ab 和ac 中吸收的热量分别为Q ab 和Q ac ，则( )A ．T b >T c ，Q ab >Q acB ．T b >T c ，Q ab <Q acC ．T b ＝T c ，Q ab >Q acD ．T b ＝T c ，Q ab <Q ac解析：选C ．由理想气体状态方程可知p a V a T a ＝p c V c T c ＝p b V bT b ，即2p 0·V 0T c ＝p 0·2V 0T b，得T c ＝T b ，则气体在b 、c 状态内能相等，因a 到b 和a 到c 的ΔU 相同；而a 到c 过程中气体体积不变，W ＝0，a 到b 过程中气体膨胀对外做功，W ＜0，根据热力学第一定律：ΔU ＝Q ＋W 可知a 到b 的吸热Q ab 大于a 到c 的吸热Q ac ，即Q ab ＞Q ac .选项C 正确．3．(多选)一定量的理想气体从状态a 开始，经历等温或等压过程ab 、bc 、cd 、da 回到原状态，其p －T 图象如图所示，其中对角线ac 的延长线过原点O .下列判断正确的是( )A ．气体在a 、c 两状态的体积相等B ．气体在状态a 时的内能大于它在状态c 时的内能C ．在过程cd 中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功D ．在过程da 中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功E ．在过程bc 中外界对气体做的功等于在过程da 中气体对外界做的功解析：选ABE.由pVT ＝k 可知，p －T 图象中过原点的一条倾斜的直线是等容线，A 项正确；气体从状态c 到状态d 的过程温度不变，内能不变，从状态d 到状态a 的过程温度升高，内能增加，B 项正确；由于过程cd 中气体的内能不变，根据热力学第一定律可知，气体向外放出的热量等于外界对气体做的功，C 项错误；在过程da 中气体内能增加，气体从外界吸收的热量大于气体对外界做的功，D 项错误；过程bc 中，外界对气体做的功W bc ＝p b (V b －V c )＝p b V b －p c V c ，过程da 中气体对外界做的功W da ＝p d (V a －V d )＝p a V a －p d V d ，由于p b V b ＝p a V a ，p c V c ＝p d V d ，因此过程bc 中外界对气体做的功与过程da 中气体对外界做的功相等，E 项正确．能量守恒定律的理解和应用1．能量的存在形式及相互转化(1)各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有电磁能、化学能、原子能等．(2)各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化．例如，利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能．2．能量守恒的两种表达(1)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等． (2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等．3．第一类永动机失败的原因分析：如果没有外界供给热量而对外做功，由ΔU＝W＋Q 知，系统内能将减小．若想源源不断地做功，就必须使系统不断回到初始状态，在无外界能量供给的情况下是不可能的．如图所示，直立容器的内部有被隔板隔开的A、B两部分气体，A的密度小，B 的密度大．抽去隔板，加热气体，使两部分气体均匀混合．设在此过程中气体吸热Q，气体内能的增量为ΔE，则()A．ΔE＝Q B．ΔE<QC．ΔE>Q D．ΔE＝0[思路点拨]先分析系统中哪些形式的能量发生变化，再由能量守恒定律判断．[解析]抽去隔板，加热气体，使两部分气体均匀分布，其重心升高，重力势能增加．由能量守恒定律知，增加的重力势能由内能转化而来，所以内能的增量小于吸收的热量，故选项B正确．[答案] B利用能量守恒定律解决问题时，首先应明确题目中涉及哪几种形式的能量，其次分析哪种能量增加了，哪种能量减少了，确定研究的系统后，用能量守恒的观点求解．如图所示，厚壁容器的一端通过胶塞插进一支灵敏温度计和一根气针，另一端有个用卡子卡住的可移动胶塞．用打气筒通过气针慢慢向容器内打气，使容器内的压强增大到一定程度，这时读出温度计示数．打开卡子，胶塞冲出容器口后()A．温度计示数变大，实验表明气体对外界做功，内能减少B．温度计示数变大，实验表明外界对气体做功，内能增加C．温度计示数变小，实验表明气体对外界做功，内能减少D．温度计示数变小，实验表明外界对气体做功，内能增加解析：选C.胶塞冲出容器口后，气体膨胀，对外做功，W<0，由于没时间进行热交换，由ΔU＝W可知内能减小．内能等于分子动能与势能之和，由于体积增大，势能增大，由此可知分子平均动能减小，所以温度降低，故C正确，A、B、D错误．第4节热力学第二定律教学目标1．了解热传递、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。
2016-2017学年高中物理第10章热力学定律4热力学第二定律学业分层测评新人教版选修3-3
热力学第二定律(建议用时：45分钟)[学业达标]1．第二类永动机不可能制成的原因的下列说法不正确的是( )+A．违背能量守恒定律B．热量总是从高温物体传递到低温物体C．机械能不能全部转化为内能D．内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化E．违背了热力学第二定律【解析】第二类永动机的设想并不违背能量守恒定律，但违背了“能量转化过程是有方向性的”规律，故A错．在引起其他变化的情况下，热量可由低温物体非自发地传递到高温物体，故B错．机械能可以全部转化为内能，故C错．【答案】ABC2．(2016·临汾高二检测)关于热力学定律和分子动理论，下列说法中不正确的是( ) A．我们可以利用高科技手段，将流散到周围环境中的内能重新收集起来加以利用而不引起其他变化B．利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，这在原理上是可行的C．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量D．在分子力作用范围内，分子力总是随分子间距离的增大而减小E．温度升高时，物体中每个分子的运动速率都将增大【解析】由热力学第二定律可知，A错误，B、C正确，由分子间作用力与分子间距离的关系可知，D项错误；温度升高时，物体中分子平均动能增大，但并不是每个分子的动能都增大，即并不是每个分子的运动速率都增大，故E项错误．【答案】ADE3．(2016·西安高二检测)下列说法中不正确的是( )A．电动机是把电能全部转化为机械能的装置B．热机是将内能全部转化为机械能的装置C．随着技术不断发展，可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能D．虽然不同形式的能量可以相互转化，但不可能将已转化成内能的能量全部收集起来加以完全利用E．电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递【解析】由于电阻的存在，电流通过电动机时一定发热，电能不能全部转化为机械能，A错误；根据热力学第二定律知，热机不可能将内能全部转化为机械能，B错误；C项说法违背热力学第二定律，因此错误，由于能量耗散，能源的可利用率降低，D 正确，在电流做功的情况下，热量可以从低温物体向高温物体传递，故E 正确．【答案】 ABC4．下列说法中不正确的是( )A ．功可以完全转化为热量，而热量不可以完全转化为功B ．热机必须是具有两个热库，才能实现热功转化C ．热机的效率不可能大于1，但可能等于1D ．热机的效率必定小于1E ．随着节能减排措施的不断完善，最终也不会使汽车和热机的效率达到100%【解析】 本题要求全面领会开尔文表述的含义，同时注意语言逻辑性，开尔文表述没有排除热量可以完全转化为功，但必然要产生其他变化，比如气体等温膨胀，气体内能完全转化为功，但气体体积增大了，A 错误；开尔文表述指出，热机不可能只有单一热库，但未必有两个热库，可能具有两个以上热库，B 错误；由η＝Q 1－Q 2Q 1可知，只要Q 2≠0，η≠1，如果Q 2＝0，则低温热库不存在，违背了开尔文表述，故C 错误，D 、E 正确．【答案】 ABC5．(2016·潍坊高二检测)我们绝不会看到：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来．其原因的下列说法不正确的是( )A ．这违背了能量守恒定律B ．在任何条件下内能都不可能转化为机械能，只有机械能才会转化为内能C ．机械能和内能的转化过程具有方向性，内能转化成机械能是有条件的D ．机械能可全部转化为内能，而内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化E ．以上说法均不正确【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，内能不可能全部转化成机械能，同时不引起其他变化；无论采用任何设备和手段进行能量转化总是遵循选项A 的表述．【答案】 ABE6．下列说法中正确的是( )A ．一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性B ．一切不违背能量守恒定律的物理过程都是可能实现的C ．由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行D ．一切物理过程都不可能自发地进行E ．功转变为热的实际宏观过程是不可逆的【解析】 热力学第二定律是反映宏观自然过程的方向性的定律，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，但可以自发地从高温物体传到低温物体；并不是所有符合能量守恒定律的宏观过程都能实现，故A、C正确，B、D错误，一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆的，则E正确．【答案】ACE7．如图1044所示，为电冰箱的工作原理示意图；压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环，在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外．下列说法正确的是( ) 【导学号：11200095】图1044A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能C．电冰箱的工作原理不违背热力学第一定律D．电冰箱的工作原理违背热力学第一定律E．电冰箱除了将热量从低温热库传到高温热库外，工作过程中所产生的其他一切影响，不论用任何的办法都不可能加以消除【解析】热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律，是能的转化和守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，故C正确，D错误；再根据热力学第二定律，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，必须借助于其他系统做功，A错误，B正确，故选B、C、E.【答案】BCE8．(2016·青岛高二检测)热力学第二定律常见的表述方式有两种，其一：不可能使热量由低温物体传递到高温物体而不引起其他变化；其二：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．第一种表述方式可以用图1045甲来表示，根据你对第二种表述的理解，如果也用类似的示意图来表示，请你根据第二种表述完成示意图乙．【导学号：11200096】图1045【解析】由图甲可知，使热量由低温物体传递到高温物体必伴随着压缩机的做功，即引起其他变化；对于第二种方式，热机工作时，从高温物体吸收热量，只有一部分用来对外做功，转变为机械能，另一部分热量要排放给低温物体，其表述示意图如右图所示．[能力提升]9．下列说法正确的是( )A．机械能和内能的转化具有方向性B．电流的能不可全部转化为内能C．第二类永动机虽然不违背能量守恒定律，但它是制造不出来的D．在火力发电机中燃气的内能不可能全部转化成电能E．第二类永动机既不违背能量守恒定律，也不违反热力学第二定律【解析】凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，机械能可全部转化为内能，而内能不能全部转化为机械能，A、D正确；由电流热效应中的焦耳定律可知，电流的能可全部转化为内能，而内能不可能全部转化为电流的能，B错误；第二类永动机虽然不违反能量守恒定律，但它违反热力学第二定律，是制造不出来的，C正确、E错误．【答案】ACD10．(2016·南京高二检测)关于热机和永动机，下列说法中正确的是( )A．效率为100%的热机是不可能制成的B．第二类永动机可以制成C．不需要任何外力做功而可正常运行的制冷机是不可能制成的D．能把从单一热源吸收的热量全部用来做功而不引起其他变化的热机是可以实现的E．能把从单一热源吸收的热量全部用来做功而不引起其他变化的热机是不能实现的【解析】热机在工作过程中，必然向外排出热量，故热机效率小于100 %，故A对；由热力学第二定律可得C对，B错；内能要全部转化为机械能，必须借助外界的帮助，因而一定会引起其他变化，故D错，E对．【答案】ACE11．(2016·青岛模拟)有以下说法：A．气体的温度越高，分子的平均动能越大B．即使气体的温度很高，仍有一些分子的运动速度是非常小的C．对物体做功不可能使物体的温度升高D．如果气体分子间的相互作用力小到可以忽略不计，则气体的内能只与温度有关E．一由不导热的器壁做成的容器，被不导热的隔板分成甲、乙两室．甲室中装有一定质量的温度为T的气体，乙室为真空，如图1046所示，提起隔板，让甲室中的气体进入乙室，若甲室中气体的内能只与温度有关，则提起隔板后当气体重新达到平衡时，其温度仍为T图1046F ．空调机作为制冷机使用时，使热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，所以制冷机的工作是不遵守热力学第二定律的G ．对于一定量的气体，当其温度降低时，速率大的分子数目减小，速率小的分子数目增加H ．从单一热源吸取热量使之全部变成有用的机械功是不可能的其中正确的是________．【导学号：11200097】【答案】 ABEG12．(2016·石家庄高二检测)制冷机是一种利用工作物质，使热量从低温物体传到高温物体的装置，通过制冷机的工作可以使一定空间内的物体温度低于环境温度并维持低温状态．夏天，将房间一台正在工作的电冰箱的门打开，这是否可以降低室内的平均温度？为什么？【解析】 不会降低室内的平均温度．若将一台正在工作的电冰箱的门打开，尽管可以不断向室内释放冷气，但同时冰箱的箱体也向室内散热，就整个房间来说，由于外界通过导线不断有能量输入，室内的温度会不断升高．【答案】 见解析13．一辆汽车的发动机输出功率为66.15 kW ，每小时耗(柴)油14 kg ，请计算发动机的效率．(柴油的燃烧值为4.3×107J/kg)【导学号：11200098】【解析】 计算发动机的热效率可根据热机效率的定义，先求出发动机做的有用功和消耗的燃料完全燃烧放出的能量，然后再求效率．发动机每小时做的功W ＝Pt ＝66 150 W×3 600 s＝2.38×108 J完全燃烧14 kg 柴油放出的能量Q 总＝4.3×107 J/kg×14 kg＝6.02×108 J有用功的能量Q 有＝W ＝2.38×108 J 所以η＝Q 有Q 总＝2.38×108 J 6.02×108 J×100%＝39.5% 发动机的效率是39.5%.【答案】 39.5%。
最新人教版高中物理选修3-3第十章《热力学定律能量守恒定律》
3热力学第一定律能量守恒定律1．热力学第一定律(1)内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。
这个关系叫做热力学第一定律。
(2)数学表达式为：ΔU＝W＋Q公式中符号的意义：①W＞0，表示外界对系统做功；W＜0，表示系统对外界做功；②Q＞0，表示系统吸热；Q＜0，表示系统放热；③ΔU＞0，表示系统内能增加；ΔU＜0，表示系统内能减少。
特别提示：①热力学第一定律的数学表达式也适用于物体对外做功、向外界散热和内能减少的情况。
②若一根金属丝通过某一物理过程，温度升高了，除非事先知道，否则根本不能判断是通过对它做了功，还是发生了热传递使它的内能增加，因为单纯对系统做功和单纯对系统传热都能改变系统的内能，由于它们在改变系统内能方面是等效的，那么既对系统做功又对系统传热也能改变系统的内能。
内能改变了多少就由热力学第一定律来定量分析计算。
【例1】一定量的气体从外界吸收热量2.66×105J，内能增加4.25×105J，是气体对外界做功还是外界对气体做功？做了多少功？解析：题目中已经知道气体从外界吸收的热量以及内能的增加量，根据热力学第一定律的公式就可以求出外界对气体或气体对外界所做的功，由ΔU＝W＋Q得W＝ΔU－Q＝(4.25×105－2.66×105) J＝1.59×105J，W为正值，表示是外界对气体做功，做功的大小是1.59×105 J。
答案：外界对气体做功 1.59×105 J2．能量守恒定律(1)不同形式的能量之间可以相互转化①自然界中能量的存在形式：物体运动具有机械能、分子运动具有内能、电荷具有电能、原子核内部具有原子能等，可见，在自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应。
②不同形式能量之间的转化：“摩擦生热”是通过克服摩擦力做功将机械能转化为内能；水壶中的水沸腾时水蒸气对壶盖做功将壶盖顶起，表明内能转化为机械能；电流通过电热丝做功可将电能转化为内能等，这些实例说明了不同形式的能量之间可以相互转化，且这一转化过程是通过做功来完成的。
人教版高二选修3-3(课件)第十章_热力学定律_4
知识脉络
热力学第二定律的一种表述
[先填空] 1．热传导的方向性 (1)热量可以自发地由__高__温__物体传给__低__温__物体． (2)热量不能自发地由__低__温__物体传给__高__温__物体． (3)热传导过程是有_方__向__性___的． 2．热力学第二定律的克劳修斯表述 热量不能自发地从_低__温__物体传到__高_温__物体．即热传导的过程具有_方_向__性__．
【答案】 BDE
3．(2016·石家庄检测)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 E．第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律
知 识 点
1
学
4 热力学第二定律
业 分
层
测
评
知
识
点
2
学习目标 1.知道热传递、扩散现象、机械能内能的转化等都具有方向性．具有方向 性的过程是不可逆的．(重点) 2.理解热力学第二定律的两种表述，并能用热力学第二定律解释第二类永动 机不可能制成．(难点、重点) 3.学会用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移及方向性问题．(重 点) 4.学会运用热力学第二定律解决一些实际问题．(难点)
[核心点击] 热传导的方向性
1．“自发地”是指没有任何外界的影响或帮助． 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，它们 不受外来干扰，这就是自发的过程；而在夏天，室内温度比外界低，用空调却 还能不断地把室内热量向外界传递，是因为电流对空调做了功，不是自发的过 程．
2．热量从高温物体传递到低温物体，是因为两者存在着温度差，而不是热 量从内能大的物体传递到内能小的物体，由内能的定义可知，温度低的物体有 可能比温度高的物体内能大．
高中物理 侯雷钢选修3-3第10章第4节 8第二类永动机
总结
第二类永动机
分析热机的组成
分析热机的效率
开尔文的论述
历史回顾
定论
有热源（高温热源）和冷凝器（低温热源）
工作时总要向冷凝器中散热，总有Q1＞W. 即使是理想热机，无摩擦、无漏气，也不可 能把吸收的热量Q1全部转化为机械能。
分析热机的效率 是我们这节课的重点强调的内容 以内燃机为例，气缸中的气体得到燃烧时产生 高温热源 的热量为Q吸，推动活塞做功W，然后排出废 气，同时把热量Q放散发到大气中， 能量守恒定律可知
第二类永动机
第二类永动机 在热力学第一定律问世后，人们认识到能量 是不能被凭空制造出来的，于是有人提出， 设计一类装置，从海洋、大气乃至宇宙中吸 取热能，并将这些热能作为驱动永动机转动 热机 高温热源
Q1 W
对外做功
和功输出的源头，这就是第二类永动机。
从单一热源吸热使之完全变为有用功而不产生其它影响的热机称为第二类永动机。
热力学第二定律的提出宣判了第二类永动机的死刑，而这一定律 的表述方式之一就是：
第二类永动机是不可能制成的。
历史回顾 历史上首个成型的第二类永动机装置是1881年美国人约翰·嘎姆吉为美国海军 设计的零发动机。
这一装置利用海水的热量将液氨汽化，推动机械运转。但 是这一装置无法持续运转，因为汽化后的液氨在没有低温热源 存在的条件下无法重新液化，因而不能完成循环。
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第4节热力学第二定律1.克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。
2．开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。
3．热机的效率：热机输出的机械功W与燃料产生的热量Q的比值，即η＝WQ，W<Q，热机的效率不可能达到100%。
一、自然过程的方向性1．热传导具有方向性：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。
2．气体的扩散现象具有方向性：两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为均匀的混合气体，但这种均匀的混合气体，决不会自发地分开而成为两种不同的气体。
3．机械能和内能的转化过程具有方向性：物体在水平面上运动，因摩擦而逐渐停止下来，但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后，在地面上重新运动起来。
4．气体向真空膨胀具有方向性：气体可自发地向真空容器膨胀，但绝不可能出现气体自发地从容器中流出，容器变为真空。
5．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。
6．热力学第二定律：反映宏观自然过程的方向性的定律。
二、热力学第二定律的两种表述1．克劳修斯表述热量不能自发地从低温物体传到高温物体，这就是热力学第二定律的克劳修斯表述，阐述的是热传递的方向性。
2．开尔文表述不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。
(即机械能与内能转化具有方向性)3．对热力学第二定律的理解热力学第二定律的两种表述是等价的，也可以表述为：气体向真空的自由膨胀是不可逆的。
4．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。
(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能量守恒定律，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。
1．自主思考——判一判(1)温度不同的两个物体接触时，热量会自发地从低温物体传给高温物体。
(×)(2)第二类永动机违反了热力学第二定律。
(√)(3)热机的效率可以达到100%。
(×)(4)一切与热现象有关的微观自然过程都是不可逆的。
(×)(5)第二类永动机违反了能量守恒定律。
(×)(6)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。
(×)2．合作探究——议一议(1)温度不同的两个物体接触时，热量会从低温物体传给高温物体吗？提示：会。
温度不同的两个物体接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，要使热量从低温物体传给高温物体，必须借助其他帮助，如电冰箱的工作。
(2)两个不同的物体接触时，热量自发地从高温物体传递给低温物体。
此处“自发地”的含义是什么？提示：“自发地”的含义是指没有任何外界影响或者其他帮助。
(3)我们假想：发明一种热机，并用来对物体做功，将内能全部转化为动能，而不引起其他变化，这是否可能？提示：热机不能把它得到的内能全部转化为机械能，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Q，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。
对热力学第二定律的理解1．在热力学第二定律的表述中，“自发地”、“不产生其他影响”、“单一热库”、“不可能”的涵义(1)“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。
(2)“不产生其他影响”的涵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。
(3)“单一热库”：指温度均匀并且恒定不变的系统。
若一系统各部分温度不相同或者温度不稳定，则构成机器的工作物质可以在不同温度的两部分之间工作，从而可以对外做功。
据报道，有些国家已在研究利用海水上下温度不同来发电。
(4)“不可能”：实际上热机或制冷机系统循环终了时，除了从单一热库吸收热量对外做功，以及热量从低温热库传到高温热库以外，过程所产生的其他一切影响，不论用任何的办法都不可能加以消除。
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，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．热力学第二定律的其他描述(1)一切宏观自然过程的进行都具有方向性。
(2)气体向真空的自由膨胀是不可逆的。
(3)第二类永动机是不可能制成的。
1．(多选)热力学第二定律指出()A．气体的扩散过程具有方向性B．一切形式的能量间的相互转化都具有方向性C．热机效率η≤1D．大量分子参与的宏观过程具有方向性解析：选AD由热力学第二定律知，气体的扩散现象具有方向性，并不是一切形式的能量间的相互转化都具有方向性，如动能和势能的相互转化，故A正确，B错误；热机效率只能小于1，不可能等于1，故C错误；一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性，故D正确。
2．(多选)关于热力学定律，下列说法正确的是( )A ．为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量B ．对某物体做功，必定会使该物体的内能增加C ．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功D ．不可能使热量从低温物体传向高温物体E ．功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程解析：选ACE 改变内能的方法有做功和热传递两种，所以为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量，A 项正确；对物体做功的同时物体向外界放热，则物体的内能可能不变或减小，B 项错误；根据热力学第二定律可知，在对外界有影响的前提下，可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功，C 项正确；在有外界做功的条件下，可以使热量从低温物体传递到高温物体，D 项错误；根据热力学第二定律可知，E 项正确。
热力学第二定律与热力学第一定律比较1．两个定律比较：①热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的具体表现形式，在转化的过程中，总的能量保持不变。
②热力学第二定律是指在有限的时间和空间内，一切和热现象有关的宏观自然过程具有不可逆性。
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(或只给予很小的能量启动后，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(或只有一个热源，实现内能与机械能的转化) 不可能的原因违背了能量守恒定律 违背了热力学第二定律1．(多选)下列说法中正确的是( )A ．第一类永动机不可能制成是因为它违反了能量守恒定律B ．第二类永动机不可能制成是因为它违反了能量守恒定律C ．热力学第一定律和热力学第二定律是相互独立的D ．热力学第二定律的两种表述是等价的解析：选ACD 第一类永动机是想“创生”能量，违反了能量守恒定律，第二类永动机是想使热机效率η＝1，违反了热力学第二定律(没有违反能量守恒定律)，A 正确，B 错误；热力学第一定律是能量守恒定律在内能与其他形式能转换时的具体表达，热力学第二定律指出了自然界中与热现象有关的宏观过程都具有方向性。
它们分别从不同侧面揭示了热现象的本质，是相互独立的，热力学第二定律的两种表述是等价的，C、D正确。
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，从单一热库吸收热量，完全变成功也是可能的解析：选D第一类永动机违反热力学第一定律，第二类永动机违反热力学第二定律，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。
3．(多选)根据热力学第二定律，可知下列说法中正确的有()A．热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体B．热量能够从高温物体传到低温物体，也可能从低温物体传到高温物体C．机械能可以全部转化为热能，但热能不可能全部转化为机械能D．机械能可以全部转化为热能，热能也可能全部转化为机械能解析：选BD由热力学第二定律克劳修斯表述知，热量可以自发地从高温物体传给低温物体，当外界对系统做功时，也可以使系统从低温物体吸取热量传到高温物体，冰箱就是这样的装置，故A错误，B正确。
机械能可以全部转化为内能，如在水平地面上运动的物体，克服摩擦阻力做功，最终静止，这个过程中机械能全部转化为内能，当外界条件发生变化时，内能也可以全部转化为机械能，如在等温膨胀过程中，系统吸收的热量全部转化为对外界做的功，故C错误，D正确。
1．热力学定律表明自然界中进行的热现象的宏观过程()A．有的只遵守热力学第一定律B．有的只遵守热力学第二定律C．有的既不遵守热力学第一定律，也不遵守热力学第二定律D．所有的都遵守热力学第一、第二定律解析：选D热力学第一、第二定律是热力学的基本定律，对所有涉及热现象的宏观过程都成立。
故选项D正确，A、B、C错误。
2．(多选)根据热力学第二定律，下列判断正确的有()A．热机中燃气的内能不可能全部变成机械能B．电流的能不可能全部变成内能C．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变成电能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：选ACD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，电流的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。
3．下列宏观过程不能用热力学第二定律解释的是()A．大米和小米混合后小米能自发地填充到大米空隙中而经过一段时间大米、小米不会自动分开B．将一滴红墨水滴入一杯清水中，会均匀扩散到整杯水中，经过一段时间，墨水和清水不会自动分开C．冬季的夜晚，放在室外的物体随气温的降低，不会由内能自发地转化为机械能而动起来D．随着节能减排措施的不断完善，最终也不会使汽车热机的效率达到100%解析：选A热力学第二定律反映的是与热现象有关的宏观过程的方向性的规律，A 不属于热现象；由热力学第二定律可以解释B、C、D选项。