新教材高中物理第三章热力学定律第4节热力学第二定律课件新人教版选择性必修第三册

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第 4 节 热力学第二定律
1.知道热传递过程的方向性。 2.理解热力学第二定律的两种不同表述,以及这两种表述的实质。 3. 知道第二类永动机及第二类永动机不可能制成的原因。 4.了解热力学第二定律的微观解释及能量耗散。
一、热力学第二定律 1.填一填 (1)热力学第二定律:在物理学中,反映宏观自然过程的 方向性 的定律。 (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。 (3)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
具有方向性,故选项 B 错误。 答案:ACD
2.下列关于热现象的描述正确的是
()
A.满足能量守恒定律的宏观过程都可以自发进行
B.做功和热传递都通过能量转化的方式改变系统内能
C.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
D.温度不同的两块金属接触,达到热平衡后,它们具有的相同的物理量
是热量
联系
热力学第一定律是和热现象有关的物理过程中能量守恒的特殊表达形式, 说明功及热量与内能改变的定量关系,而热力学第二定律指出了能量转 化与守恒能否实现的条件和过程进行的方向,指出了一切变化过程的自 然发展方向不可逆,除非靠外界影响,所以二者相互独立,又相互补充
2.第二类永动机 (1)第二类永动机: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。
功而不引起其他任何变化,这种设想并不违反能量守恒定律,但违反热力
学第二定律,故 B 选项正确。 答案:B
2.[多选]下列说法正确的有
()
A.第二类永动机和第一类永动机一样,都违背了能量守恒定律
B.第二类永动机违背了能量转化的方向性
C.自然界中的能量是守恒的,所以不用节约能源
D.自然界中的能量尽管是守恒的,但有的能量便于利用,有的不便于利
中的宏观过程具有方向性,恰恰说明符合热力学第二定律,故 C、D 对。
答案:CD
对热力学第二定律的理解 [学透用活]
1.对热力学第二定律的理解 (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。 在传热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。
力学第一定律是各自独立的,故 A、B 正确;由热力学第一定律可知 W≠0,
Q≠0,但 ΔU=W+Q 可以等于 0,C 错误;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 正确。
答案:ABD
熵与熵增加原理 [学透用活] 1.宏观态与微观态 系统的宏观状态即为宏观态,系统内个体的不同分布状态即为微观态。 2.有序与无序 一个系统的个体按确定的规则,有顺序地排列即为有序;个体分布没有 确定的要求,“怎么分布都可以”,即为无序。 3.熵和熵增加原理 (1)熵的定义:表达一个系统的无序程度的物理量。 (2)熵增加原理:在自发过程中,一个孤立系统的熵值总是不减少的。
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。
3.热力学过程方向性实例
4.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。
[典例1] [多选]下列现象不可能发生的是
用,故要节约能源 解析:第一类永动机违背了能量守恒定律,第二类永动机违背了能量转化
的方向性,故 A 项错,B 项对;虽然自然界中能量守恒,但能源的品质不
同,有的便于利用,有的不便于利用,为了便于有效地利用能源,仍要节
约能源,故 C 错,D 对。 答案:BD
3.[多选]关于两类永动机和热力学两大定律,下列说法正确的是
[答案] B
[规律方法] 热力学第一定律和热力学第二定律的应用技巧
(1)应用热力学第一定律,一定要考虑改变物体内能的两种方式,只有做 功和热传递两方面都确定,才能确定物体内能的变化。
(2)热力学第二定律的应用,关键是对热现象宏观过程的方向性的理解, 要抓住“自发”和“不引起其他变化”等所表述的物理意义。
能源会越来越少,因此能源是有限的资源。
2.判一判
(1)能量耗散会导致总能量的减少。
(×)
(2)能量在转移和转化过程中,总量保持不变,因此,人类没有必要节约能源。(×)
(3)能量虽然守恒,但在利用过程中品质是下降的。
(√ )
3.选一选
[多选]热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象。所谓能量耗散是指在能
二、能源是有限的 1.填一填 (1)自然界的一切变化,人类社会的所有活动,都伴随着能量的转移和转化,
能量在转移和转化过程中,总量是 守恒 的。 (2)能量耗散:能源在利用过程中最后都转化为 内能 ,不能再自动聚集起来加
以利用的现象。 (3)能源:具有 高品质 的容易利用的储能物质。 (4)能量品质变化:能源在使用过程中虽然能的总量保持不变,但品质降低了,
较高的外部空气,但必须耗电,说明在一定条件下,热量可以从低温物体传
给高温物体,故 A 错误,B 正确;关闭电源后,热量就不可能从温度较低的
冰箱内部传给温度较高的外界空气,说明在自发的条件下热量的传递过程具
有方向性,故 C 错误,D 正确。
答案:BD
两个定律和两类永动机的比较
[学透用活] 1.热力学第一定律与热力学第二定律的区别与联系
[对点练清]
1.[多选]下列哪些过程具有方向性
()
A.热传导过程
B.动能向势能的转化过程
C.气体的扩散过程
D.气体向真空中的膨胀过程 解析:热传递、气体的扩散和气体在真空中的膨胀都是与热现象有关的宏
观自然过程,由热力学第二定律可知,它们都是不可逆的,具有方向性,
故选项 A、C、D 正确;动能向势能的转化与热现象无关,是可逆的,不
(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不 同温度来发电。
(4) “不可能”:实际上热机统循环终了时,除了从单一热库吸收热量对 外做功,以及热量从高温热库传到低温热库以外,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。
项目
热力学第一定律
热力学第二定律
区别
热对W而热热角化+力改且力学度的Q学变还学中揭可,第物能第的示能指一体跟一一不性明定内其定种同内律能他律表物能揭的形是述质不示规式能形运但了律的量式动可做关能守,形以功系相恒是式转和互定从相Δ移U传转律能互=,热化在的转。热与可能变过具力的以全化程有学宏全部,及方第观部转进物向二过转化一质性定程化为步运律的为机揭动揭方内械示形示向能能了式了性,而各的大。内不种转量如能引能化分机却起量过子械不其转程参能可他化都
()
A.在一与外界绝热的房间内,将一台正在工作的电冰箱的门打开,能使该房
间降温
B.蒸汽机把蒸汽的内能全部转化为机械能
C.一个在粗糙的水平地面上运动的物体最终要停下来,物体的动能全部转化
为内能
D.在热传导中,热量可以自发地从高温物体传向低温物体
[解析] 在一与外界绝热的房间内,将一台正在工作的电冰箱的门打开, 消耗了电能,产生了焦耳热,所以房间温度不仅不能降低还会升高,故 A 不 可能发生;蒸汽机不可能把蒸汽的内能全部转化为机械能,转化过程中必然 存在能量耗散,故 B 不可能发生;一个在粗糙的水平地面上运动的物体最终 要停下来,物体的动能全部转化为内能,C 可能发生;在热传导中,热量可 以自发地从高温物体传向低温物体,D 可能发生。
()
A.热力学第一定律和热力学第二定律是相互独立的
B.热力学第二定律的两种表述是等效的
C.由热力学第—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—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:热力学第二定律有几种不同的表述形式,但它们是等效的,它与热
3.两类永动机的比较
项目
第一类永动机
第二类永动机
不消耗任何能量,可以 将内能全部转化为机械能,
设计
不断做功(或只给予很小 而不引起其他变化(或只有
要求
的能量启动后,可以永 一个热源,实现内能与机械
远运动下去)
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
[典例2] 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
[对点练清]
1.关于第二类永动机的说法,正确的是
()
A.第二类永动机不可能制成,因为违反了能量守恒定律
B.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
C.第二类永动机不可能制成,因为同时违反了能量守恒定律和热力学第
二定律
D.第二类永动机不可能制成,因为没有足够精细的制作工艺
解析:第二类永动机是一种热机,它希望能够从单一热源吸热全部用来做
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的转化规律,它们不但不矛盾,而且没有本质区别 D.其实,能量守恒定律已经包含了热力学第一定律和热力学第二定律
[解析] 热力学第一定律揭示了内能与其他形式能量之间的转化关系,是 能量守恒定律在热力学中的具体体现。热力学第二定律则进一步阐明了内能 与其他形式能量转化时的方向性,二者表述的角度不同,本质不同,相互补 充,并不矛盾,故 C、D 错误,B 正确;内能在一定条件下可以全部转化为 机械能,热量也可以由低温物体传递到高温物体,但是要引起其他变化,如 电冰箱制冷机工作要消耗电能,故 A 错误。
功,而不产生其他影响。
2.判一判
(1)热量可以自发地从高温物体传递给低温物体。
(√ )
(2)热量不可能从低温物体传递到高温物体。
(×)
(3)热机工作时从高温热库吸收的热量一定大于热机对外界所做的功。 (√)
3.想一想
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。
量转化的过程中无法把流散的能量重新收集、重新加以利用。下列关于能量
耗散的说法中正确的是
()
A.能量耗散说明能量不守恒
B.能量耗散不符合热力学第二定律
C.能量耗散过程中能量仍守恒
D.能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有的方向性
解析:能量耗散过程能量仍守恒,但可利用的能源越来越少,这说明自然界
[答案] AB
[易错警示] 对热力学第二定律理解的两个误区
(1)误认为热量只能由高温物体传到低温物体,不能由低温物体传到高温 物体。
热量可以由高温物体传到低温物体,也可以由低温物体传到高温物体; 但是,前者可以自发完成,而后者则必须有外界参与。
(2)误认为机械能可以完全转化为内能,而内能不能完全转化为机械能。 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。
选项 D 错误。 答案:C
3.[多选]电冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外
界空气,这说明了
()
A.热量能自发地从低温物体传给高温物体
B.在一定条件下,热量可以从低温物体传给高温物体
C.热量的传递过程不具有方向性
D.在自发地条件下热量的传递过程具有方向性
解析:电冰箱正常工作时能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传给温度
解析:满足能量守恒定律的宏观过程不一定都可以自发进行,例如热量由低
温物体向高温物体的传递,选项 A 错误;做功是通过能量转化的方式改变系
统内能,而热传递是通过能量的转移来改变物体的内能的,选项 B 错误;电
冰箱的工作程表明,热量可以从低温物体向高温物体传递,选项 C 正确;
温度不同的两块金属接触,达到热平衡后,它们具有的相同的物理量是温度,
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