2022-2023學(xué)年人教版選擇性必修第三冊 3.4 熱力學(xué)第二定律 學(xué)案

3.4熱力學(xué)第二定律【學(xué)習(xí)目標(biāo)】一、知識與技能了解熱傳導(dǎo)過程的方向性。了解熱力學(xué)第二定律的兩種不同表述，以及這兩種表述的物理實(shí)質(zhì)。了解什么是能量耗散，知道能源是有限的。二、過程與方法培養(yǎng)學(xué)生通過日常生活現(xiàn)象概括物理規(guī)律的能力。三、情感、態(tài)度與價(jià)值觀知道要有效地利用自然界提供的各種能源，必須遵循自然界的規(guī)律?！緦W(xué)習(xí)重難點(diǎn)】熱力學(xué)第二定律的兩種不同表述，以及兩種表述的物理實(shí)質(zhì)?！緦W(xué)習(xí)過程】一、熱力學(xué)第二定律.熱力學(xué)第二定律的一種表述一一克勞修斯表述（熱傳導(dǎo)的方向性）（1）熱力學(xué)第二定律（概念）：反映過程的的定律。（2）克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從傳到0即熱傳導(dǎo)的過程具有o.熱力學(xué)第二定律的另一種表述一一開爾文表述（機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性）（1）熱機(jī)①熱機(jī)工作的兩個(gè)階段第一個(gè)階段是，把燃料中的化學(xué)能變成工作物質(zhì)的內(nèi)能。第二個(gè)階段是工作物質(zhì),把自己的內(nèi)能變成機(jī)械能。②熱機(jī)的效率：熱機(jī)輸出的機(jī)械功W與燃料產(chǎn)生的熱量Q的比值。用公式表示為（2）開爾文表述：不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。即機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化具有o（3）熱力學(xué)第二定律的其他描述①氣體向真空的自由膨脹是的。②一切宏觀自然過程的進(jìn)行都具有o.第二類永動(dòng)機(jī)①定義只從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)橛杏霉Χ灰鹌渌兓膐②第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成第二類永動(dòng)機(jī)不違背，但違背.熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律的關(guān)系。（1）熱力學(xué)第一定律揭示了和對改變物體內(nèi)能的規(guī)律關(guān)系A(chǔ)U=,指明內(nèi)能不但可以轉(zhuǎn)移，而且還能跟其他形式的能相互轉(zhuǎn)化。熱力學(xué)第一定律就是與其他能量發(fā)生轉(zhuǎn)化時(shí)的能量守恒定律，是從能的角度揭示不同物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式相互轉(zhuǎn)化的可能性。告誡人們：第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成。熱力學(xué)第一定律只有一種表述形式。（2）熱力學(xué)第二定律的每一種表述都揭示了大量分子參與的宏觀過程的。如機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而不引起其他變化，進(jìn)而使人們認(rèn)識到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性。告誡人們：第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成。熱力學(xué)第二定律有表述形式。（3）兩定律的關(guān)系：熱力學(xué)第一定律是和熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程中能量守恒的表達(dá)形式，說明功及熱量與內(nèi)能改變的定量關(guān)系，而第二定律指出了能量轉(zhuǎn)化與守恒能否實(shí)現(xiàn)的條件和過程進(jìn)行的方向，指出了一切變化過程的自然發(fā)展方向不可逆，除非靠外界影響。所以二者相互獨(dú)立，又相互補(bǔ)充。.兩類永動(dòng)機(jī)的比較分類第一類永動(dòng)機(jī)第二類永動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)要求任何能量，可以不斷對外做功（或只給予很小的能量啟動(dòng)后，可以永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去）。將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為,而不引起其他變化（或只有一個(gè)熱庫，實(shí)現(xiàn)內(nèi)能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)化）。不可能的原因違背了O違背了。判一判TOC\o"1-5"\h\z（1）任何物體的內(nèi)能就是組成該物體的所有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能的總和°（）（2）滿足能量守恒定律的物理過程都能自發(fā)進(jìn)行。（）（3）將海水溫度自動(dòng)下降時(shí)釋放的內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。（）（4）能夠制成的熱機(jī)既不違背能量守恒定律，也不違背熱力學(xué)第二定律。（）提示：(1)X(2)X(3)x(4)J二、能源是有限的根據(jù)熱力學(xué)第二定律，分散在環(huán)境中的內(nèi)能不管數(shù)量多么巨大，它也只不過能使地球、大氣稍稍變暖一點(diǎn)，卻再也不能自動(dòng)聚集起來驅(qū)動(dòng)機(jī)器做功了。這樣的轉(zhuǎn)化過程叫作“:能源的使用過程中雖然能的總量保持守恒，但能量的品質(zhì)下降了。雖然能量總量不會減少，但會逐步減少，因此是有限的資源。三、埔與端增加原理自然界的很多過程是的。例如，一個(gè)容器被隔板均分為A、B兩部分，一定量的氣體處于容器A中，而B為真空。抽取隔板K,A中的氣體就會擴(kuò)散到B中，最后整個(gè)容器的A、B兩部分都均勻地分布了這種氣體。這個(gè)過程顯然是不可逆的。1850年，克勞修斯首次提出熠的概念，端可用來表達(dá)一個(gè)系統(tǒng)的無序程度，系統(tǒng)從有序向無序的發(fā)展過程中焙在增加。在物理學(xué)中，不與外界進(jìn)行物質(zhì)和能量交換的系統(tǒng)叫做孤立系統(tǒng)。在自發(fā)過程中，系統(tǒng)總是自發(fā)地向無序方向發(fā)展，即一個(gè)孤立系統(tǒng)的燃值總是不減少的，這就是o【鞏固練習(xí)】.下列說法正確的是()A.機(jī)械能全部變成內(nèi)能是不可能的B.第二類永動(dòng)機(jī)不可能制造成功的原因是因?yàn)槟芰考炔粫{空產(chǎn)生，也不會憑空消失，只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或從一種形式轉(zhuǎn)化成另一種形式C.根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體D.從單一熱源吸收的熱量全部變成功是可能的答案：D.根據(jù)熱力學(xué)第二定律，下列判斷正確的()A.熱機(jī)中燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部變成機(jī)械能B.電流的能不可能全部變成內(nèi)能C.在火力發(fā)電機(jī)中，燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部變成電能D.在熱傳導(dǎo)中，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體答案：ACD3.下列說法正確的是（）A.在自然條件下，熱傳遞的過程是不可逆的B.熱量不可能由高溫物體傳遞給低溫物體C.氣體的擴(kuò)散過程具有方向性D.一切形式能量轉(zhuǎn)化都不具有方向性答案：AC4.下列說法中可行的是（）①將地球上所有海水的溫度降低0.1C,以放出大量內(nèi)能供人類使用②制造一種機(jī)器，把物體與地面摩擦所產(chǎn)生的熱量全部收集起來再全部加以使用③建造一只可以從海洋中提取熱量的船，把熱量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)④制造一種效率為100%的熱機(jī)A.①可行B.①④可行C.②④可行D.①②③④都不可行答案：D5.根據(jù)熱力學(xué)第二定律，可知下列說法中正確的是（）A.不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其它變化B.沒有冷凝器，只有單一的熱源，能將從單一熱源吸收的熱量全部用來做功，而不引起其它的變化的熱機(jī)是可實(shí)現(xiàn)的C.致冷系統(tǒng)能將冰箱里的熱量傳給外界較高溫度的空氣中而不引起其它變化D.不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化答案：AD.根據(jù)熱力學(xué)定律和分子動(dòng)理論，可知下列說法中正確的是（）A.我們可以利用高科技手段，將流散到周圍環(huán)境中的內(nèi)能重新收集起來加以利用而不引起其它變化B.利用淺層海水和深層海水之間的溫度差制造一種熱機(jī)，將海水的一部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，這在原理上是可行的C.分子間的作用力總是隨分子間的距離增大而減小D.溫度升高時(shí)，物體中每個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)速率都將增大答案：B.根據(jù)熱力學(xué)第二定律，可知下列說法中正確的有（）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.熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，也可能從低溫物體傳到高溫物體C.機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為熱能