全國高中物理優(yōu)質(zhì)課一等獎人教版選擇性必修三《熱力學(xué)第二定律》精美課件

3.4熱力學(xué)第二定律問題導(dǎo)入

一滴紅色顏料滴進(jìn)一杯清水中擴(kuò)散，整杯水將均勻地變紅。從系統(tǒng)的角度來看，擴(kuò)散之前是一種狀態(tài)，擴(kuò)散后是另一種狀態(tài)。那么，水中擴(kuò)散后的顏料能否自發(fā)地重新聚集在一起，而其余部分又變成清水?一、熱力學(xué)第二定律大家是否發(fā)現(xiàn)一些事件的發(fā)展過程具有方向性、不可逆性?覆水難收水往低處流

能量守恒定律告訴我們，在自然界發(fā)生的一切過程中能量都是守恒的，一個導(dǎo)致能量創(chuàng)生或能量消失的過程是不可能出現(xiàn)的。思考：滿足能量守恒定律的過程是否都能實現(xiàn)呢?

無數(shù)事實告訴我們，凡是實際的過程，一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的。物體間的傳熱氣體的膨脹擴(kuò)散現(xiàn)象有摩擦的機(jī)械運(yùn)動熱現(xiàn)象特定的方向溫度由高到低體積由小到大密度由密到疏由功到熱反映宏觀自然過程的方向性的定律就是熱力學(xué)第二定律?？藙谛匏?.熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)從低溫物體傳到高溫物體。①物體間傳熱過程的方向性高溫低溫自發(fā)②自發(fā)性：不需要第三者介入、也不會對任何第三者產(chǎn)生影響。外界做功外界環(huán)境發(fā)生變化思考與討論

電冰箱通電后箱內(nèi)溫度低于箱外溫度，并且還會繼續(xù)降溫，直至達(dá)到設(shè)定的溫度。顯然這是熱量從低溫物體傳遞到了高溫物體。這一現(xiàn)象是否違背熱力學(xué)第二定律呢?低溫冰箱內(nèi)的食品高溫冰箱外的空氣自發(fā)外界做功向壓縮機(jī)供電停止供電柴油機(jī)汽缸燃料的化學(xué)能工作物質(zhì)的內(nèi)能機(jī)械能對外做功燃燒燃料產(chǎn)生的熱量Q輸出機(jī)械功W漏氣熱損散熱熱損摩擦熱損W<Q思考：假設(shè)能避免這些損失，熱機(jī)燃料產(chǎn)生的熱量Q=W？高溫?zé)釒斓蜏責(zé)釒霶W燃料在燃燒（高溫物體）冷凝器或大氣（低溫物體）自發(fā)

熱機(jī)在工作過程中必然排出部分熱量，熱機(jī)用于做功的熱量一定小于它從高溫?zé)釒煳盏臒崃?，即W<Q2.熱力學(xué)第二定律的開爾文表述：

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。①熱機(jī)的效率無法達(dá)到100%，總會有損耗。機(jī)械能內(nèi)能（熱）全部轉(zhuǎn)化（自發(fā)）對第三者有影響②機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性：思考與討論

在水平地面上滾動的足球，摩擦力做負(fù)功，其動能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，最終停了下來，同時產(chǎn)生的熱量散失在周圍的環(huán)境中。會不會有這樣的現(xiàn)象∶靜止在水平地面上的足球和地面、周圍的空氣自發(fā)地降低溫度釋放內(nèi)能，并將釋放出的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為足球的動能，讓足球又滾動起來?機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的具有方向性

不管如何表述，熱力學(xué)第二定律的實質(zhì)在于揭示了：一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實際宏觀過程都是不可逆的。②對任何一類宏觀過程進(jìn)行方向的說明，都可以作為熱力學(xué)第二定律的表述。例如：氣體向真空的自由膨脹是不可逆的。熱力學(xué)第二定律的兩種表述之間有什么樣的關(guān)系？①兩種表述是等價的：可以從一種表述導(dǎo)出另一種表述，兩種表述都稱為熱力學(xué)第二定律。課堂練習(xí)例1：下列說法正確的是（）A.熱量不能由低溫物體傳遞到高溫物體B.外界對物體做功，物體的內(nèi)能必定增加C.熱機(jī)的效率可以達(dá)到100%D.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D課堂練習(xí)例2：電冰箱能夠不斷地把熱量從溫度較低的冰箱內(nèi)部傳給溫度較高的外界空氣，這說明了（）A.熱量能自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體B.在一定條件下，熱量可以從低溫物體傳給高溫物體C.熱量的傳遞過程不具有方向性D.在自發(fā)的條件下熱量的傳遞過程具有方向性BD課堂練習(xí)例3：如圖所示為電冰箱的工作原理示意圖。壓縮機(jī)工作時，強(qiáng)迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán)。在蒸發(fā)器中制冷劑汽化吸收箱體內(nèi)的熱量，經(jīng)過冷凝器時制冷劑液化，放出熱量到箱體

外。下列說法正確的是（

）A.熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外B.電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界，是因為其消耗了電能C.電冰箱的工作原理不違背熱力學(xué)第一定律D.電冰箱的工作原理違背熱力學(xué)第一定律BC課堂練習(xí)例4：關(guān)于熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律，下列論述正確的是（）A.熱力學(xué)第一定律指出內(nèi)能可以與其他形式的能相互轉(zhuǎn)化，而熱力學(xué)第二定律則指內(nèi)能不可能完全轉(zhuǎn)化為其他形式的能，故這兩條定律是相互矛盾的B.內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為其他形式的能，只是會產(chǎn)生其他影響，故兩條定律并不矛盾C.兩條定律都是有關(guān)能量轉(zhuǎn)化的規(guī)律，它們不但不矛盾，而且沒有本質(zhì)區(qū)別D.能量守恒定律已經(jīng)包含了熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律B二、能源是有限的

自然界的一切變化，人類社會的所有活動，都伴隨著能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化，能量是一切物質(zhì)運(yùn)動的源泉，是一切生命活動的基礎(chǔ)。柴薪時期煤炭時期石油時期

能量被其他物質(zhì)吸收之后變成周圍環(huán)境的內(nèi)能，我們無法把這些內(nèi)能收集起來重新利用。這種現(xiàn)象叫做能量的耗散?；瘜W(xué)能→電能電能→內(nèi)能和光能能量在數(shù)量上雖然守恒，但其轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化卻具有方向性?！纳⒃诃h(huán)境中高品質(zhì)：機(jī)械能、光能、化學(xué)能、電能低品質(zhì)：內(nèi)能轉(zhuǎn)化方向不可逆能源：其實是指具有高品質(zhì)的容易利用的儲能物質(zhì)例如石油、天然氣、煤等。所以要節(jié)約資源拓展學(xué)習(xí)熵與熵增加原理課堂小結(jié)一、熱力學(xué)第二定律1.反映宏觀自然過程的方向性的定律就是熱力學(xué)第二定律。2.克勞修斯表述：熱量不能