2020版導(dǎo)與練人教版選修3-3-第十章熱力學(xué)定律4-熱力學(xué)第二定律課件

4熱力學(xué)第二定律[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.知道熱傳遞、擴(kuò)散現(xiàn)象、機(jī)械能與內(nèi)能的轉(zhuǎn)化等都具有方向性.具有方向性的過程是不可逆的.2.理解熱力學(xué)第二定律的兩種表述,并能用熱力學(xué)第二定律解釋第二類永動機(jī)不可能制成.3.學(xué)會用熱力學(xué)第二定律解釋自然界中的能量轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移及方向性問題.4.學(xué)會運用熱力學(xué)第二定律解決一些實際問題.課前預(yù)習(xí)課堂探究隨堂演練課前預(yù)習(xí)

掌握新知知識梳理一、熱力學(xué)第二定律1.一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是

的.如物體間的傳熱,氣體的膨脹、擴(kuò)散……都有特定的

.2.反映宏觀自然過程的

的定律就是熱力學(xué)第二定律.二、熱力學(xué)第二定律的兩種表述1.克勞修斯表述:熱量不能

地從

溫物體傳到

溫物體.2.開爾文表述:不可能從

熱庫吸收熱量,使之

變成功,而

其他影響.不可逆方向性方向性自發(fā)低高單一完全不產(chǎn)生三、熱機(jī)1.熱機(jī)的效率η:熱機(jī)輸出的

與燃料產(chǎn)生的

的比值,用公式表示為η=.熱機(jī)的效率不可能達(dá)到100%.2.第二類永動機(jī):只有

熱源,從單一熱源吸收熱量,可以

用來做功的熱機(jī)叫第二類永動機(jī),它不違背

,但違背

,所以

實現(xiàn).機(jī)械功熱量單一全部能量守恒定律熱力學(xué)第二定律不能科學(xué)思維1.思考判斷(1)溫度不同的兩個物體接觸時,熱量會自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體.(

)(2)第二類永動機(jī)違反了熱力學(xué)第二定律.(

)(3)物體不可能從單一熱源吸收熱量,使之完全轉(zhuǎn)變?yōu)楣?(

)(4)一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的微觀自然過程都是不可逆的.(

)(5)機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.(

)(6)只要對內(nèi)燃機(jī)不斷改進(jìn),就可以把內(nèi)燃機(jī)得到的全部內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能.(

)×√××√×2.思維探究(1)將一杯熱水放在教室里,熱水中的熱量會“自發(fā)地”傳遞給空氣.“自發(fā)地”含義是什么?答案:“自發(fā)地”指的是沒有任何外界的影響或幫助.(2)電冰箱內(nèi)部的溫度比外部低,為什么制冷系統(tǒng)還能夠不斷把冰箱內(nèi)的熱量傳遞給外界的空氣?答案:這是因為電冰箱消耗了電能,對制冷系統(tǒng)做了功.一旦切斷了電源,電冰箱就不能把其內(nèi)部的熱量傳遞給外界空氣了.(3)隨著科技的不斷發(fā)展,假如能夠使熱機(jī)沒有漏氣,沒有摩擦,也沒有機(jī)體熱量損失,是不是能夠使熱機(jī)效率達(dá)到100%?答案:不能,原因是熱機(jī)的工作物質(zhì)吸收的熱量不能完全用來做功,這違背了熱力學(xué)第二定律.要點一熱力學(xué)第二定律及其理解課堂探究突破要點[探究導(dǎo)學(xué)](1)兩個溫度不同的物體互相接觸時,將會出現(xiàn)什么現(xiàn)象?答案:兩個溫度不同的物體互相接觸時,熱量將自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體,使高溫物體溫度降低,低溫物體溫度升高.(2)上述(1)過程中熱量是自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體的,我們所說的“自發(fā)地”指的是沒有任何的外界影響或者幫助.那么,同學(xué)們見過熱量從低溫物體傳給高溫物體的實例嗎?答案:電冰箱消耗電能能夠把熱量從低溫物體傳給高溫物體,在該過程中,一旦切斷電源,電冰箱就不能把其內(nèi)部的熱量傳給外界的空氣了,相反,外界的熱量會自發(fā)地傳給電冰箱內(nèi)部,使其內(nèi)部溫度逐漸升高.(3)上述(1)(2)現(xiàn)象說明什么問題?答案:熱量可以自發(fā)地從高溫物體向低溫物體傳遞,但要從低溫物體向高溫物體傳遞,必須有第三者的介入.(4)熱力學(xué)第二定律存在克勞修斯表述和開爾文表述,這兩種表述的不同點和共同點是什么?答案:克勞修斯表述闡述了熱傳遞過程的方向性,開爾文表述闡述了機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性.兩種表述是等價的,可以從其中一種表述推導(dǎo)出另一種表述,兩種表述都說明自發(fā)的宏觀熱現(xiàn)象具有方向性.[要點歸納]1.在熱力學(xué)第二定律的表述中,“自發(fā)地”“不產(chǎn)生其他影響”“單一熱庫”“不可能”的涵義(1)“自發(fā)地”是指熱量從高溫物體“自發(fā)地”傳給低溫物體的方向性.在傳遞過程中不會對其他物體產(chǎn)生影響或借助其他物體提供能量等.(2)“不產(chǎn)生其他影響”的涵義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成,對周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響.如吸熱、放熱、做功等.(3)“單一熱庫”:指溫度均勻并且恒定不變的系統(tǒng).若一系統(tǒng)各部分溫度不相同或者溫度不穩(wěn)定,則構(gòu)成機(jī)器的工作物質(zhì)可以在不同溫度的兩部分之間工作,從而可以對外做功.據(jù)報道,有些國家已在研究利用海水上下溫度不同來發(fā)電.(4)“不可能”:實際上熱機(jī)或制冷機(jī)系統(tǒng)循環(huán)終了時,除了從單一熱庫吸收熱量對外做功,以及熱量從低溫?zé)釒靷鞯礁邷責(zé)釒煲酝?過程所產(chǎn)生的其他一切影響,不論用任何的辦法都不可能加以消除.2.熱力學(xué)第二定律的實質(zhì)熱力學(xué)第二定律的每一種表述,都揭示了大量分子參與宏觀過程的方向性,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.[例1](多選)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,而不引起其他變化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,而不引起其他變化的熱機(jī)是可以實現(xiàn)的C.制冷系統(tǒng)將冰箱里的熱量傳給外界較高溫度的空氣過程中,不引起其他變化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AD解析:熱力學(xué)第二定律揭示了與熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程的方向性,機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性,機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,而內(nèi)能要全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能必須借助外部的幫助,即會引起其他變化,A選項正確,B選項錯誤;熱傳遞過程也具有方向性,熱量能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體,但是熱量要從低溫物體傳到高溫物體,必然要引起其他變化(外界對系統(tǒng)做功),故C選項錯誤,D選項正確.學(xué)霸筆記對熱力學(xué)第二定律理解的兩點說明(1)理解熱力學(xué)第二定律的關(guān)鍵在于“自發(fā)”和“不引起其他變化”.(2)熱量可以從高溫物體傳到低溫物體,也可以從低溫物體傳到高溫物體,只不過前者能自發(fā)地進(jìn)行,后者必須借助外界的幫助;機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,而內(nèi)能要全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,肯定會引起其他變化.解析:熱力學(xué)第二定律是物理學(xué)家通過對大量自然現(xiàn)象的分析,又總結(jié)了生產(chǎn)和生活經(jīng)驗得到的結(jié)論,是一個經(jīng)驗定律,它并不能通過理論和實驗來證明,但它符合客觀事實,因此是正確的.它揭示了熱現(xiàn)象宏觀過程的方向性,使人們認(rèn)識到第二類永動機(jī)不可能制成,對我們認(rèn)識自然和利用自然有著重要的指導(dǎo)意義.B(教師備用)[例1-1]

關(guān)于熱力學(xué)第二定律,下列說法正確的是(

)A.熱力學(xué)第二定律是通過實驗總結(jié)出來的實驗定律B.熱力學(xué)第二定律是通過大量自然現(xiàn)象的不可逆性總結(jié)出來的經(jīng)驗定律C.熱力學(xué)第二定律是物理學(xué)家從理論推導(dǎo)出來的結(jié)果D.熱力學(xué)第二定律沒有理論和實驗的依據(jù),因此沒有實際意義[針對訓(xùn)練1](多選)下列說法中正確的是(

)A.一切涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性B.一切不違反能量守恒定律的物理過程都是可能實現(xiàn)的C.由熱力學(xué)第二定律可以判斷物理過程能否自發(fā)進(jìn)行D.一切物理過程都不可能自發(fā)地進(jìn)行解析:熱力學(xué)第二定律指出了熱現(xiàn)象的方向性,A正確;不違反能量守恒定律的物理過程,但違反熱力學(xué)第二定律也不可能實現(xiàn),B錯誤;熱力學(xué)第二定律反映宏觀自然過程的方向性,C正確,D錯誤.AC要點二熱機(jī)與第二類永動機(jī)[探究導(dǎo)學(xué)]汽車和輪船上用的汽油機(jī)、柴油機(jī),火力發(fā)電廠和核電站用的蒸汽輪機(jī)等都是熱機(jī).如圖所示為汽車的發(fā)動機(jī),請思考并回答下列問題.(1)熱機(jī)的工作過程是怎樣的?答案:熱機(jī)從高溫?zé)釒煳諢崃?推動活塞做功,然后向低溫?zé)釒旆懦鰺崃?(2)熱機(jī)工作時,汽缸(燃燒室)是它的高溫?zé)釒?低溫?zé)釒煸谀睦?(3)第二類永動機(jī)為什么不可能制成?答案:熱力學(xué)第二定律揭示了大量分子參與的宏觀過程的方向性.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)一步揭示了任何宏觀自然過程都具有方向性.告誡人們:第二類永動機(jī)不可能制成.答案:汽車發(fā)動機(jī)工作時低溫?zé)釒炀褪瞧淄饨缈臻g中的大氣.[要點歸納]1.熱機(jī)的特點(1)熱機(jī)不僅僅只有一個熱庫.(2)熱機(jī)的效率不可能達(dá)到100%.2.第二類永動機(jī)不可能制成的原因違反了熱力學(xué)第二定律(不違反能量守恒定律).3.第二類永動機(jī)不能制成的意義(1)機(jī)械能可能全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能,但內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能,而不產(chǎn)生其他影響.(2)機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化具有方向性.[例2](2019·湖南常德檢測)下列說法中正確的是()A.功可以完全轉(zhuǎn)化為熱量,而熱量不可以完全轉(zhuǎn)化為功B.熱機(jī)必須具有兩個熱庫,才能實現(xiàn)熱功轉(zhuǎn)化C.熱機(jī)的效率不可能大于1,但可能等于1D.熱機(jī)的效率必定小于1D學(xué)霸筆記兩類永動機(jī)的比較第一類永動機(jī)第二類永動機(jī)設(shè)計要求不消耗任何能量,可以不斷對外做功(或只給予很小的能量啟動后,可以永遠(yuǎn)運動下去)將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,而不引起其他變化(或只有一個熱源,實現(xiàn)內(nèi)能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)化)不可能的原因違背了能量守恒定律違背了熱力學(xué)第二定律解析:第一類永動機(jī)違背了能量守恒定律,第二類永動機(jī)違背了熱力學(xué)第二定律,故選項A正確,B錯誤;熱力學(xué)第一定律與熱力學(xué)第二定律相輔相成,互相獨立,選項C正確;熱力學(xué)第二定律的兩種表述是等價的,選項D正確.ACD(教師備用)[例2-1](多選)下列說法中正確的是(

)A.第一類永動機(jī)不可能制成,因為它違背了能量守恒定律B.第二類永動機(jī)不可能制成,因為它違背了能量守恒定律C.熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律是相互獨立的D.熱力學(xué)第二定律的兩種表述是等價的[針對訓(xùn)練2]

第二類永動機(jī)不可能制成的原因是(

)A.違背了能量守恒定律B.熱量總是從高溫物體傳遞到低溫物體C.機(jī)械能不能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能D.內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而不引起其他變化D解析:第二類永動機(jī)的設(shè)想并不違背能量守恒定律,但是違背了熱力學(xué)第二定律,所以不可能制成.隨堂演練檢測效果1.(多選)關(guān)于熱傳導(dǎo)的方向性,下列說法正確的是(

)A.熱量能自發(fā)地由高溫物體傳給低溫物體B.熱量能自發(fā)地由低溫物體傳給高溫物體C.在一定條件下,熱量也可以從低溫物體傳給高溫物體D.熱量一定不可能從低溫物體傳給高溫物體E.熱量既可以從高溫物體傳到低溫物體,也可以從低溫物體傳到高溫物體ACE解析:在有外力做功的情況下,熱量可以從低溫物體傳遞給高溫物體;而在自發(fā)的條件下,熱量只能從高溫物體傳給低溫物體,故A,C,E選項正確.2.(2019·湖北鄂州檢測)(多選)關(guān)于制冷機(jī)制冷過程的說法中,正確的是(

)A.此過程違反了熱力學(xué)第二定律B.此過程沒有違反熱力學(xué)第二定律C.此過程違反了能量守恒定律D.此過程沒有違反能量守恒定律E.此過程在消耗電能的前提下,熱量從低溫物體傳給高溫物體BDE解析:制冷機(jī)可以從低溫物體吸收熱量傳給高溫物體,但必須消耗電能,熱力學(xué)第二定律并不否認(rèn)熱量可從低溫物體傳給高溫物體,關(guān)鍵是“不能自發(fā)”,A錯誤,B,E正確;任何物理過程都不違反能量守恒定律,C錯誤,D正確.3.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)第二定律則指出內(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.其實,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解析:熱力學(xué)第一定律是能量守恒在熱現(xiàn)象中的體現(xiàn),而熱力學(xué)第二定律則指出內(nèi)能和其他形式能發(fā)生轉(zhuǎn)化的方向性,兩者并不矛盾,選項A,C,D錯誤,B正確.4.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.第二