熱力學(xué)第二定律+高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修三

第四節(jié)熱力學(xué)第二定律第三章

熱力學(xué)定律學(xué)習(xí)目標(biāo)1新課講解3新課導(dǎo)入2經(jīng)典例題4課堂練習(xí)5本課小結(jié)6目錄學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過(guò)對(duì)自然界中與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程方向性的實(shí)例分析，了解歸納熱力學(xué)第二定律的過(guò)程和方法。2.能用熱力學(xué)第二定律解釋常見(jiàn)的不可逆過(guò)程，即自然界中的能量轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)移以及方向性問(wèn)題。3.了解能量與能源的區(qū)別以及能源的有限性。新課導(dǎo)入

將一塊燒紅的鐵塊投入冷水中，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？鐵塊的溫度降低，水的溫度升高，最終兩者溫度相同。會(huì)不會(huì)出現(xiàn)鐵塊溫度更高，水的溫度更低的情況？宏觀自然過(guò)程的方向性

覆水難收思考一些事件的發(fā)展過(guò)程是不是具有方向性、不可逆性?水往低處流宏觀自然過(guò)程的方向性

思考

電冰箱的內(nèi)部溫度比外部溫度低，為什么致冷系統(tǒng)還能不斷地把箱內(nèi)熱量傳給外界的空氣？電冰箱制冷系統(tǒng)貯藏的食品大氣熱量熱量電源做功宏觀自然過(guò)程的方向性

熱傳導(dǎo)的方向性

熱傳導(dǎo)的過(guò)程是有方向性的，這個(gè)過(guò)程可以向一個(gè)方向自發(fā)地進(jìn)行，但是向相反的方向卻不能自發(fā)地進(jìn)行。要實(shí)現(xiàn)相反方向的過(guò)程，必須借助外界的幫助，因而產(chǎn)生其它影響或引起其它變化。宏觀自然過(guò)程的方向性

氣體擴(kuò)散具有方向性思考均勻混合的空氣與溴氣過(guò)一段時(shí)間會(huì)不會(huì)自發(fā)地變的界線分明？宏觀自然過(guò)程的方向性

機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化具有方向性一個(gè)在水平地面上運(yùn)動(dòng)的物體，由于克服摩擦力做功，最后要停下來(lái)。在這個(gè)過(guò)程中，物體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成為內(nèi)能，使物體和地面的溫度升高。思考

我們能不能看到這樣的現(xiàn)象：一個(gè)放在水平地面上的物體，靠降低溫度，可以把內(nèi)能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，使這個(gè)物體運(yùn)動(dòng)起來(lái)。宏觀自然過(guò)程的方向性

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(dòng)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機(jī)械能到內(nèi)能反映宏觀自然過(guò)程的方向性的定律就是熱力學(xué)第二定律。第一節(jié)熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律

熱力學(xué)第二定律在物理學(xué)中，反映宏觀自然過(guò)程的方向性的定律?？藙谛匏耿贌崃W(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。②熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文表述：不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。熱力學(xué)第二定律

①物體間傳熱過(guò)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(huì)對(duì)任何第三者產(chǎn)生影響。外界做功外界環(huán)境發(fā)生變化熱力學(xué)第二定律柴油機(jī)汽缸燃料的化學(xué)能工作物質(zhì)的內(nèi)能機(jī)械能對(duì)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？熱力學(xué)第二定律高溫?zé)釒?kù)低溫?zé)釒?kù)QW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(guò)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?kù)吸收的熱量，即W

<Q熱力學(xué)第二定律①熱機(jī)的效率無(wú)法達(dá)到100%，總會(huì)有損耗。機(jī)械能內(nèi)能（熱）全部轉(zhuǎn)化（自發(fā)）對(duì)第三者有影響②機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性：第二節(jié)能量是有限的能量是有限的

自然界的一切變化，人類社會(huì)的所有活動(dòng)，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(dòng)的源泉，是一切生命活動(dòng)的基礎(chǔ)。柴薪時(shí)期煤炭時(shí)期石油時(shí)期能量守恒定律

能量耗散能源的使用過(guò)程中雖然能量的總量保持守恒，但能量的品質(zhì)下降了。雖然能量總量不會(huì)減少，但能源會(huì)逐步減少，因此能源是有限的資源。機(jī)械能、電能、光能、聲能、化學(xué)能、核能、生物能……最終都轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，流散到周圍環(huán)境中，無(wú)法重新自動(dòng)聚集起來(lái)加以利用的現(xiàn)象。是指具有高品質(zhì)的容易利用的儲(chǔ)能物質(zhì)。能源拓展：熵增熵及熵增加原理1.熵：熵可用來(lái)表達(dá)一個(gè)系統(tǒng)的無(wú)序程度,系統(tǒng)從有序向無(wú)序的發(fā)展過(guò)程中熵在增加。2.熵增加原理：在自發(fā)過(guò)程中,系統(tǒng)總是自發(fā)地向無(wú)序方向發(fā)展,即一個(gè)孤立系統(tǒng)的熵值總是不減少的。拓展：第二類永動(dòng)機(jī)第二類永動(dòng)機(jī)：只從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)橛杏霉Χ灰鹌渌兓臒釞C(jī)。第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成：這類熱機(jī)雖然不違背能量守恒定律，但因?yàn)闄C(jī)械能和內(nèi)能具有方向性，熱機(jī)在工作過(guò)程中要排除部分能量，所以第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成。熱力學(xué)第二定律的一種特殊表述：第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成經(jīng)典例題下列說(shuō)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?huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)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D（多選）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ACD（多選）下列說(shuō)法正確的是（）A．在自然條件下，熱傳遞的過(guò)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(guò)程具有方向性D．一切形式能量轉(zhuǎn)化都不具有方向性AC下列說(shuō)法中可行的是（）①將地球上所有海水的溫度降低0.1℃，以放出大量?jī)?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(lái)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D當(dāng)堂檢測(cè)(多選)根據(jù)熱力學(xué)第二定律，可知下列說(shuō)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(lái)做功，而不引起其它變化B．沒(méi)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(lái)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AD根據(jù)熱力學(xué)定律和分子動(dòng)理論，可知下列說(shuō)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(lái)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