高中物理第十章熱力學(xué)定律第4節(jié)熱力學(xué)第二定律課件新人教版.pptx

1、第4節(jié)熱力學(xué)第二定律,學(xué)習(xí)目標(biāo) 1了解熱傳遞、擴散現(xiàn)象、機械能與內(nèi)能的轉(zhuǎn)化等都具有方向性。知道具 有方向性的過程為不可逆的。 2了解熱力學(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 動機不能制造成功的原因。 3能用熱力學(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嘗試運用熱力學(xué)第二定律解決一些實際問題。,一、熱力學(xué)第二定律的一種表述 1熱傳導(dǎo)的方向性：一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是_。 2克勞修斯表述：德國物理學(xué)家克勞修斯在1850年提出：熱量不能自發(fā)地從_物體傳到_物體。熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述，闡述的是傳熱的_。,不可逆的,低溫,高溫,方向性,自主思考判一判 1

2、(1)一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的。( ) (2)熱量不會從低溫物體傳給高溫物體。( ) (3)由冰箱能自發(fā)地把熱量從低溫物體傳給高溫物體。( ),二、熱力學(xué)第二定律的另一種表述 1熱機 (1)熱機工作的兩個階段：第一個階段是燃燒燃料，把燃料中的_變成工作物質(zhì)的_。第二個階段是工作物質(zhì)對外_，把自己的內(nèi)能變成_。 (2)熱機的效率：熱機輸出的_與燃料產(chǎn)生的_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_，而不產(chǎn)生其他影響。(該表述闡述了機械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性),化學(xué)能,內(nèi)能,做功,機械能,機械功W,熱量Q,完全變成功,3熱力學(xué)第二定律的其他描述 (1)一切

3、宏觀自然過程的進行都具有_。 (2)氣體向真空的自由膨脹是_的。 (3)第二類永動機是不可能制成的。 4第二類永動機 (1)定義：只從單一熱庫吸收熱量，使之完全變?yōu)楣Χ灰鹌渌兓臒釞C。,方向性,不可逆,(2)第二類永動機不可能制成的原因：雖然第二類永動機不違反_，但大量的事實證明，在任何情況下，熱機都不可能只有一個熱庫，熱機要不斷地把吸取的熱量變?yōu)橛杏玫墓?，就不可避免地將一部分熱量傳給低溫?zé)釒臁?自主思考判一判 2(1)可以從單一熱庫吸收熱量，使之完全變?yōu)楣Α? ) (2)第二類永動機違背了能量守恒定律。( ) (3)第二類永動機違背了熱力學(xué)第二定律。( ),能量守恒定律,制冷機是使熱量

4、從低溫物體傳到高溫物體的裝置，通過制冷機的工作可以使一定空間內(nèi)的物體溫度低于環(huán)境溫度并維持低溫狀態(tài)。夏天，將房間內(nèi)一臺正在工作的電冰箱的門打開，試分析這是否可以降低室內(nèi)的平均溫度？為什么？ 提示不會降低室內(nèi)的平均溫度。若將一臺正在工作的電冰箱的門打開，盡管可以不斷向室內(nèi)釋放冷氣，但同時冰箱的箱體向室內(nèi)散熱，就整個房間來說，由于外界通過導(dǎo)線不斷有能量輸入，室內(nèi)的平均溫度會不斷升高。,考點一熱力學(xué)第二定律 1對熱力學(xué)第二定律的理解 在熱力學(xué)第二定律的表述中，正確地理解“自發(fā)地”“不產(chǎn)生其他影響”的確切含義是理解熱力學(xué)第二定律的關(guān)鍵所在。 (1)“自發(fā)地”過程就是不受外來干擾進行的自然過程，如重物下

5、落、植物的開花結(jié)果等都是自然界客觀存在的一些過程，它不受外界干擾。在熱傳遞過程中，熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳向低溫物體，卻不能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體。,要將熱量從低溫物體傳向高溫物體，必須有“對外界的影響或有外界的幫助”，就是要有外界對其做功才能完成。電冰箱就是一例，它是靠電流做功的幫助把熱量從低溫處“搬”到高溫處的。 (2)“不產(chǎn)生其他影響”的含義是發(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。 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，進而使人們認識到自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具

6、有方向性。,3對熱力學(xué)第二定律的兩種表述等價性的證明 兩種表述是等價的，即一個說法是正確的，另一個說法也必然是正確的；如一個說法是錯誤的，另一個說法必然是不成立的。下面給出證明： 設(shè)表述(1)不成立，低溫?zé)釒霻2可以自發(fā)地向高溫?zé)釒霻1傳遞熱量Q2，如圖1041所示。那么，我們可在高溫?zé)釒霻1和低溫?zé)釒霻2之間設(shè)置一熱機，使它從高溫?zé)釒煳諢崃縌1，對外做功W，并把熱量Q2傳遞給低溫?zé)釒?。?dāng)這一過程完成之時，低溫?zé)釒煊捎谖鼰岷头艧嵯嗟?，沒有引起其他變化。,高溫?zé)釒旆懦鰺崃縌1大于吸收熱量Q2，熱機對外做功WQ1Q2，相當(dāng)于高溫?zé)釒旆懦龅臒崃咳坑脕韺ν庾龉Γ覜]有引起其他變化，也就是說單一熱庫

7、所放出的熱量全部用來做功。這顯然是違反表述(2)的，即凡違反表達(1)的說法，必然違反表述(2)。反之，也可以證明，凡違反表述(2)的，也必然違反表述(1)。,圖1041,例1 隨著世界經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源短缺問題日顯突出。近期油價不斷攀升，已對各國人民的日常生活造成了各種影響，如排長隊等待加油的情景已經(jīng)多次在世界各地發(fā)生。能源成為困擾世界經(jīng)濟發(fā)展的重大難題之一。下列有關(guān)能量轉(zhuǎn)化的說法中正確的是 A不可能從單一熱庫吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他的變化 B只要對內(nèi)燃機不斷改進，就可以把內(nèi)燃機得到的全部內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能 C滿足能量守恒定律的物理過程都能自發(fā)地進行 D外界對物體做功，物體的

8、內(nèi)能必然增加,【審題指導(dǎo)】解答此題時應(yīng)注意以下三點： (1)注意熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述及開爾文表述的完整性，不能斷章取義。 (2)熱力學(xué)第一定律與熱力學(xué)第二定律的區(qū)別與聯(lián)系。 (3)內(nèi)能改變的兩種方式。,【解析】由熱力學(xué)第二定律的開爾文表述可知A對；熱機效率總低于100%，B錯；滿足能量守恒的物理過程未必能自發(fā)進行，任何過程一定滿足熱力學(xué)第二定律，C錯；由熱力學(xué)第一定律UWQ可知，W0，U不一定大于0，即內(nèi)能不一定增加，D錯。 【答案】A,名師點撥 熱力學(xué)第二定律的理解 (1)理解熱力學(xué)第二定律的實質(zhì)，即自然界中進行的所有涉及熱現(xiàn)象的宏觀自然過程都具有方向性。 (2)理解的關(guān)鍵在于“自發(fā)

9、”和“不產(chǎn)生其他影響”。,1對熱力學(xué)第二定律的理解，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第二類永動機不可能制成，是因為違反了能量守恒定律 D不可能從單一熱庫吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化,解析根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熱量不能自發(fā)地由低溫物體傳遞到高溫物體，但在一定條件下，熱量可以由低溫物體傳遞到高溫物體，例如電冰箱的工作過程，故選項A錯誤；根據(jù)熱力學(xué)第一定律，物體內(nèi)能的變化取決于吸收或放出的熱量和做功的正負兩個因素，所以選項B錯誤；第二類永動機不違反能量守恒定律，而違反了熱力學(xué)第二定律，選項C錯誤；選項D是熱力學(xué)第二定律的表述

10、形式之一，是正確的。 答案D,2(多選)下列關(guān)于熱傳導(dǎo)的說法中，正確的是 A熱量只能從高溫物體流向低溫物體，而不能從低溫物體流向高溫物體 B熱量可以從低溫物體傳遞給高溫物體 C熱量可以有條件地從低溫物體傳遞給高溫物體，只要低溫物體內(nèi)能足夠大 D熱量可以有條件地從低溫物體流向高溫物體，條件是外界必須做功,解析克勞修斯表述并沒有排除熱量由低溫物體流向高溫物體A錯；說法B比較籠統(tǒng)，但并無錯誤；說法C對條件的解釋有錯誤，熱量的流向與物體內(nèi)能無直接關(guān)系，C錯。說法D正確。 答案BD,考點二第二類永動機 1熱機 (1)熱機：熱機是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機械能的一種裝置。 如蒸汽機把水蒸氣的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能；內(nèi)燃機是

11、把燃燒后的高溫高壓氣體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能。 (2)熱機的工作原理。 工作物質(zhì)從熱庫吸收熱量Q1，推動活塞做功W，然后排出廢氣，同時把熱量Q2散發(fā)到冷凝器或大氣中。 根據(jù)能量守恒有Q1WQ2。,因熱機工作時，總要向冷凝器散熱，不可避免地要釋放一部分熱量Q2，所以總有Q1W。 熱機的效率不可能達到100%，即使是理想熱機，沒有摩擦，也沒有漏氣等能量損失，它也不可能把吸收的熱量百分之百地轉(zhuǎn)化為機械能，總要有一部分熱量散發(fā)到冷凝器或大氣中。 2第二類永動機 (1)第二類永動機。 只從單一熱庫吸收熱量，使之完全變?yōu)橛杏玫墓Χ灰鹌渌兓臒釞C。 (2)第二類永動機不可能制成。,這類機器雖然不違背能量守

12、恒定律，但因為機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程是有方向性的，熱機工作時從高溫?zé)釒煳盏臒崃縌，只有一部分用來做功W，轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，另一部分熱量要排放給低溫?zé)釒?。也就是說，熱機在工作過程中必然排出部分熱量 ，熱機用于做機械功的熱量僅是它從高溫?zé)釒煳諢崃康囊徊糠?，絕不會是全部，所以第二類永動機是不可能制成的。從上面的分析可知，即使沒有任何漏氣、摩擦、不必要的散熱等損失，也總有WQ，所以熱機的效率總達不到100%，汽車發(fā)動機的效率一般在20%30%，燃氣輪機的效率較高，可達60%左右。 (3)熱力學(xué)第二定律還可表述為第二類永動機不可能制成。,3兩類永動機的比較,例2 (多選)關(guān)于第二類永動機，下列說法正確的

13、是 A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的叫作第二類永動機 B第二類永動機違反了能量守恒定律，所以不可能制成 C第二類永動機不可能制成，說明機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不可能全部轉(zhuǎn)化為機械能 D第二類永動機不可能制成，說明機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不可能全部轉(zhuǎn)化為機械能，同時不引起其他變化,【解析】根據(jù)第二類永動機的定義可知選項A正確。第二類永動機不違反能量守恒定律，但是違反熱力學(xué)第二定律，所以選項B錯誤。機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能在引起其他變化時可能全部轉(zhuǎn)化為機械能，選項C錯誤，選項D正確。 【答案】AD,名師點撥 雖然第二

14、類永動機不違反能量守恒定律，但大量的事實證明，在任何情況下，熱機都不可能只有一個熱源，熱機要不斷地把吸取的熱量變?yōu)橛杏玫墓?，就不可避免地將一部分熱量傳給低溫?zé)嵩?。所以第二類永動機不可能制成，因為它違背了熱力學(xué)第二定律。,3下列說法正確的是 A第二類永動機違背了能量守恒定律 B第二類永動機違背了熱力學(xué)第二定律 C根據(jù)能量守恒定律，經(jīng)過不斷的技術(shù)改造，熱機的效率有可能達到100% D電冰箱和空調(diào)機工作時，熱量從低溫?zé)嵩磦鞯礁邷責(zé)嵩?，違背了熱力學(xué)第二定律,解析第二類永動機沒有違背能量守恒定律，但違背了熱力學(xué)第二定律，A錯誤，B正確；熱機的效率永遠小于100%，因為要向低溫?zé)嵩瓷?，C錯誤；電冰箱和空調(diào)機工作時