（2021新人教版）高中物理选择性必修第三册　3.4 热力学第二定律-学案.docx

1、热力学第二定律热力学第二定律 【学习目标】【学习目标】 一、知识与技能一、知识与技能 1了解热传导过程的方向性。 2了解热力学第二定律的两种不同表述，以及这两种表述的物理实质。 3了解什么是能量耗散，知道能源是有限的。 二二、过程与方法过程与方法 培养学生通过日常生活现象概括物理规律的能力。 三、情感、态度与价值观三、情感、态度与价值观 知道要有效地利用自然界提供的各种能源，必须遵循自然界的规律。 【学习重难点】【学习重难点】 热力学第二定律的两种不同表述，以及两种表述的物理实质。 【学习过程】【学习过程】 一、一、热力学第二定律热力学第二定律 1热力学第二定律的一种表述克劳修斯表述（热传导的

2、方向性） （1）热力学第二定律（概念） ：反映_过程的_的定律。 （2）克劳修斯表述：热量不能自发地从_传到_。 即热传导的过程具有_。 2热力学第二定律的另一种表述开尔文表述（机械能与内能转化的方向性） （1）热机 热机工作的两个阶段 第一个阶段是_，把燃料中的化学能变成工作物质的内能。 第二个阶段是工作物质_，把自己的内能变成机械能。 热机的效率：热机输出的机械功 W 与燃料产生的热量 Q 的比值。用公式表示为 _。 （2）开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他 影响。即机械能与内能转化具有_。 （3）热力学第二定律的其他描述 气体向真空的自由膨胀是_的。 一切

3、宏观自然过程的进行都具有_。 3第二类永动机 定义 只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用功而不引起其他变化的_。 第二类永动机不可能制成 第二类永动机不违背_， 但违背_。 4热力学第一定律和热力学第二定律的关系。 （1）热力学第一定律揭示了_和_对改变物体内 能的规律关系U_，指明内能不但可以转移，而且还能跟其 他形式的能相互转化。热力学第一定律就是_与其他能量发生转化时的能 量守恒定律，是从能的角度揭示不同物质运动形式相互转化的可能性。告诫人们：第一 类永动机不可能制成。热力学第一定律只有一种表述形式。 （2）热力学第二定律的每一种表述都揭示了大量分子参与的宏观过程的 _。如机械能可以全

4、部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能而不引 起其他变化，进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。 告诫人们：第二类永动机不可能制成。热力学第二定律有_表述形式。 （3）两定律的关系：热力学第一定律是和热现象有关的物理过程中能量守恒的表 达形式， 说明功及热量与内能改变的定量关系，而第二定律指出了能量转化与守恒能否 实现的条件和过程进行的方向，指出了一切变化过程的自然发展方向不可逆，除非靠外 界影响。所以二者相互独立，又相互补充。 5两类永动机的比较 分类第一类永动机第二类永动机 设计 要求 _任何能量，可以不断 对外做功（或只给予很小的能量启 动后，可以永远运动下

5、去） 。 将内能全部转化为_， 而不引起其他变化（或只有一个热 库，实现内能与机械能的转化） 。 不可能 的原因 违背了_。违背了_。 判一判 （1）任何物体的内能就是组成该物体的所有分子热运动动能的总和。 （） （2）满足能量守恒定律的物理过程都能自发进行。 （） （3）将海水温度自动下降时释放的内能可以全部转化为机械能。 （） （4）能够制成的热机既不违背能量守恒定律，也不违背热力学第二定律。 （） 提示： （1）（2）（3）（4） 二、能源是有限的二、能源是有限的 根据热力学第二定律，分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它也只不过能使地 球、大气稍稍变暖一点，却再也不能自动聚集起来驱动机

6、器做功了。这样的转化过程叫 作“_” 。 能源的使用过程中虽然能的总量保持守恒，但能量的品质下降了。虽然能量总量不 会减少，但_会逐步减少，因此_是有限的资源。 三、熵与熵增加原理三、熵与熵增加原理 自然界的很多过程是_的。 例如，一个容器被隔板均分为 A、B 两部分，一定量的气体处于容器 A 中，而 B 为真空。抽取隔板 K，A 中的气体就会扩散到 B 中，最后整个容器的 A、B 两部分都均 匀地分布了这种气体。这个过程显然是不可逆的。 1850 年，克劳修斯首次提出熵的概念，熵可用来表达一个系统的无序程度，系统 从有序向无序的发展过程中熵在增加。在物理学中，不与外界进行物质和能量交换的系

7、统叫做孤立系统。 在自发过程中，系统总是自发地向无序方向发展，即一个孤立系统的熵值总是不减 少的，这就是_。 【巩固练习巩固练习】 1下列说法正确的是（） A机械能全部变成内能是不可能的 B第二类永动机不可能制造成功的原因是因为能量既不会凭空产生，也不会凭空 消失，只能从一个物体转移到另一个物体，或从一种形式转化成另一种形式 C根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体 D从单一热源吸收的热量全部变成功是可能的 答案：D 2根据热力学第二定律，下列判断正确的（） A热机中燃气的内能不可能全部变成机械能 B电流的能不可能全部变成内能 C在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变成电能

8、D在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体 答案：ACD 3下列说法正确的是（） A在自然条件下，热传递的过程是不可逆的 B热量不可能由高温物体传递给低温物体 C气体的扩散过程具有方向性 D一切形式能量转化都不具有方向性 答案：AC 4下列说法中可行的是（） 将地球上所有海水的温度降低 0.1，以放出大量内能供人类使用 制造一种机器，把物体与地面摩擦所产生的热量全部收集起来再全部加以使用 建造一只可以从海洋中提取热量的船，把热量转化为机械能，驱动螺旋桨旋转 制造一种效率为 100的热机 A可行B可行C可行D都不可行 答案：D 5根据热力学第二定律，可知下列说法中正确的是（） A不可

9、能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其它变化 B没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而 不引起其它的变化的热机是可实现的 C致冷系统能将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气中而不引起其它变化 D不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化 答案：AD 6根据热力学定律和分子动理论，可知下列说法中正确的是（） A我们可以利用高科技手段，将流散到周围环境中的内能重新收集起来加以利用 而不引起其它变化 B利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转 化为机械能，这在原理上是可行的 C分子间的作用力总是随分子间的距离增大而减小 D温度升高时，物体中每个分子的运动速率都将增大 答案：B 7根据热力学第二定律，可知下列说法中正确的有（） A热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体 B热量能够从高温物体传到低温物体，也可能从低温物体传到高温物体 C机械能可以全部转化为热能，但热能不可能全部转化为机械能 D机械能可以全部转化为热能，热能也可能全部转化为机械能 答案：BD 8下列说法中，正确的是（） A一切形式的能量间的相互转化都具有方向性 B热量不可能由低温物体传给高温物体 C气体的扩散过程具有方向性 D一切形式的能量间的相互转化都不具有可逆性 答案：C