《熱力學(xué)第二定律》(新人教版選修3-3)(課堂PPT)課件

1、高中物理新人教版選修- 系列課件110.4熱力學(xué)第二定律第十章熱力學(xué)定律 2教學(xué)目標(biāo) 知識與技能1.了解熱傳遞過程的方向性。2.知道熱力學(xué)第二定律的兩種不同的表述，以及這兩種表述的物理實質(zhì)。3.知道什么是第二類永動機，為什么第二類永動機不可能制成。過程與方法1熱力學(xué)第二定律的表述方式與其他物理定律的表述方式有一個顯著不同，它是用否定語句表述的。2熱力學(xué)第二定律的表述不只一種，對任何一類宏觀自然過程進行方向的說明，都可以作為熱力學(xué)第二定律的表述，學(xué)習(xí)本節(jié)時注意這一方法。3情感、態(tài)度與價值觀通過學(xué)習(xí)熱力學(xué)第二定律，可以使學(xué)生明白熱機的效率不會達到100%，我們只能想辦法盡量提高熱機的效率，但不能渴

2、求達到100%。自然界發(fā)生的一切過程中的能量都是守恒的，但不違背能量守恒定律的宏觀過程并都能發(fā)生?！局攸c、難點分析】：重點：熱力學(xué)第二定律兩種常見的表述。 難點：1.熱力學(xué)第二定律的開爾文表述。2.自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性。【課時安排】： 1課時 【教具準(zhǔn)備】：教師：多媒體課件，一個電冰箱模型，一盆涼水，準(zhǔn)備一個酒精燈和一個鐵塊，鐵鉗。學(xué)生：課前預(yù)習(xí)課文，在家觀察自家的電冰箱。4問題提出： 我們在初中學(xué)過，當(dāng)物體溫度升高時，就要吸收熱量；當(dāng)物體溫度降低時，就要放出熱量。而且熱量公式Q = cmt，這里有一個有趣的問題：地球上有大量的海水,它的總質(zhì)量約為1.41018 t

3、, 如果這些海水的溫度降低0.1oC,將要放出多少焦耳的熱量?海水的比熱容為C=4.2103J/(kg)放出5.81023J的熱量，這相當(dāng)于1800萬個核電站一年的發(fā)電量 5熱量從溫度高的物體自發(fā)地傳給溫度低的物體“自發(fā)地”，指的是沒有任何外界的影響或幫助。 有沒有可能發(fā)生這樣地現(xiàn)象，熱量自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體，使低溫物體的溫度越來越低，高溫物體的溫度越來越高。6電冰箱內(nèi)部的溫度比外部低，為什么致冷系統(tǒng)還能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳給外界的空氣？這是因為電冰箱消耗了電能，對致冷系統(tǒng)做了功。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，使其溫度

4、逐漸升高。 某種變化有自動發(fā)生的趨勢，一旦發(fā)生就無需借助外力，可以自動進行，這種變化稱為自發(fā)變化。 自發(fā)變化的共同特征不可逆性 任何自發(fā)變化的逆過程是不能自動進行的。78貯藏的食品大氣電冰箱制冷系統(tǒng)熱量熱量電源做功9 熱量卻不能自發(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，必須有外界的影響和幫助，就是要有外界對其做功才能完成熱傳導(dǎo)的方向性：兩個溫度不同的物體相互接觸時，熱量會自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體；要實現(xiàn)相反過程，必須借助外界的幫助，因而產(chǎn)生其他影響或引起其他變化。10結(jié)論:熱力學(xué)第二定律的一種表述:熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。這是熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述。

5、熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述實質(zhì)上就是：熱傳遞過程是不可逆的。（按照熱傳遞的方向性來表述的）11 一個在水平地面上的物體，由于克服摩擦力做功，最后要停下來。在這個過程中，物體的動能轉(zhuǎn)化成為內(nèi)能，使物體和地面的溫度升高。12？降溫 我們能不能看到這樣的現(xiàn)象：一個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)化為動能，使這個物體運動起來13思考討論下列問題：1.前面我們學(xué)習(xí)了第一類永動機，不能制成的原因是什么？（違背了能量守恒）2.熱機是一種把什么能轉(zhuǎn)化成什么能的裝置？(熱機是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機械能的裝置)3.熱機的效率能否達到100%？(熱機的效率不能達到100%)14以內(nèi)燃機為例，氣缸中

6、的氣體得到燃燒時產(chǎn)生的熱量為Q1，推動活塞做工W，然后排出廢氣，同時把熱量Q2散發(fā)到大氣中，由能量守恒定律可知：Q1 = W + Q2我們把熱機做的功W和它從熱源吸收的熱量Q1的比值叫做熱機的效率，用表示=W / Q115實際上熱機不能把得到的全部內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能，熱機必須有熱源和冷凝器，熱機工作時，總要向冷凝器散熱，不可避免的要由工作物質(zhì)帶走一部分熱量Q2，所以有：Q1W因此，熱機的效率不可能達到100%，汽車上的汽油機械效率只有20%30%，蒸汽輪機的效率比較高，也只能達到60%，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的轉(zhuǎn)化成機械能，總要有一部分散發(fā)

7、到冷凝器中。熱轉(zhuǎn)換為功的過程也是不可逆的，具有方向性。16機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性 機械能可以全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，但內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化成機械能，同時不引起其他變化。 不可能從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功,而不產(chǎn)生其他影響。熱力學(xué)第二定律的開爾文表述（機械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化具有方向性）17第二類永動機：人們把想象中能夠從單一熱源吸收熱量，全部用來做功而不引起其他變化的熱機叫做第二類永動機。第二類永動機不可能制成18定律的兩種表述熱力學(xué)第二定律的兩種表述克勞修斯表述： 不可能將熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其它變化（即熱量不會自動地從低溫物體傳到高溫物體）。開爾文表述： 不可能從單一熱源吸取

8、熱量并使它完全變?yōu)橛杏玫墓Χ灰鹌渌兓?第二類永動機是不可能制成的)19兩種表述是等價的 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)第二定律熱力學(xué)第二定律的意義 1）提示了有大量分子參與的宏觀過程的方向性，是獨立于熱力學(xué)第一定律的一個重要自然規(guī)律 2）對生活實踐的指導(dǎo)作用20 熱力學(xué)第二定律揭示了有大量分子參與的宏觀過程的方向性。（自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性）。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。違背熱力學(xué)第一定律的過程都不可能發(fā)生。不違背熱力學(xué)第一定律的過程不一定都可以發(fā)生。自然過程是按一定方向進行的。2

9、1熱學(xué)過程的方向性（實例）1、熱傳導(dǎo)的方向性2、擴散現(xiàn)象有方向性ABAB “氣體向真空中絕熱自由膨脹的過程是不可逆的”22熱學(xué)過程的方向性（實例）1、熱傳導(dǎo)的方向性2、擴散現(xiàn)象有方向性3、能量轉(zhuǎn)化有方向性功 熱：可自動進行(如摩擦生熱、焦耳實驗) 熱 功：不可自動進行(焦耳實驗中，不可能水溫自動降低推動葉片而使重物升高) 水葉片焦耳實驗 23 它們都不可能制成，第一類永動機的設(shè)想違反了能量守恒定律；第二類永動機的設(shè)想雖不違反能量守恒定律，但違背了跟熱現(xiàn)象相聯(lián)系的宏觀過程具有方向性的自然規(guī)律。第一類永動機和第二類永動機比較24熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律 熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律是構(gòu)成熱

10、力學(xué)知識的理論基礎(chǔ)，前者對自然過程沒有任何限制，只指出在任何熱力學(xué)過程中能量不會有任何增加或損失，反映的是物體內(nèi)能的變化與熱量、做功的定量關(guān)系；后者則是解決哪些過程可以自發(fā)地發(fā)生，哪些過程必須借助于外界條件才能進行。25例題分析：例1根據(jù)熱力學(xué)第二定律，下列判斷正確的是A. 電流的能不可能全部變?yōu)閮?nèi)能B在火力發(fā)電機中，燃氣的內(nèi)能不可能全部變?yōu)殡娔蹸熱機中，燃氣內(nèi)能不可能全部變?yōu)闄C械能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度物體解析根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性，電流的能可全部變?yōu)閮?nèi)能(由電流熱效應(yīng)中的焦耳定律可知)，而內(nèi)能不可能全部變成電流的能機械能可

11、全部變?yōu)閮?nèi)能，而內(nèi)能不可能全部變成機械能，在熱傳導(dǎo)中，熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體，而不能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體，所以選項B、C、D正確26例2.如圖所示文藝復(fù)興時期意大利的達芬奇造了一個永動機裝置。他設(shè)計時認為，右邊的重球比左邊的重球離輪心更遠些，在兩邊不均衡的作用下會使輪子沿箭頭方向轉(zhuǎn)動不息 ( )A這是第一類永動機B這是第二類永動機C它不可能成功，因為違反能的轉(zhuǎn)化及守恒定律D它不可能成功，因為違反熱力學(xué)第二定律AC27例3.下列說法正確的是 ( ) A在自然條件下，熱傳遞的過程是不可逆的 B熱量不可能由高溫物體傳遞給低溫物體C氣體的擴散過程具有方向性 D一切形式能量轉(zhuǎn)化

12、都不具有方向性AC28例4.下列說法中可行的是 ( ) 將地球上所有海水的溫度降低0.1，以放出大量內(nèi)能供人類使用 制造一種機器，把物體與地面摩擦所產(chǎn)生的熱量全部收集起來再全部加以使用 建造一只可以從海洋中提取熱量的船，把熱量轉(zhuǎn)化為機械能，驅(qū)動螺旋槳旋轉(zhuǎn) 制造一種效率為100的熱機A.可行 B可行 C可行 D都不可行D29例5.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，而不引起其它變化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，而不引起其它的變化的熱機是可實現(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

13、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AD30例6.關(guān)于第二類永動機，下列說法中正確的是 ( ) A它既不違反熱力學(xué)第一定律，也不違反熱力學(xué)第二定律B它既違反了熱力學(xué)第一定律，也違反了熱力學(xué)第二定律C它不違反熱力學(xué)第一定律，只違反熱力學(xué)第二定律D它只違反熱力學(xué)第一定律，不違反熱力學(xué)第二定律C31例7.根據(jù)熱力學(xué)定律和分子動理論，可知下列說法中正確的是（ ）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，將海水的一部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能，這在原理上是可行的C分子間的作用力總是隨分子間的距離增大而減小D溫度升