2020-2021學(xué)年新教材高中物理第三章熱力學(xué)定律4熱力學(xué)第二定律學(xué)案新人教版選擇性必修32021

1、熱學(xué)二律必備知識(shí)素養(yǎng)奠基一、熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述熱傳的向:切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過(guò)程都不可的熱力第定的勞修表:國(guó)物理學(xué)家克勞修斯在 1850 年出熱不能自發(fā)地從 低物體傳高物體。力學(xué)第二定律的克勞修斯表,闡述的是傳熱的方性二、熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文表述熱機(jī)(1)熱機(jī)工作的兩個(gè)階段:第一個(gè)段是燃燒燃料把燃料中化學(xué)能成工作物質(zhì)內(nèi)能第 二個(gè)階段是工作物質(zhì)對(duì)外做功把己的內(nèi)能變機(jī)能(2)熱機(jī)用于做功的熱量一小于從高溫?zé)釒?kù)吸收的熱量。開(kāi)爾表 :不可從單一熱庫(kù)吸收熱量使之完全變功,而產(chǎn)生其他影響。 (該述闡 述了機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向)關(guān)鍵能力素養(yǎng)形成一 熱學(xué)第二定律的應(yīng)用單一庫(kù):指溫度均勻并且恒

2、定不變的系統(tǒng)。若一系統(tǒng)各部分溫不相同或者溫度不穩(wěn)定則成機(jī)器的工作物質(zhì)可以在不同溫度的兩部分之間工,從而可以對(duì)外做功。據(jù)報(bào)道有些國(guó)家已在研究利用海水上下溫度不同來(lái)發(fā)電。其他響:(1)除了從單一熱庫(kù)吸收的熱量以及所做的功以外的其他一切影響。(2)除了從低溫物體吸收熱量、高溫物體得到熱量,他一切影響和變化。關(guān)于不能: 際上熱機(jī)或制冷機(jī)系統(tǒng)循環(huán)終了時(shí) ,除從單一熱庫(kù)吸收熱量對(duì)外做功 ,以及熱量從低溫?zé)釒?kù)傳到高溫?zé)釒?kù)以外 ,過(guò)程產(chǎn)生的其他一切影響 ,不論任何曲折復(fù)雜的 辦法都不可能加以消除。適用件只能用于由很大數(shù)目分子所構(gòu)成的系統(tǒng)及有限范圍內(nèi)的宏觀過(guò)程 ,而不適用于 少量的微觀體系,也不能把它擴(kuò)到無(wú)限的

3、宇宙。- 1 -【思考討論】如圖是熱量在傳遞過(guò)程中的情景。討論:(1)在自然過(guò)程中熱量是如何傳遞?提示:熱量由溫度高的物體傳遞溫度低的物,由溫度高的地方傳遞到溫度低的地方。 (2)空調(diào)和冰箱是如何傳遞熱量?提示 :空和冰箱可以通過(guò)電機(jī)功 ,把熱從溫度比較低的房間內(nèi)或冰箱內(nèi)傳遞到房間外或 冰箱外?！镜淅痉丁?多選下列關(guān)于宏觀物體的熱現(xiàn)的說(shuō)法中正確的( )A.一切涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都有方向性B.一切不違背能量守恒定律的物過(guò)程都是可能實(shí)現(xiàn)的C.由熱力學(xué)第二定律可以判斷物過(guò)程能否自發(fā)進(jìn)行D.一切物理過(guò)程都不可能自發(fā)地行E.功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬膶?shí)際宏觀過(guò)程是可逆的【解析】選 A、E。熱力學(xué)第定律是反映宏觀自

4、然過(guò)程的方向性的定,熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體 ,但以自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體 ;并不是所有符合能量守恒定律的宏觀過(guò)程都能實(shí)現(xiàn),故 A、C 正確B、D 錯(cuò)誤一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程都是不可逆 的故 E 正確?！菊`區(qū)警示對(duì)熱力學(xué)第二定律理解的兩個(gè)誤區(qū)(1)誤認(rèn)為熱量只能由高溫物體傳到低溫物,不能由低溫物體傳到高溫物體。熱量可以由高溫物體傳到低溫物體 ,也可由低溫物體傳到高溫物體 ; 但 ,前者可以自發(fā)完 成而者則必須有外界參與。(2)誤認(rèn)為機(jī)械能可以完全轉(zhuǎn)化為內(nèi),而內(nèi)能不能完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。機(jī)械能可以完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 ,內(nèi)能可以完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 ;但是前者以不產(chǎn)生其他影響 , 而后

5、者一定會(huì)產(chǎn)生其他影響。- 2 -【素養(yǎng)訓(xùn)練】(多選用兩種不同材料的金屬絲成一個(gè)回,接觸點(diǎn) 插在水,接點(diǎn) 2 插冷水中如圖所示電計(jì)指針會(huì)發(fā)生偏,就是溫差發(fā)電現(xiàn)象。關(guān)于這一現(xiàn)象的正確說(shuō)法( )A.這一實(shí)驗(yàn)不違背熱力學(xué)第二定B.在實(shí)驗(yàn)過(guò)程,熱水溫度降,水溫度升高C.在實(shí)驗(yàn)過(guò)程,熱水的內(nèi)能全轉(zhuǎn)化成電電能則部分轉(zhuǎn)化成冷水的內(nèi)能D.在實(shí)驗(yàn)過(guò)程,熱水的內(nèi)能只部分轉(zhuǎn)化成電,能則全部轉(zhuǎn)化成冷水的內(nèi)能【解析選 A。然界中的任自然現(xiàn)象或過(guò)程都不違反熱力學(xué)定,本實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象也不違反熱力學(xué)第二定律,A 正確;整個(gè)過(guò)中能量守恒且傳熱有方向,B 正確在驗(yàn)過(guò)程中,熱水中的內(nèi)能除轉(zhuǎn)化為電能外 ,還升了金屬絲的溫度 內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化

6、為電能 ; 電除轉(zhuǎn)化為冷 水的內(nèi)能外還高了金屬絲的溫,能不能全部轉(zhuǎn)化為冷水的內(nèi),C、D 錯(cuò)誤?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】(多選下列現(xiàn)象不可能發(fā)生的( )A.在一與外界絕熱的房間,將臺(tái)正在工作的電冰箱的門(mén)打,能該房間降溫B.蒸汽機(jī)把蒸汽的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化機(jī)械能C.一個(gè)在粗糙的水平地面上運(yùn)動(dòng)物體最終要停下,物體的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能D.在熱傳導(dǎo)中熱量可以自發(fā)地高溫物體傳向低溫物體【解析選 A。一與外界絕的房間,一臺(tái)正在工作的電冰箱的門(mén)打開(kāi),消耗了電能,產(chǎn)生了焦耳,所以房間溫度不僅不能降低還會(huì)升故 不可發(fā);蒸汽機(jī)把蒸汽的內(nèi)能不可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械,轉(zhuǎn)化過(guò)程中必然存在能量耗,故 B 不能發(fā)生一個(gè)在粗糙的水平地面上運(yùn)動(dòng)的物體

7、最終要停下來(lái) ,物體的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 ,C 可發(fā)生 ;在傳導(dǎo)中,熱量可 以自發(fā)地從高溫物體傳向低溫物,D 可能生。二 熱和第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)熱機(jī)特:- 3 -(1)熱機(jī)不僅僅只有一個(gè)熱庫(kù)。(2)熱機(jī)的效率不可能達(dá)到 100%第二永機(jī)能成的因違了熱力學(xué)第二定不違反能量守恒定)。第二永機(jī)能成的義(1)機(jī)械能可全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能,但能不能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。(2)機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過(guò)程具有方向性。(3)兩類(lèi)永動(dòng)機(jī)的比較。第一類(lèi)永動(dòng)機(jī) :不消耗任何能量,以不斷做功 (只給予很小的能量啟動(dòng)后 ,可永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下 去。第二類(lèi)永動(dòng)機(jī) :將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化機(jī)械能 而不起其他變化 (或只有一個(gè)熱源 ,實(shí)現(xiàn)內(nèi)能與機(jī) 械能的轉(zhuǎn)化。

8、【思考討論】如圖所示是制冷機(jī)和熱機(jī)的工作過(guò)程示意,在圖片基礎(chǔ)上思考以下問(wèn)題:討論:(1)制冷機(jī)工作時(shí)熱量是自發(fā)地從低溫?zé)釒?kù)傳到高溫?zé)釒?kù)?(2)熱機(jī)工作時(shí)是否將從高溫?zé)釒?kù)吸收的熱量全部用來(lái)做?提示:(1)不。熱量從低溫?zé)釒?kù)傳到高溫?zé)釒?kù)時(shí)需要有外界做功。(2)否。熱機(jī)工作時(shí)只將從高溫?zé)釒?kù)吸收熱量的一部分用來(lái)做,剩的釋放到低溫?zé)釒?kù)。 【典例示范】在熱學(xué)中下列說(shuō)法正確的是 ( )A.第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可制成是由于違背了能量守恒定律B.第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可制成是由于違背了能量守恒定律C.熱力學(xué)第二定律告訴我們機(jī)械可以轉(zhuǎn)化為內(nèi)能而內(nèi)能不能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能D.熱量只能從高溫物體傳向低溫,而不能從低溫物體傳向高溫物體-

9、4 -【解析】選 A。不消耗能量而不對(duì)外做功的第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)是不可能制成,因?yàn)樗`背了能量守恒定律故 A 正確從一熱庫(kù)吸收熱量而對(duì)外做功的第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不違反能量守恒定,但違反了熱力學(xué)第二定律,故 B 錯(cuò);熱力學(xué)第二定律告訴我們機(jī)械能可以轉(zhuǎn)化為內(nèi),而內(nèi)能在“一定的條件下”也能轉(zhuǎn)化為機(jī)械故 誤;量能從高溫物體傳向低溫物,在“一定 的條件下”也能從低溫物體傳向高溫物體。故 誤?！舅仞B(yǎng)訓(xùn)練】1.(多選關(guān)于第二類(lèi)永動(dòng),下說(shuō)法正確的( A.沒(méi)冷凝器 ,只單一的熱源 ,將從單一熱源吸收的熱量全部用來(lái)做功 ,而引起其他變 化的熱機(jī)叫作第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)B.第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)違反了能量守恒,所以不可能制成C.第類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能

10、制成 ,說(shuō)明械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 內(nèi)能不可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械 能D.第類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成 ,說(shuō)明械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 內(nèi)能不可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械 能同不引起其他變化【解析】選 A、D。據(jù)第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)的定義可知 正第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不違反能量守恒定,而是違反熱力學(xué)第二定律,所以 B 錯(cuò)誤。機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi),內(nèi)在引起其他變化時(shí) 可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械, 錯(cuò), 正確2.下列有關(guān)熱學(xué)知識(shí)的論述正確( )A.兩溫度不同的物體相互接觸 ,熱量既能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體 ,也可以自發(fā)地 從低溫物體傳給高溫物體B.無(wú)論用什么方式都不可能使能從低溫物體向高溫物體傳遞C.第類(lèi)永動(dòng)機(jī)違背能的轉(zhuǎn)化和恒定律 ,第二類(lèi)

11、永動(dòng)機(jī)不違背能的轉(zhuǎn)化和守恒定律 ,隨著科 技的進(jìn)步和發(fā)展,第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)以制造出來(lái)D.溫度是物體分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)的標(biāo)志【解析選 D兩溫度不同的體相互接觸,熱量能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物,但不能自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物故 誤在外界的影響,能使能量從低溫物體向高溫物 體傳遞空、冰箱就是這個(gè)原,故 誤第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)違背能的轉(zhuǎn)化和守恒定不能制造出,第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不違背能的轉(zhuǎn)化和守恒定,但違反了物理過(guò)程的方向,同樣不能制造成故 錯(cuò);溫度是物體分子熱運(yùn)動(dòng)激烈程度的反映 , 是物體分熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志 溫越高 ,分子運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能越- 5 -大故 D 正確?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】1.第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可以制,是為 )A.違

12、背了能量守恒定律B.熱量總是從高溫物體傳遞到低物體C.機(jī)械能不能全部轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能D.內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械,時(shí)不引起其他變化【解析】選 D。第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)設(shè)雖然符合能量守恒定,但是違背了能量轉(zhuǎn)化中有些過(guò)程是 不可逆的規(guī),所以不可能制成。2.(多)如所示為電冰箱的工作原理示意圖 ,壓縮工作時(shí),強(qiáng)迫冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán)。在蒸發(fā)器中制冷劑汽化吸收箱體內(nèi)的熱量 ,經(jīng)冷凝器時(shí)制冷劑液化 ,放出熱量 到箱體外。下列說(shuō)法正確的是( )A.熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到箱外B.電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地冰箱內(nèi)的熱量傳到外,因?yàn)槠湎牧穗娔蹸.電冰箱的工作原理不違反熱力第一定律D.電冰箱的工作原理違反熱力學(xué)一

13、定律【解析】選 B。據(jù)熱力學(xué)第二定熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物,必須借助于其他系統(tǒng)做功,A 錯(cuò)誤,B 正;力學(xué)第一定律是熱現(xiàn)象中內(nèi)能與其他形式能的轉(zhuǎn)化規(guī),是 能量守恒定律的具體表現(xiàn),適用所有的熱現(xiàn)象故 C 正確D 錯(cuò)誤?！就卣估}考查內(nèi):熱力學(xué)律的綜合應(yīng)用【典例】一種暖兩用型空調(diào)銘牌標(biāo)注輸入功率 1 kW,制冷能力 1.210 kJ/h,制能力1.310 kJ/h。這樣該空調(diào)在制熱時(shí)每消耗 J 電將放出 J 的熱。標(biāo)注是否錯(cuò)誤?【解析空調(diào)制冷、制熱是靠壓縮機(jī)做,過(guò)內(nèi)部的制冷劑將熱量從溫度低的地方向溫度高的地方傳遞。在制熱,室內(nèi)溫度室外溫度,熱量不會(huì)自發(fā)地從室外向室內(nèi)傳遞。要實(shí)現(xiàn)- 6 -

14、這一過(guò)程就會(huì)引起其他的變化 ,這里的其他變化正是通過(guò)壓縮機(jī)做功消耗電能的過(guò)程 ,題中放出 3 J 的熱是指將 3 J 的能從室外傳遞到室需消耗 1 J 的能。整個(gè)過(guò)程既不違背熱力學(xué)第一定律的能量守,又合熱力學(xué)第二定律的方向性。因此標(biāo)注沒(méi)有錯(cuò)誤。 答案:見(jiàn)解析課堂檢測(cè)素養(yǎng)達(dá)標(biāo)1.(多選關(guān)于熱機(jī)的效率下說(shuō)法正確的( A.有可能達(dá)到 80% B.可能達(dá)到 100%C.有可能超過(guò) 80% D.定能達(dá)到 100%【解析選 A。根據(jù)熱力學(xué)第二定,機(jī)效率永遠(yuǎn)也達(dá)不到 。2.關(guān)于能源和能,下列說(shuō)法正確的( )A.自然界的能量是守恒,所以球上的能源永不枯竭B.能源的利用過(guò)程中有能量耗散,以自然界的能量在不斷減少

15、C.能量耗散遵循能量守恒定律D.人類(lèi)在不斷地開(kāi)發(fā)和利用新能所以能量可以被創(chuàng)造【解析選 C自界中的能量守恒但地球上的化石能源的存儲(chǔ)量是有限,如果過(guò)量開(kāi)采這些能源就存在能源危, A 錯(cuò)誤能源的利用過(guò)程中有能量耗,但自然界中的能量是守恒的所以自然界中的能量會(huì)減故 B 誤C 正確能量既不會(huì)憑空產(chǎn),也不會(huì)憑空消失,它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為他形或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物,故 D 錯(cuò)。3.如所示 ,汽缸內(nèi)盛有一定量理想氣體 ,缸壁是導(dǎo)熱的 缸外境保持恒溫,活與汽缸壁的接觸是光滑,但不漏氣?，F(xiàn)將活塞桿與外界連,其緩慢地向右移動(dòng)這樣氣體將等溫膨脹并通過(guò)桿對(duì)外做功。若已知理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān) , 則下說(shuō)法正確

16、的是 ( )- 7 -A.氣體是從單一熱源吸,全用對(duì)外做,因此此過(guò)程違反熱力學(xué)第二定律B.氣體從單一熱源吸熱,但并未用來(lái)對(duì)外做,所以此過(guò)程不違反熱力學(xué)第二定律C.氣體是從單一熱源吸,全用對(duì)外做,但此過(guò)程不違反熱力學(xué)第二定律D.A、B 三種說(shuō)法都不對(duì)【解析選 C熱學(xué)第二定律機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過(guò)程的方向性來(lái)描述是不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來(lái)做功而不引起其他變化。本題中如果沒(méi)有外界的幫,比如外力拉動(dòng)活塞桿使活塞向右移動(dòng) ,使氣膨脹對(duì)外做功 , 導(dǎo)致氣體溫度略微降低 是不可能從外界吸收熱量的,即這一過(guò)程雖然是氣體單一熱源吸熱 ,全用來(lái)對(duì)外做功 ,但起了其他變化 所以此 過(guò)程不違反熱力學(xué)第二定律。4.對(duì)于永動(dòng)機(jī)的認(rèn)識(shí),下列說(shuō)法正確的( )A.第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)和第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)違背了能量守恒定所以都不可能制成B.第類(lèi)永動(dòng)機(jī)違背了能量守恒律 ,第二永動(dòng)機(jī)沒(méi)有違背能量守恒定律 , 因 ,隨科學(xué) 技術(shù)的迅猛發(fā)展,第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)可以制成的C.第類(lèi)永動(dòng)機(jī)違反了熱力學(xué)第定律 第二永動(dòng)機(jī)違反了熱力學(xué)第二定律 ,這類(lèi)永動(dòng)機(jī) 都不可能制成D.兩類(lèi)永動(dòng)機(jī)的實(shí)質(zhì)和工作原理相同,都是人們的美好設(shè),是遠(yuǎn)不會(huì)實(shí)現(xiàn)的?！窘馕鲞x C第類(lèi)永動(dòng)機(jī)違了能量的轉(zhuǎn)化與守,可能實(shí)現(xiàn)第類(lèi)永動(dòng)機(jī)不違反能量守恒定律 ,但違反了熱力學(xué)第二律 能在轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過(guò)程中要生熱 , 所要引起其他 變化。這兩類(lèi)永動(dòng)機(jī)都不可能制故