物理（人教版選修33）課件第10章第4節(jié)熱力學第二定律

第十章熱力學定律第四節(jié)熱力學第二定律1．通過自然界中熱傳導(dǎo)方向性的實例，初步了解熱力學第二定律，并能用熱力學第二定律解釋第二類永動機不能制造成功的原因．2．能用熱力學第二定律解釋自然界中的能量變化、轉(zhuǎn)移及方向性問題．3．嘗試運用熱力學第二定律解決一些實際問題．一、熱傳導(dǎo)的方向性1．溫度不同的兩個物體接觸時，熱量會自發(fā)地從_______物體傳給_______物體，但不會自發(fā)地從_______物體傳給_______物體，這說明：熱傳導(dǎo)過程具有_________.2．一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是_________的．3．熱力學第二定律是反映宏觀自然過程的_________的定律．高溫低溫低溫高溫方向性不可逆方向性二、熱力學第二定律的表述1．第一種表述(克勞修斯表述)：熱量不能________從低溫物體傳到高溫物體．2．第二種表述(開爾文表述)：不可能從___________吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響．3．熱力學第二定律的兩種表述是________的．熱力學第二定律也可以表述為：氣體向真空的自由膨脹是________的．自發(fā)地單一熱庫等價不可逆三、熱機和第二類永動機1．熱機(1)熱機工作的兩個階段：第一個階段是__________，把燃料中的________變成工作物質(zhì)的內(nèi)能．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__________.燃燒燃料化學能做功機械能機械功W熱量Q2．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．(2)第二類永動機不可能制成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熱庫．能量守恒定律一、熱力學第二定律的理解1．熱力學第二定律的實質(zhì)熱力學第二定律的每一種描述，都揭示了大量分子參與宏觀過程的方向性，使人們認識到自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性．2．熱力學第二定律理解中的幾個問題(1)單一熱庫：指溫度均勻并且恒定不變的系統(tǒng)．若一系統(tǒng)各部分溫度不相同或者溫度不穩(wěn)定，則構(gòu)成機器的工作物質(zhì)可以在不同溫度的兩部分之間工作，從而可以對外做功．據(jù)報道，有些國家已在研究利用海水上下溫度不同來發(fā)電．(2)其他影響：指除了從單一熱庫吸收的熱量，以及所做的功以外的其他一切影響；或者除了從低溫物體吸收熱量、高溫物體得到相同的熱量外，其他一切影響和變化．不是不能從單一熱庫吸收熱量而對外做功，而是這樣做的結(jié)果，一定伴隨著其他變化或影響．同樣，也不是熱量不能從低溫物體傳到高溫物體，而是指不產(chǎn)生其他影響的自動熱傳遞是不可能的．(3)關(guān)于“不可能”：實際上熱機或制冷機系統(tǒng)循環(huán)終了時，除了從單一熱庫吸收熱量對外做功，以及熱量從低溫熱庫傳到高溫熱庫以外，過程所產(chǎn)生的其他一切影響，不論用任何曲折復(fù)雜的辦法都不可能加以消除．(4)適用條件：只能適用于由很大數(shù)目分子所構(gòu)成的系統(tǒng)及有限范圍內(nèi)的宏觀過程．而不適用于少量的微觀體系，也不能把它擴展到無限的宇宙．二、熱力學第二定律與熱力學第一定律的比較

根據(jù)熱力學第二定律，下列說法正確的是A．熱機中燃氣的內(nèi)能不可能全部變成機械能B．電能不可能全部轉(zhuǎn)變成內(nèi)能C．在火力發(fā)電機中，燃氣的內(nèi)能不可能全部轉(zhuǎn)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

一、熱力學第二定律的理解解析：凡是與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀熱現(xiàn)象都具有方向性．無論采用任何設(shè)備和手段進行能量轉(zhuǎn)化，總是遵循“機械能可全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為機械能”，故A項正確．火力發(fā)電機發(fā)電時，能量轉(zhuǎn)化的過程為內(nèi)能→機械能→電能，因為內(nèi)能→機械能的轉(zhuǎn)化過程中會對外放出熱量，故燃氣的內(nèi)能必然不能全部變?yōu)殡娔?，C項正確．熱量從低溫物體傳遞到高溫物體不能自發(fā)進行，必須借助外界的幫助，結(jié)果會帶來其他影響，這正是熱力學第二定律第一種(克氏)表述的主要思想，故D項正確．由電流熱效應(yīng)中的焦耳定律可知，電能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故B項錯誤．答案：ACD

與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀物理過程具有方向性，是不可逆的，分析問題時要注意哪些過程可以“自發(fā)地”進行，哪些過程不會達到100%的轉(zhuǎn)化而不產(chǎn)生其他影響．1.根據(jù)熱力學第二定律，可知下列說法中正確的有(

)A．熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，但不能從低溫物體傳到高溫物體B．熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，也可能從低溫物體傳到高溫物體C．機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能不可能全部轉(zhuǎn)化為機械能D．機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能也可能全部轉(zhuǎn)化為機械能

解析：根據(jù)熱傳遞的規(guī)律可知熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體；當外界對系統(tǒng)做功時，可以使系統(tǒng)從低溫物體吸取熱量傳到高溫物體上去，致冷機(如冰箱和空調(diào))就是這樣的裝置．但是熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，選項A項錯誤，B項正確．一個運動的物體，克服摩擦阻力做功，最終停止；在這個過程中機械能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．外界條件發(fā)生變化時，內(nèi)能也可以全部轉(zhuǎn)化為機械能，如在等溫膨脹過程中，系統(tǒng)吸收的熱量全部轉(zhuǎn)化為對外界做的功，選項C項錯誤，D項正確．答案：BD關(guān)于永動機和熱力學定律的討論，下列敘述正確的是A．第二類永動機違反能量守恒定律B．如果物體從外界吸收了熱量，則物體的內(nèi)能一定增加C．外界對物體做功，則物體的內(nèi)能一定增加D．做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能，但從能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的觀點來看這兩種改變方式是有區(qū)別的

思路點撥：熱力學第二定律揭示了與熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程的方向性，第二類永動機雖然不違背能量守恒定律，但與熱力學第二定律不相符．二、熱力學第二定律的實際應(yīng)用解析：第二類永動機違反熱力學第二定律，并不違反能量守恒定律，故A項錯．據(jù)熱力學第一定律ΔU＝W＋Q知內(nèi)能的變化由做功W和熱傳遞Q兩個方面共同決定，只知道做功情況或只知道傳熱情況無法確定內(nèi)能的變化情況，故B、C項錯誤．做功和熱傳遞都可改變物體內(nèi)能，但做功是不同形式能的轉(zhuǎn)化，而熱傳遞是同種形式能間的轉(zhuǎn)移，這兩種方式是有區(qū)別的，故D項正確．答案：D

熱力學第一定律說明了內(nèi)能變化的決定因素和計算方法，第二定律說明了熱現(xiàn)象的方向性，要正確理解它們的確切含義．2.關(guān)于兩類永動機和熱力學兩個規(guī)律，下列說法正確的是(

)A．第二類永動機不可能制成是因為違反了熱力學第一定律B．第一類永動機不可能制成是因為違反熱力學第二定律C．由熱力學第一定律可知做功不一定改變內(nèi)能，熱傳遞也不一定改變內(nèi)能，但同時做功和熱傳遞一定會改變內(nèi)能D．由熱力學第二定律可知，熱量從低溫物體傳向高溫物體是可能的，從單一熱源吸收熱量，完全變成功也是可能的

解析：第一類永動機違反熱力學第