3.3 能量守恒定律 3.4熱力學(xué)第二定律 課件高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第三冊

第三章熱力學(xué)定律

人教版（2019）選修第三冊3.3

能量守恒定律3.4

熱力學(xué)第二定律1．知道人類對能量概念的逐步認(rèn)識過程，理解能量守恒定律，知道能量守恒是自然界普遍遵循的基本規(guī)律。知道第一類永動機(jī)是不可能實(shí)現(xiàn)的。2．通過對自然界中與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程方向性的實(shí)例分析，了解歸納熱力學(xué)第二定律的過程和方法。3．能用熱力學(xué)第二定律解釋常見的不可逆過程，即自然界中的能量轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移以及方向性問題4.了解能量與能源的區(qū)別以及能源的有限性。學(xué)習(xí)目標(biāo)讓“飲水小鴨”“喝”完一口水后，直立起來。直立一會兒，又會慢慢俯下身去，再“喝”一口，然后又會直立起來。如此循環(huán)往復(fù)......

這種“飲水小鴨”玩具是一架永動機(jī)嗎？導(dǎo)入新課1.人類對能量的認(rèn)識

●對應(yīng)于不同的運(yùn)動形式，能的形式也是多種多樣的。●不同形式的能之間可以在一定條件的情況下相互轉(zhuǎn)化。小結(jié)2.能量守恒觀念的形成自主學(xué)習(xí):課本P55了解重要科學(xué)家及其貢獻(xiàn)化學(xué)反應(yīng)放出的熱量與反應(yīng)步驟無關(guān)電流的熱效應(yīng)提出能量守恒的思想概括和總結(jié)

能量守恒定律蓋斯邁爾焦耳亥姆霍茲一、探索能量守恒的足跡自主學(xué)習(xí):課本P542.表達(dá)式E初＝E終或△E增＝△E減1.內(nèi)容

能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，而在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程中，能量的總量保持不變。二、能量守恒定律針對練

如圖所示，氣缸放置在水平地面上，質(zhì)量為m的光滑活塞將氣缸分成甲、乙兩氣室，兩氣室中均充有理想氣體。氣缸、活塞是絕熱的且不漏氣。開始時活塞被銷釘固定，現(xiàn)將銷釘拔掉，活塞最終靜止在距原位置下方h處，設(shè)活塞移動前后甲氣室內(nèi)氣體內(nèi)能的變化量為ΔU，不計(jì)氣體重心改變的影響，下列說法正確的是

（）

A.ΔU<mghB.甲氣室內(nèi)氣體溫度升高，乙氣室內(nèi)氣體溫度降低C.乙氣室內(nèi)氣體內(nèi)能的減少量等于甲氣室內(nèi)氣體內(nèi)能的增加量D.乙氣室內(nèi)氣體內(nèi)能的減少量小于甲氣室內(nèi)氣體內(nèi)能的增加量BD解析：乙氣室內(nèi)氣體對外做正功且乙氣室絕熱，則乙氣室內(nèi)氣體的內(nèi)能減小，活塞對甲氣室內(nèi)氣體做正功，內(nèi)能增加，對甲氣室內(nèi)氣體、乙氣室內(nèi)氣體以及活塞整個系統(tǒng)而言，總能量守恒，故乙氣室內(nèi)氣體內(nèi)能的減少量加上活塞重力勢能的減少量等于甲氣室內(nèi)氣體內(nèi)能的增加量，故甲氣室內(nèi)氣體內(nèi)能的增加量大于活塞重力勢能的減少量，即ΔU>mgh，乙氣室內(nèi)氣體內(nèi)能的減少量小于甲氣室內(nèi)氣體內(nèi)能的增加量，故AC錯誤，D正確；

甲氣室內(nèi)氣體內(nèi)能增大，溫度升高，乙氣室內(nèi)氣體內(nèi)能減小，溫度降低，故B正確。討論：17?18世紀(jì)，許多人致力于制造一種機(jī)器，它不需要任何動力或燃料，卻能不斷地對外做功，史稱“第一類永動機(jī)”。然而，為此目的的任何嘗試都失敗了。這是為什么呢？分析：違背了能量守恒定律

例如：如果沒有外界熱源供給熱量，則有U2－U1＝W，就是說，如果系統(tǒng)內(nèi)能減少，即U2<U1，則W<0，系統(tǒng)對外做功是要以內(nèi)能減少為代價的，若想源源不斷地做功，就必須使系統(tǒng)不斷回到初始狀態(tài)，在無外界能量供給的情況下，是不可能的。三、永動機(jī)不可能制成討論：回顧開始時的問題：飲水小鴨是永動機(jī)嗎？原理：小鴨頭部的毛氈“飲水”后，水蒸發(fā)吸熱，導(dǎo)致頭部溫度降低。上段玻璃管中的乙醚蒸氣被液化，壓強(qiáng)減小，液柱上升，小鴨重心上移，直到小鴨傾倒。

處于傾倒位置的小鴨，頭部再次被浸濕，上下玻璃球內(nèi)的氣體相通，壓強(qiáng)相等，乙醚流回下玻璃球內(nèi)，重心下移，小鴨站立。

如此循環(huán)往復(fù)。●小鴨頭部：“飲水”后，因水蒸發(fā)降溫而使

內(nèi)部氣態(tài)乙醚液化；●小鴨下部：液態(tài)的乙醚從周圍環(huán)境中吸收熱量汽化。

把剛煮好的熱雞蛋放在冷水中，過一會，雞蛋的溫度降低，水的溫度升高，最后水和雞蛋的溫度相同。是否可能發(fā)生這樣的現(xiàn)象：原來溫度相同的水和雞蛋，過一會兒水的溫度自發(fā)地降低，而雞蛋的溫度上升？

熱量總是自發(fā)地從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移，而不會自發(fā)的由低溫物體向高溫物體轉(zhuǎn)移?！駛鳠釋?shí)例:分析下述實(shí)際過程具有特定的方向性四、熱力學(xué)第二定律機(jī)械能內(nèi)能內(nèi)能機(jī)械能？?●機(jī)械能與內(nèi)能的轉(zhuǎn)化●擴(kuò)散只能自發(fā)地由密度大的區(qū)域向密度小的區(qū)域擴(kuò)散●氣體膨脹只能自發(fā)地向低壓空間膨脹一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的。小結(jié)熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。1.熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述：⑴闡述角度：⑵“自發(fā)”二字的意義

當(dāng)兩個物體接觸時，不需要任何第三者的介入、不會對任何第三者產(chǎn)生任何影響，熱量就能從一個物體傳向另一個物體。思考：當(dāng)兩個溫度不同的物體接觸時，這個“自發(fā)”的方向是怎樣的？傳熱的方向性實(shí)例電冰箱通電后箱內(nèi)溫度低于箱外溫度，并且還會繼續(xù)降溫，直至達(dá)到設(shè)定的溫度。顯然這是熱量從低溫物體傳遞到了高溫物體。這一現(xiàn)象是否違背熱力學(xué)第二定律呢?低溫冰箱內(nèi)的食品高溫冰箱外的空氣外界做功向壓縮機(jī)供電自發(fā)停止供電效率η=wQ1實(shí)例：熱機(jī)工作2.熱力學(xué)第二定律的開爾文表述高溫?zé)釒炖淠骰虼髿鉄釞C(jī)W吸熱Q1放熱Q2做功不可能從單一熱庫吸收熱量，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⑵“不可能從單一熱庫吸收熱量”的意義●不僅要從一個熱庫吸熱，而且一定會向另一個熱庫放熱。●熱機(jī)的效率無法達(dá)到100%。⑴闡述角度：機(jī)械能內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化（自發(fā)）對第三者有影響機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性

思考：絕熱汽缸和活塞內(nèi)部有通電的電阻絲，內(nèi)部封閉一定質(zhì)量的理想氣體而處于平衡狀態(tài)，現(xiàn)對電阻絲通電，氣體吸收一部分熱量Q而對外緩慢做功。它能將吸收的熱全部用來做功嗎？分析：體積增大，溫度必然升高，也就是說它無法自發(fā)的把吸收的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，必然還有一部分用來增加它的內(nèi)能。PP03.熱力學(xué)第二定律實(shí)質(zhì)和兩種表述之間有什么樣的關(guān)系？聯(lián)系：實(shí)質(zhì)：針對練下列說法正確的是

（）

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.熱機(jī)的效率可以達(dá)到100%

D.不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響D揭示了自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性。兩種表述是等價的。1.能量的耗散五、能源是有限的

在自然界中，有些過程，能量一旦釋放出去，就不會再次自動聚集起來，供人類重新利用，這種現(xiàn)象叫作能量的耗散。思考：能量耗散與能量守恒是否矛盾，該怎樣理解?2.能量的耗散揭示出怎樣的事實(shí)？從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有方向性。高品質(zhì)：機(jī)械能、光能、化學(xué)能、電能低品質(zhì)：內(nèi)能轉(zhuǎn)化方向不可逆能源：其實(shí)是指具有高品質(zhì)的容易利用的儲能物質(zhì)。例如石油、天然氣、煤等。針對練下列說法中可行的是

（）①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②制造一種機(jī)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③建造一只可以從海洋中提取熱量的船，把熱量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動螺旋槳旋轉(zhuǎn)④制造一種效率為100％的熱機(jī)A．①可行