高三物理熱力學(xué)第二定律

熱力學(xué)第二定律

一、學(xué)習(xí)目標(biāo)：二、重點(diǎn)和難點(diǎn)：三、教學(xué)過程：1.了解熱傳導(dǎo)過程的方向性。2.了解什么是第二類永動(dòng)機(jī)，為什么第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成。3.了解熱力學(xué)第二定律的兩種不同的表述，以及這兩種表述的物理實(shí)質(zhì)。4.了解什么是能量耗散。二、重點(diǎn)和難點(diǎn)：重點(diǎn)：熱力學(xué)第二定律的物理實(shí)質(zhì)和兩種常見的表述．難點(diǎn)：兩類永動(dòng)機(jī)的區(qū)別，第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因三、教學(xué)過程：引入新課：任何物體都具有內(nèi)能，在地球上貯存量十分豐富的海水總質(zhì)量約達(dá)1.4×1018噸，它的溫度只要降低1oC，就能釋放相當(dāng)于1800萬個(gè)功率為100萬千瓦的核電站一年的發(fā)電量，足夠全世界使用4000年。而人類都不能利用這種“新能源”，究其原因，是因?yàn)樯婕拔锢韺W(xué)的一個(gè)基本定律——熱力學(xué)第二定律．新課教學(xué)：(一)熱傳導(dǎo)的方向性1．實(shí)例：熱量會(huì)自動(dòng)地從高溫物體傳給低溫度物體。2．熱傳導(dǎo)的過程具有方向性3．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。1．實(shí)例：熱量會(huì)自動(dòng)地從高溫物體傳給低溫度物體。[注意]這里所說“自發(fā)地”是指沒有任何外界的影響或幫助，電冰箱工作時(shí)能將冰箱內(nèi)(溫度較低)的熱量，傳給外界空氣(溫度較高)，是因?yàn)殡姳湎牧穗娔?，?duì)制冷系統(tǒng)做了功。2．熱傳導(dǎo)的過程具有方向性熱傳導(dǎo)的過程可以向一個(gè)方向自發(fā)地進(jìn)行(熱量從高溫物體自發(fā)地傳給低溫物體)；但向相反的方向不會(huì)自發(fā)地產(chǎn)生(熱量不會(huì)自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體)，只有借助外界的幫助才能進(jìn)行。①熱機(jī)：是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置。熱機(jī)③效率：由能量守恒定律知道Q1=

W+Q2

熱機(jī)的效率內(nèi)燃機(jī)②原理：燃料燃燒產(chǎn)生熱量Q1（高溫?zé)嵩矗┩苿?dòng)活塞對(duì)外做功W排出廢氣向外界（低溫?zé)嵩矗┓艧酫2高溫?zé)釒斓蜏責(zé)釒霶1Q2對(duì)外做功熱機(jī)W熱機(jī)的效率小于100%，就不可能把從高溫?zé)嵩次盏臒崃咳哭D(zhuǎn)化為機(jī)械能，總有一部分熱量散發(fā)到冷凝器中。（二）機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性(二)第二類永動(dòng)機(jī)1．第二類永動(dòng)機(jī)：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(jī)叫做第二類永動(dòng)機(jī)。2．第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成表示機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性．盡管機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，同時(shí)不引起其他變化。3．第一類永動(dòng)機(jī)和第二類永動(dòng)機(jī)它們都不可能制成，第一類永動(dòng)機(jī)的設(shè)想違反了能量守恒定律；第二類永動(dòng)機(jī)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)系的宏觀自然過程具有方向性的規(guī)律。三、熱力學(xué)第二定律

舉例：兩種不同的氣體擴(kuò)散可以自發(fā)地進(jìn)入對(duì)方,最后成為一種均勻的混合氣體思考:如圖所示,容器A中裝有氣體,容器B是真空,打開閥門K,容器A中的氣體會(huì)自發(fā)地向B中膨脹,最后兩個(gè)容器都充滿氣體.會(huì)不會(huì)氣體自發(fā)地從容器B流向容器A,最后使容器B恢復(fù)成真空呢?大量自然現(xiàn)象說明:有些物理過程具有方向性.(三)熱力學(xué)第二定律1．熱力學(xué)第二定律常見的兩種表述：(1)按熱傳遞的方向性來表述：不可能使熱量從低溫物體傳到高溫物體，而不引起其他變化。(2)按機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向性來表述：不可能從單一熱庫吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化。2．兩種表述是等價(jià)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3．熱力學(xué)第二定律的意義提示了有大量分子參與的宏觀過程的方向性，是獨(dú)立于熱力學(xué)第一定律的一個(gè)重要自然規(guī)律。熵

描述物體的無序程度，物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)無序程度越高，物體的熵就越大五、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(jī)中，燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部變?yōu)殡娔蹸．熱機(jī)中，燃?xì)鈨?nèi)能不可能全部變?yōu)闄C(jī)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(jī)械能可全部變?yōu)閮?nèi)能，而內(nèi)能不可能全部變成機(jī)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(xiàng)B、C、D正確。[例2]第二類永動(dòng)機(jī)不可以制成，是因?yàn)閇]A.違背了能量的守恒定律

B．熱量總是從高溫物體傳遞到低溫物體

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)械能，同時(shí)不引起其他變化[解析]第二類永動(dòng)機(jī)設(shè)想雖然符合能量守恒定律，但是違背了能量轉(zhuǎn)化中有些過程是不可逆的規(guī)律。所以不可能制成，選項(xiàng)D正確。[例3]試對(duì)熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律做一簡單的評(píng)析[解析]熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律是構(gòu)成熱力學(xué)知識(shí)的理論基礎(chǔ)，前者對(duì)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(huì)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(jìn)行。六、小結(jié)：熱力學(xué)第二定律有常見的兩種表述，提示了有大量分子參與的宏觀過程(即與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程)的方向性，第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成。七、[鞏固練習(xí)]1.下列哪些物理過程具有方向性A.熱傳導(dǎo)過程B．機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程C．氣體的擴(kuò)散過程D．氣體向真空中膨脹的過程。答案：上題答案：ABCD2.熱機(jī)是一種______的裝置，熱機(jī)做的功和它從熱源吸收熱量的比值叫做熱機(jī)的______．答案：3.能量耗散是從

________角度反映出自然界中的宏觀過程具有方向性．答案：2答案：把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；效率

3答案：熱現(xiàn)象4.熱力學(xué)第二定律使人們認(rèn)識(shí)到，自然界中進(jìn)行的涉及________現(xiàn)象的宏觀過程都具有________性，例如機(jī)械能可以________轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能_______全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，而不引起其他變化．4答案：熱；方向；全部；不能。5.什么是第二類永動(dòng)機(jī)?為什么第二類永動(dòng)機(jī)不可能造成?答：能夠從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化的熱機(jī)稱為第二類永動(dòng)機(jī)。第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因是因?yàn)闄C(jī)械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程具有方向性，盡管機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，而不引起其他變化。6.試述熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律的區(qū)別與聯(lián)系。解答：熱力學(xué)第一定律指出了在任何熱力學(xué)過程中，能量不會(huì)有任何增減或損失，對(duì)自然過程也沒有限制；而熱力學(xué)第二定律是解決了哪些過程可以發(fā)生。兩個(gè)定律從不同角度揭示了熱力學(xué)過程中遵從的規(guī)律，既相互獨(dú)立，又相互補(bǔ)充，共同構(gòu)成了熱力學(xué)知識(shí)的理論基礎(chǔ)；/時(shí)時(shí)娛樂gwh18iyc許人?！薄笆??！薄斑@次見，出落得越發(fā)好了，難得是機(jī)伶順意。”老太太又道。明秀在旁邊笑?！澳隳镆哺阏f過，你二姐姐在宮里，想有個(gè)伴兒?！崩咸话言掝}移過來，“本來呢，你跟你二姐姐，是最親了?！泵餍愕皖^揉著衣帶。“秀兒，這么多孩子里，你是最大方明禮的，奶奶也不跟你繞著了，”老太太道，“你看咱們要跟你二姐姐找個(gè)伴當(dāng)，珞兒肯不肯？”明秀聲如蚊蚋：“珞兒跟二姐姐的感情，向來是很好的。這些年也一直念著二姐姐?！薄斑@孩子有情意?！崩咸珖@道，“可惜你笙妹妹病成這樣……不回她自己院子，又去哪好呢？”第四十二章梅香惹人約黃昏（4)“奶奶，三哥院里倒是空著，柳少姨娘素來也疼笙妹妹，你看讓笙妹妹過去可好？”明秀提議。蘇三公子明詞，出仕在安城，作司馬。他的妻子彥氏，新婚燕爾，又無子嗣，當(dāng)然隨他上任去。留下一個(gè)柳姓姨娘，是作丫頭時(shí)就跟了蘇明詞的，代小倆口留在蘇家，給老人盡孝。明詞院里沒其他男人在，柳少姨娘為防物議，起居極貞靜，雖在外院，其實(shí)同內(nèi)院無甚差別，更難得從沒跟表鬧過別扭。搬到那里是挺合宜?！澳氵@孩子真周到。”老太太撫著明秀的手，“我只怕珞兒沒你周詳，進(jìn)了宮，要吃虧。你跟珞兒相處得多，對(duì)她品性，總比我一個(gè)老太婆更了解些。你看她如何？”福珞若在當(dāng)場，準(zhǔn)手心出汗，等明秀多說幾句好話。明秀答應(yīng)過她的！但明秀只推遜道：“秀兒怎比得奶奶看人準(zhǔn)?！薄澳阏f說罷！”老太太再三要求。明秀這才道：“旁的也說不好，只不過一起玩的時(shí)候，珞兒時(shí)常有些好主意，我們照她做去，果然不錯(cuò)，因此都愛同她玩?！崩咸謫柫诵┘?xì)節(jié)，再將明秀出閣時(shí)要帶的一些貴重物品、家常得用物色，同明秀商議。明秀除了涉及福珞的問話時(shí)，老老實(shí)實(shí)說幾句，后頭那些只是低頭聽、紅著臉笑，再不發(fā)一語。老太太好生撫慰疼惜她一番，放她回去。嘉顏早已吩咐人著手搬表東西往三少爺院子去，轉(zhuǎn)回來，正見明秀走，便替明秀打起簾子，一直送到中門。老太太的心腹封嫂則靜靜侍立老太太跟前，曉得老太太一定有話要說。老太太沉吟片刻，摩挲著玉扳指，開口道：“這陣子，事兒倒多。”“千頭萬緒歸總一件