物理（人教版選修33）課件第10章第4節(jié)熱力學(xué)第二定律

第十章熱力學(xué)定律第四節(jié)熱力學(xué)第二定律1．通過(guò)自然界中熱傳導(dǎo)方向性的實(shí)例，初步了解熱力學(xué)第二定律，并能用熱力學(xué)第二定律解釋第二類永動(dòng)機(jī)不能制造成功的原因．2．能用熱力學(xué)第二定律解釋自然界中的能量變化、轉(zhuǎn)移及方向性問(wèn)題．3．嘗試運(yùn)用熱力學(xué)第二定律解決一些實(shí)際問(wèn)題．一、熱傳導(dǎo)的方向性1．溫度不同的兩個(gè)物體接觸時(shí)，熱量會(huì)自發(fā)地從_______物體傳給_______物體，但不會(huì)自發(fā)地從_______物體傳給_______物體，這說(shuō)明：熱傳導(dǎo)過(guò)程具有_________.2．一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過(guò)程都是_________的．3．熱力學(xué)第二定律是反映宏觀自然過(guò)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(xué)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(kāi)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(xué)第二定律的兩種表述是________的．熱力學(xué)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(kù)等價(jià)不可逆三、熱機(jī)和第二類永動(dòng)機(jī)1．熱機(jī)(1)熱機(jī)工作的兩個(gè)階段：第一個(gè)階段是__________，把燃料中的________變成工作物質(zhì)的內(nèi)能．第二個(gè)階段是工作物質(zhì)對(duì)外______，把自己的內(nèi)能變成__________.(2)熱機(jī)的效率：熱機(jī)輸出的_________與燃料產(chǎn)生的________的比值．用公式表示為_(kāi)_________.燃燒燃料化學(xué)能做功機(jī)械能機(jī)械功W熱量Q2．第二類永動(dòng)機(jī)(1)定義只從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之完全變?yōu)楣Χ灰鹌渌兓臒釞C(jī)．(2)第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成雖然第二類永動(dòng)機(jī)不違反________________，但大量的事實(shí)證明，在任何情況下，熱機(jī)都不可能只有一個(gè)熱庫(kù)，熱機(jī)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?zé)釒?kù)．能量守恒定律一、熱力學(xué)第二定律的理解1．熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)第二定律的每一種描述，都揭示了大量分子參與宏觀過(guò)程的方向性，使人們認(rèn)識(shí)到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性．2．熱力學(xué)第二定律理解中的幾個(gè)問(wèn)題(1)單一熱庫(kù)：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(jī)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(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．(2)其他影響：指除了從單一熱庫(kù)吸收的熱量，以及所做的功以外的其他一切影響；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(kù)吸收熱量而對(duì)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(dòng)熱傳遞是不可能的．(3)關(guān)于“不可能”：實(shí)際上熱機(jī)或制冷機(jī)系統(tǒng)循環(huán)終了時(shí)，除了從單一熱庫(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(guò)程．而不適用于少量的微觀體系，也不能把它擴(kuò)展到無(wú)限的宇宙．二、熱力學(xué)第二定律與熱力學(xué)第一定律的比較

根據(jù)熱力學(xué)第二定律，下列說(shuō)法正確的是A．熱機(jī)中燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部變成機(jī)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(jī)中，燃?xì)獾膬?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(xué)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(wú)論采用任何設(shè)備和手段進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化，總是遵循“機(jī)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(jī)械能”，故A項(xiàng)正確．火力發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí)，能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程為內(nèi)能→機(jī)械能→電能，因?yàn)閮?nèi)能→機(jī)械能的轉(zhuǎn)化過(guò)程中會(huì)對(duì)外放出熱量，故燃?xì)獾膬?nèi)能必然不能全部變?yōu)殡娔埽珻項(xiàng)正確．熱量從低溫物體傳遞到高溫物體不能自發(fā)進(jìn)行，必須借助外界的幫助，結(jié)果會(huì)帶來(lái)其他影響，這正是熱力學(xué)第二定律第一種(克氏)表述的主要思想，故D項(xiàng)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(xiàng)錯(cuò)誤．答案：ACD

與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀物理過(guò)程具有方向性，是不可逆的，分析問(wèn)題時(shí)要注意哪些過(guò)程可以“自發(fā)地”進(jìn)行，哪些過(guò)程不會(huì)達(dá)到100%的轉(zhuǎn)化而不產(chǎn)生其他影響．1.根據(jù)熱力學(xué)第二定律，可知下列說(shuō)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(jī)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(jī)械能D．機(jī)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(jī)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(dāng)外界對(duì)系統(tǒng)做功時(shí)，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(jī)(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(xiàng)A項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確．一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體，克服摩擦阻力做功，最終停止；在這個(gè)過(guò)程中機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．外界條件發(fā)生變化時(shí)，內(nèi)能也可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，如在等溫膨脹過(guò)程中，系統(tǒng)吸收的熱量全部轉(zhuǎn)化為對(duì)外界做的功，選項(xiàng)C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確．答案：BD關(guān)于永動(dòng)機(jī)和熱力學(xué)定律的討論，下列敘述正確的是A．第二類永動(dòng)機(jī)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(duì)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(diǎn)來(lái)看這兩種改變方式是有區(qū)別的

思路點(diǎn)撥：熱力學(xué)第二定律揭示了與熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過(guò)程的方向性，第二類永動(dòng)機(jī)雖然不違背能量守恒定律，但與熱力學(xué)第二定律不相符．二、熱力學(xué)第二定律的實(shí)際應(yīng)用解析：第二類永動(dòng)機(jī)違反熱力學(xué)第二定律，并不違反能量守恒定律，故A項(xiàng)錯(cuò)．據(jù)熱力學(xué)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(gè)方面共同決定，只知道做功情況或只知道傳熱情況無(wú)法確定內(nèi)能的變化情況，故B、C項(xiàng)錯(cuò)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(xiàng)正確．答案：D

熱力學(xué)第一定律說(shuō)明了內(nèi)能變化的決定因素和計(jì)算方法，第二定律說(shuō)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(dòng)機(jī)和熱力學(xué)兩個(gè)規(guī)律，下列說(shuō)法正確的是(

)A．第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了熱力學(xué)第一定律B．第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反熱力學(xué)第二定律C．由熱力學(xué)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(shí)做功和熱傳遞一定會(huì)改變內(nèi)能D．由熱力學(xué)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(dòng)機(jī)違反熱力學(xué)第