全優(yōu)課堂·物理·選擇性必修第三冊(cè)(粵教版)·課件 第3章　第3節(jié) 熱力學(xué)第二定律

第三章熱力學(xué)定律第三節(jié)熱力學(xué)第二定律

1．知道熱傳導(dǎo)、擴(kuò)散現(xiàn)象、機(jī)械能與內(nèi)能的轉(zhuǎn)化等都具有方向性．具有方向性的過(guò)程是不可逆的．2．理解熱力學(xué)第二定律的兩種表述，并能用熱力學(xué)第二定律解釋第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成．3．學(xué)會(huì)用熱力學(xué)第二定律解釋自然界中的能量轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移及方向性問(wèn)題．4．學(xué)會(huì)運(yùn)用熱力學(xué)第二定律解決一些實(shí)際問(wèn)題．課前?自主預(yù)習(xí)熱傳導(dǎo)及擴(kuò)散的方向性1．熱量可以自發(fā)地由________物體傳給________物體．2．熱量不能自發(fā)地由________物體傳給________物體．3．熱傳導(dǎo)過(guò)程是有__________的．4．兩種不同的氣體________自發(fā)地混合，最后成為一種均勻的混合氣體．相反，一種均勻的混合氣體卻________自發(fā)地分開(kāi)成為兩種氣體．高溫低溫低溫高溫方向性可以不會(huì)機(jī)械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性1．熱機(jī)(1)熱機(jī)工作的兩個(gè)階段：第一個(gè)階段是燃燒燃料，把燃料中的_________變成工作物質(zhì)的________．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η＝______．化學(xué)能內(nèi)能做功機(jī)械能機(jī)械功W熱量Q2．第二類(lèi)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?2)第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因：雖然第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不違背________________，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)要不斷地把吸收的熱量變?yōu)橛杏玫墓Γ筒豢杀苊獾貙⒁徊糠譄崃總鹘o低溫?zé)釒?kù)．能量守恒定律

熱力學(xué)第二定律1．熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述熱量不能自發(fā)地從________物體傳到________物體．即熱傳導(dǎo)的過(guò)程具有_________．2．開(kāi)爾文表述不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之______________，而不產(chǎn)生其他影響．(該表述闡述了機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性)低溫高溫方向性完全變成功3．熱力學(xué)第二定律的理解(1)一切宏觀自然過(guò)程的進(jìn)行都具有__________．(2)氣體向真空的自由膨脹是__________的．(3)第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)是不可能制成的．(4)機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能無(wú)法全部用來(lái)做功而轉(zhuǎn)化成機(jī)械能．方向性不可逆課堂?重難探究對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解1．對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解在熱力學(xué)第二定律的表述中，正確地理解“自發(fā)地”“不產(chǎn)生其他影響”的確切含義是理解熱力學(xué)第二定律的關(guān)鍵所在．(1)“自發(fā)地”過(guò)程就是不受外來(lái)干擾進(jìn)行的自然過(guò)程，如重物下落、植物的開(kāi)花結(jié)果等都是自然界客觀存在的一些過(guò)程，它不受外界干擾．在熱傳遞過(guò)程中，熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳向低溫物體，卻不能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體．要將熱量從低溫物體傳向高溫物體，必須有“外界的影響或外界的幫助”，就是要有外界對(duì)其做功才能完成．電冰箱就是一例，它是靠電流做功把熱量從低溫處“搬”到高溫處的．(2)“不產(chǎn)生其他影響”的含義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過(guò)程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對(duì)周?chē)h(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響．如吸熱、放熱、做功等．2．熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與宏觀過(guò)程的方向性，進(jìn)而使人們認(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．3．熱力學(xué)第二定律的微觀解釋一切自然過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性增大的方向進(jìn)行．4．熱平衡兩個(gè)有溫差的物體互相接觸，通過(guò)接觸面上兩側(cè)分子的互相碰撞，使得溫度高的物體分子平均動(dòng)能逐漸減少，溫度低的物體分子平均動(dòng)能逐漸增大，直至兩者溫度相同達(dá)到熱平衡．例1

(2024年南通月考)半導(dǎo)體摻雜對(duì)于半導(dǎo)體工業(yè)有著舉足輕重的作用，其中一種技術(shù)是將摻雜源物質(zhì)與硅晶體在高溫(800到1250攝氏度)狀態(tài)下接觸，摻雜源物質(zhì)的分子由于熱運(yùn)動(dòng)滲透進(jìn)硅晶體的表面．下列說(shuō)法中正確的是

(

)A．這種滲透過(guò)程是自發(fā)可逆的B．這種滲透過(guò)程是外界作用引起的C．溫度越高越容易摻雜D．溫度升高后，摻雜源物質(zhì)所有分子的熱運(yùn)動(dòng)速率都增加【答案】C【解析】摻雜源物質(zhì)的分子由于熱運(yùn)動(dòng)滲透進(jìn)硅晶體的表面，所以這種滲透過(guò)程是分子的擴(kuò)散現(xiàn)象該過(guò)程為自發(fā)過(guò)程，其逆過(guò)程不能自發(fā)進(jìn)行，A、B錯(cuò)誤；溫度越高摻雜效果越好是因?yàn)闇囟壬邥r(shí)，分子的平均速率增大，并不是所有分子的熱運(yùn)動(dòng)速率都增加，C正確、D錯(cuò)誤．變式1下列敘述和熱力學(xué)定律相關(guān)，其中正確的是 (

)A．第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成，是因?yàn)檫`背了熱力學(xué)第一定律B．能量耗散過(guò)程中能量不守恒C．夏天打開(kāi)電冰箱的門(mén)，可以起到室內(nèi)降溫作用D．一切自發(fā)過(guò)程總是沿著分子無(wú)序性增大的方向進(jìn)行【答案】D【解析】第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成，是因?yàn)檫`背了熱力學(xué)第二定律，A錯(cuò)誤；能量耗散過(guò)程中能量也是守恒的，B錯(cuò)誤；電冰箱制冷機(jī)工作后，冰箱冷凍室內(nèi)的蒸發(fā)器溫度降低，吸收空氣中的熱量，而與此同時(shí)，冰箱外部的冷凝器溫度升高，將熱量傳給空氣，室內(nèi)空氣的熱量只是被冰箱吸收后又被放出，所以室溫不會(huì)下降，不可以起到室內(nèi)降溫作用，C錯(cuò)誤；根據(jù)熵增加原理，一切自發(fā)過(guò)程總是沿著分子無(wú)序性增大的方向進(jìn)行，D正確．1．熱力學(xué)第二定律的其他描述(1)一切宏觀自然過(guò)程的進(jìn)行都具有方向性．(2)氣體向真空的自由膨脹是不可逆的．(3)第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)是不可能制成的．對(duì)第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)的理解2．兩類(lèi)永動(dòng)機(jī)的比較永動(dòng)機(jī)第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)要求不消耗任何能量，可以不斷做功(或只給予很小的能量啟動(dòng)后，可以永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去)將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，而不引起其他變化(或只有一個(gè)熱源，實(shí)現(xiàn)內(nèi)能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)化)不可能的原因違背了能量守恒定律違背了熱力學(xué)第二定律例2

(多選)根據(jù)熱學(xué)中的有關(guān)知識(shí)，下列說(shuō)法中正確的是 (

)A．一切符合能量守恒定律的宏觀過(guò)程都能發(fā)生B．空調(diào)的工作過(guò)程表明，熱量可以由低溫物體向高溫物體傳遞C．因?yàn)閮?nèi)能無(wú)法全部用來(lái)做功轉(zhuǎn)化成機(jī)械能而不引起其他變化，所以熱機(jī)效率一定不能達(dá)到百分之百D．第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不違背能量守恒定律，當(dāng)人類(lèi)科技水平足夠先進(jìn)時(shí)，第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)可以被制造出來(lái)【答案】BC【解析】熱運(yùn)動(dòng)的宏觀過(guò)程會(huì)有一定的方向性，符合能量守恒定律的宏觀過(guò)程并不能都真的發(fā)生，根據(jù)熱力學(xué)第二定律，不可能從單一熱源取熱使之完全轉(zhuǎn)換為有用的功而不產(chǎn)生其他影響，所以機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能無(wú)法全部用來(lái)做功以轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，A錯(cuò)誤，C正確；空調(diào)的工作過(guò)程表明，熱量可以由低溫物體向高溫物體傳遞，B正確；第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)違背能量守恒定律，第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不違背能量守恒定律，而是違背了熱力學(xué)第二定律，第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制造出來(lái)，D錯(cuò)誤．變式2

(多選)如圖中氣缸內(nèi)盛有一定量的理想氣體，氣缸壁是導(dǎo)熱的，缸外環(huán)境保持恒溫，活塞與氣缸壁的接觸是光滑的，但不漏氣，現(xiàn)將活塞桿緩慢向右移動(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)，則下列說(shuō)法正確的是 (

)A．氣體是從單一熱源吸熱，全部用來(lái)對(duì)外做功，此過(guò)程違背熱力學(xué)第二定律B．氣體是從單一熱源吸熱，但并未全部用來(lái)對(duì)外做功，此過(guò)程不違背熱力學(xué)第二定律C．氣體是從單一熱源吸熱，全部用來(lái)對(duì)外做功，此過(guò)程不違背熱力學(xué)第二定律D．氣體是從單一熱源吸熱，全部用來(lái)對(duì)外做功，此過(guò)程不違背熱力學(xué)第一定律【答案】CD【解析】由于氣體始終通過(guò)氣缸與外界接觸，外界溫度不變，活塞桿與外界連接并使其緩慢地向右移動(dòng)過(guò)程中，有足夠時(shí)間進(jìn)行熱交換，氣體等溫膨脹，所以氣缸內(nèi)的氣體溫度不變，內(nèi)能也不變，該過(guò)程氣體是從單一熱源即外部環(huán)境吸收熱量，即全部用來(lái)對(duì)外做功才能保證內(nèi)能不變，此過(guò)程既不違背熱力學(xué)第二定律，也不違背熱力學(xué)第一定律，此過(guò)程由外力對(duì)活塞做功來(lái)維持，如果沒(méi)有外力F對(duì)活塞做功，此過(guò)程不可能發(fā)生，C、D正確．1．熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在熱學(xué)中的一種表述形式，是從能的角度揭示不同物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式相互轉(zhuǎn)化的可能性．告誡人們：第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成．2．熱力學(xué)第二定律揭示了大量分子參與的宏觀過(guò)程的方向性．如機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而不引起其他變化，進(jìn)一步揭示了各種有關(guān)熱的物理過(guò)程都具有方向性．告誡人們：第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成．小練?隨堂鞏固1．對(duì)熱力學(xué)第一定律和第二定律的理解，下列說(shuō)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(duì)物體做功，物體的內(nèi)能必定增加C．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D．機(jī)械能不能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能【答案】C【解析】根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱量不能自發(fā)地由低溫物體傳遞到高溫物體，但在一定條件下，熱量可以由低溫物體傳遞到高溫物體，例如電冰箱的工作過(guò)程，A錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第一定律，物體內(nèi)能的變化量等于外界向它傳遞的熱量與外界對(duì)它所做的功的和，B錯(cuò)誤；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，是熱力學(xué)第二定律的表述形式之一，C正確；機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，D錯(cuò)誤．2．1827年，布朗作為英國(guó)植物學(xué)家，在花粉顆粒的水溶液中觀察到花粉永不停息地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)．1905年，愛(ài)因斯坦根據(jù)擴(kuò)散方程建立布朗運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)理論，從而使分子動(dòng)理論的物理圖景為人們廣泛接受．關(guān)于分子動(dòng)理論相關(guān)知識(shí)，下列說(shuō)法中正確的是 (

)A．分子的擴(kuò)散現(xiàn)象是可逆的B．布朗運(yùn)動(dòng)證明組成固體小顆粒的分子在做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)C．花粉顆粒越小，無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)越明顯D．分子永不停息地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)說(shuō)明永動(dòng)機(jī)是可以實(shí)現(xiàn)的【答案】C【解析】分子的擴(kuò)散現(xiàn)象是不可逆的，A錯(cuò)誤；布朗運(yùn)動(dòng)是固體小顆粒的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，反映了液體分子在做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，B錯(cuò)誤；溫度越高，花粉顆粒越小，無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)越明顯，C正確；永動(dòng)機(jī)是不可以實(shí)現(xiàn)的，D錯(cuò)誤．3．根據(jù)熱力學(xué)定律和能量守恒定律，下列說(shuō)法中正確的是(

)A．空調(diào)在制冷過(guò)程中，從室內(nèi)吸收的熱量少于向室外放出的熱量B．通過(guò)采用先進(jìn)技術(shù)，熱機(jī)可以實(shí)現(xiàn)把燃料產(chǎn)生的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能C．在密閉的房間里，把正常工作的冰箱門(mén)打開(kāi)，可以使房間降溫D．熱量可以自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體【答案】A【解析】空調(diào)在制冷過(guò)程中，把室內(nèi)的熱量向室外釋放，消耗電能，產(chǎn)生熱量，則從室內(nèi)吸收的熱量少于向室外放出的熱量，A正確；根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，即使通過(guò)采用先進(jìn)技術(shù)，熱機(jī)也不能夠?qū)崿F(xiàn)把燃料產(chǎn)生的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，B錯(cuò)誤；冰箱的工作原理是將里面的熱量吸收到外面使內(nèi)部的溫度降低，并且自身工作也會(huì)消耗電能產(chǎn)生熱量，所以當(dāng)冰箱在密閉的房間里并打開(kāi)，此時(shí)冰箱內(nèi)外部相通，所以無(wú)法降溫，C錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律克勞修斯表述，熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，D錯(cuò)誤．4．(2023年長(zhǎng)春期中)對(duì)熱力學(xué)第二定律理解，正確的是 (

)A．熱力學(xué)第二定律是從另一個(gè)側(cè)面闡述能量守恒定律B．若消除熱機(jī)的漏氣、摩擦和熱量損耗，熱機(jī)效率可以達(dá)到100%C．第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成，說(shuō)明機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能D．熵是系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)無(wú)序性的量度，一個(gè)孤立系統(tǒng)總是從熵小的狀態(tài)向熵大的狀態(tài)發(fā)展【答案】D【解析】熱力學(xué)第二定律從微觀上闡述一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，它反映的是宏觀自然過(guò)程中的方向性，而不是另一個(gè)側(cè)面闡述能量守恒定律，A錯(cuò)誤；若消除熱機(jī)的漏氣、摩擦和熱量損耗，熱機(jī)效率也不可能達(dá)到100%，B錯(cuò)誤；第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成，說(shuō)明機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能也能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，但要引起外界的變化，C錯(cuò)誤；熵是系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)無(wú)序性的量度，一個(gè)孤立系統(tǒng)總是從熵小的狀態(tài)向熵大的狀態(tài)發(fā)展，D正確．5．下列說(shuō)法正確的是

(

)A．功可以完全轉(zhuǎn)化為熱量，而熱量不可以完全轉(zhuǎn)化為功B．熱機(jī)必須是具有兩個(gè)熱庫(kù)，才能實(shí)現(xiàn)熱功轉(zhuǎn)化C．熱機(jī)的效率不可能大于1，但可能等于1D．熱機(jī)的效率必定小于1【答案】D6．關(guān)于兩類(lèi)永動(dòng)機(jī)和熱力學(xué)兩大定律，下列說(shuō)法正確的是(

)A．第二類(lèi)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