19-20同步粤教物理选修3-3（课件+教师用书+分层作业）：第3章 第4节　热力学第二定律 (3份打包)

第四节　热力学第二定律 学　习　目　标 重　点　难　点 1．通过自然界中热传导方向性的实例，了解热力学第二定律，并能用热力学第二定律解释第二类永动机不能制造成功的原因． 2．能用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移及方向性问题． 3．尝试运用热力学第二定律解决一些实际问题. 1．热力学第二定律的两种不同表述，以及两种表述的物理实质．(重点) 2．第二类永动机及其不能制成的原因．(重点) 3．对熵概念的理解．(难点) 一、自然过程的方向性 1．基本知识 (1)热传导的方向性 ①两个温度不同的物体互相接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，最后两个物体温度相同达到热平衡． ②热传导过程是有方向性的．即热量从高温物体向低温物体的热传导过程是能自发进行的． (2)机械能和内能转化过程的方向性 ①机械能全部转化为内能的过程是可以自发进行的． ②内能全部转化为机械能，是不能自发进行的． ③第二类永动机 (ⅰ)定义：从单一热源吸热全部用来做功，而不引起其他变化的热机． (ⅱ)不可能制成原因：违背了热力学第二定律． 2．思考判断 (1)在一定条件下，热量也可以从低温物体传给高温物体． (√) (2)第二类永动机不可能制造成功是因为能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体转移到别的物体，或者从一种形式转化成为另一种形式． (×) (3)热量不可能从低温物体传到高温物体． (×) 3．探究交流 热量能自发地从高温物体传给低温物体，我们所说的“自发地”指的是没有任何外界影响或者帮助． 电冰箱是让“热”由低温环境传递到高温环境．这是不是自发进行的？说明理由． 【提示】　电冰箱能够把热量从低温物体传给高温物体，在该过程中电冰箱要消耗电能．电冰箱能够把热量从低温物体传给高温物体，一旦切断电源，电冰箱就不能把其内部的热量传给外界的空气了，相反，外界的热量会自发地传给电冰箱，使其温度逐渐升高． 二、热力学第二定律及微观解释 1．基本知识 (1)热力学第二定律的表述 ①克劳修斯的表述 热量不能自动地从低温物体传递到高温物体．或者说，不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化． ②开尔文的表述 不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化． (2)热力学第二定律的微观实质 ①做功是与分子群体的有序运动联系在一起的，内能是和分子的无序运动联系在一起的，机械能转化为内能的过程，从微观上来说，是大量分子的有序运动朝无序运动的方向转换的过程，其相反方向的过程是大量分子从无序运动朝有序运动方向转换的过程． ②热传导过程是使物体内部分子的热运动由比较有序的状态向无序的状态转化的过程． ③与热现象有关的自发的宏观过程，总是朝着分子热运动状态无序性增加的方向进行的． 2．思考判断 (1)我们可以利用高科技手段，将流散到周围环境中的内能重新收集起来加以利用而不引起其他变化． (×) (2)利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，这在原理上是可行的． (√) 3．探究交流 随着科技的不断发展，假如能够使热机没有漏气、没有摩擦、也没有机体热量损失，是不是能够使热机效率达到100%. 【提示】　不能，原因是热机的工作物质吸收的热量不能全部用来做功，如汽车尾气会带走一部分热量． 三、熵 基本知识 (1)意义：描述物体的无序程度，物体内部分子热运动无序程度越高，物体的熵就越大． (2)分子自由膨胀过程是一个向大量分子运动的无序性增加的方向进行的过程，气体的熵是增加的，这个过程可以自发进行． 对热力学第二定律实质的理解 【问题导思】 1．热力学第二定律的各种表述的内容是什么？ 2．热力学第二定律的不同表述有什么共同的物理意义？ 1．克劳修斯表述指明热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助，其物理本质是揭示了热传递过程是不可逆的． 2．开尔文表述中的“单一热源”指温度恒定且均匀的热源．“不引起其他变化”是指唯一效果是热量全部转变为功而外界及系统都不发生任何变化．其物理实质揭示了热变功过程是不可逆的． 3．两种表述是等价的 甲　　　　　　　　　　乙 如果克劳修斯表述不成立，则开尔文表述也不成立． 4．热力学第二定律的每一种表述都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性，都是不可逆的． 1．在可以引起其他影响的情况下，热量可以从低温物体传到高温物体，如空调、冰箱等． 2．分析热力学第二定律的应用问题时都不能忽视“自发性”和“不引起其他变化”的物理意义． 　随着世界经济的快速发展，能源短缺问题日显突出，近期油价不断攀升，已对各国人民的日常生活造成了各种影响，如排长队等待加油的情景已经多次在世界各地发生，能源成为困扰世界