10.4 热力学第二定律 10.5 热力学第二定律的微观解释（学案）-【成才之路】2020-2021学年高中新课程物理同步学习指导（人教版选修3-3）

现行旧教材·高中新课程学习指导 第四节　 热力学第二定律 第五节　 热力学第二定律的微观解释 课前预习反馈 知识点 1: 1. 高温　 低温　 自发地　 方向　 2. 低温　 高温 知识点 2: 1. 单一热库　 功　 2. 方向性　 不可逆 知识点 3: 1. 符合　 2. 确定规则　 3. 符合　 4. 另外 知识点 4: 无序性增大 知识点 5: 1. klnΩ　 状态　 无序(混乱)　 2. 不会减小 『判一判』 (1)√　 (2) × 　 (3)√　 (4) × 　 (5)√　 (6)√ 『选一选』 　 　 D　 在一定条件下热量可以从低温物体传到高温物体,A 错;在一定 条件下热可以全部变成功,B 错;热机的效率在任何条件下都不可能达 到 100% ,C 错;一切宏观自然过程的进行都具有方向性,D 正确。 『想一想』 　 　 由于盆的形状确定,水在盆中所处的宏观态对应的微观态数目少, 较为有序。 当把水泼出后,它的形状不受盆的限制,各种可能的形状都 有,此时所处的宏观态对应的微观态数目将变得非常多,较为无序。 因 为自发的过程总是从有序向无序发展,所以水不会自发地聚到盆中。 课内互动探究 　 　 思考讨论 1:都不是。 空调制冷( 制热) 靠压缩机做功,从室内( 室 外)吸收热量放到室外(室内)。 在制热时,放出的热量等于消耗的电能 与从室外吸收的热量之和,完全可以大于电能消耗。 这既不违背热力学 第一定律,也不违背热力学第二定律。 典例 1:B　 热量不能自发地从低温物体传到高温物体,所以不能把 散失的能量全部收集起来重新加以利用,A 错;由热力学第二定律可知, B 正确;热量从低温物体传给高温物体时一定会发生其他变化,C 错;只 满足能量守恒定律而不满足热力学第二定律的过程是不可能发生的, D 错。 对点训练 1:C　 热力学第二定律从机械能与内能转化过程的方向 性来描述是: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。 本题中如果没有外界的帮助,比如外力拉动活塞杆使活塞 向右移动,使气体膨胀对外做功,导致气体温度略微降低,是不可能从外 界吸收热量的,即这一过程虽然是气体从单一热源吸热,全用来对外做 功,但引起了其他变化,所以此过程不违反热力学第二定律。 思考讨论 2:墨水原来处于较小的空间(一滴),无序度小,后来处于 较大空间,无序度大,故熵变大。 典例 2:CD　 分子热运动是大量分子无规则运动,系统的一个宏观 过程包含着大量的微观状态,这是一个无序的运动,根据熵增加原理,热 运动的结果只能使分子热运动更加无序,而不是变成了有序,热传递的 自然过程从微观上讲就是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程 度大的运动状态转化的过程,C、D 项正确。 对点训练 2:根据大量分子运动对系统无序程度的影响,热力学第二 定律又有一种表述:由大量分子组成的系统自发变化时,总是向着无序 程度增加的方向发展,至少无序程度不会减少。 这也就是说,任何一个 系统自发变化时,系统的熵要么增加,要么不变,但不会减少。 质量相 同,温度相同的水,可以由固体自发地向液体、气态转化,所以,气态时的 熵最大,其次是液体,固态时的熵最小。 课堂巩固达标 1. AC　 1 kg 的 0 ℃ 的冰熔化成 0 ℃ 的水要吸收热量,则 1 kg 的 0 ℃ 的冰 比 1 kg 的 0 ℃ 的水的内能小些,选项 A 正确;第二类永动机不可能制 成,说明机械能可以全部转化为内能,内能却不能全部转化为机械能, 同时不引起其他变化,故 B 错误;热力学第一定律也可表述为“第一类 永动机不可能制成”,选项 C 正确;热力学第二定律可描述为“不可能 使热量自发地由低温物体传递到高温物体”,故 D 错误。 2. A　 根据热力学第二定律可知,可以从单一热源吸收热量,使之完全变 为功,但是会引起其他的变化,故 A 正确;当理想气体做等压膨胀过程 时,根据 pV T = C,可得温度要增加,故内能 ΔU 增加;又因为气体膨胀 对外做功所以 W < 0,再根据热力学第一定律 ΔU = W + Q 可得:Q > 0, 气体一定吸收热量,故 B 错误;根据热力学第二定律可知,热量不可能 自发地从低温物体传递到高温物体,若有外界做功的话,可以从低温 物体传递到高温物体,故 C 错误;压缩气体,外界对气体做功,根据热 力学第一定律 ΔU = W + Q 得知,若气体同时放热,气体的内能不一定 增加,故 D 错误。 3. B　 在使两个分子间的距离由很远(r > 10 - 9 m) 减小到很难再靠近的 过程中,分子力开始时是引力,先增大,后减小,再变成斥力后逐渐增 大,故 A 错误;乙图中,在测量油酸分子直径时,可把油膜厚度视为分 子直径,故 B 正确;丙图中