3.4 热力学第二定律-新教材高中物理选择性必修第三册【新课程同步训练】学习手册（人教版）

学 第三册 （人教版）高中物理选择性必修 知 识 梳 理 知识点 1 热力学第二定律 1. 热力学第二定律是反映宏观自然过程的方向性 的定律。 它有多种表述。 （ 1 ） 克劳修斯表述： 热量不能自发地从低温物体传 到高温物体。 （ 2 ） 开尔文表述： 不可能从单一热库吸收热量， 使 之完全变成功， 而不产生其他影响。 2. 两种表述的关系： 上述两种表述是等价的， 可 以从其中一种表述推导出另一种表述， 而且对 任何一类宏观自然过程进行方向的说明， 都可 以作为热力学第二定律的表述。 知识点 2 热机 1. 定义： 把内能转化为机械能的装置。 2. 原理： 热机从高温热库吸收热量 Q 1 ， 推动活塞 做功 W ， 然后向低温热库释放热量 Q 2 。 知识点 3 热力学第二定律的微观解释 1. 热力学第二定律的微观解释： 一切自然过程总 是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。 2. 熵 （ 1 ） 定义： 若用 Ω 表示一个宏观状态所对应的微 观状态的数目、 k 表示玻尔兹曼常量、 S 表示 熵， 则 S=klnΩ 。 （ 2 ） 意义： 熵是表示系统内分子运动无序性的量 度。 3. 用熵的概念表示热力学第二定律 在任何自发过程中， 一个孤立系统的总熵不会 减少。 如果过程可逆， 则熵不变； 如果过程不可 逆， 则熵增加。 所以， 热力学第二定律又叫作熵增 加原理。 知识点 4 能源和可持续发展 1. 能量耗散 （ 1 ） 定义： 分散在环境中的内能不能自动聚集起来 驱动机器做功。 这样的转化过程叫作能量耗 散。 （ 2 ） 遵循的规律： 能量守恒定律和热力学第二定 律。 能量耗散的过程不是能量消失了， 而是 一种形式的能转化成另一种形式的能， 而且 在这一系列的转化过程中都具有方向性。 4. 热力学第二定律 解析： （ 1 ） 设水平拉力为 F ， 力的作用时间为 t 1 ， 对金属块， 由牛顿第二定律可得 a 1 ＝ 滋 1 mg m ＝滋 1 g ， 由匀变速直线运动的速度公式可知， v 0 ＝a 1 t 1 ， 则 t 1 ＝ v 0 滋 1 g ； 对小车， 由牛顿第二定律可得 a 2 ＝ F-滋 1 mg 2m ， 由匀变速直线运动的速度公式可知： 2v 0 ＝a 2 t 1 ＝ F-滋 1 mg 2m × v 0 滋 1 g ， 则 F＝5滋 1 mg ① ； 在 A→C 过程中， 由动能定理得 对金属块： 滋 1 mgs 1 ＝ 1 2 mv 2 0 ② ， 对小车： （ F-滋 1 mg ） s 2 ＝ 1 2 ×2m× （ 2v 0 ） 2 ③ ， 由几何关系可知： s 2 -s 1 ＝ L 2 ④ ， 由 ①②③④ 解得 滋 1 ＝ v 2 0 gL ， F＝ 5mv 2 0 L 。 （ 2 ） 从小金属块滑至车中点 C 开始到小金属块停 在车的左端的过程中， 系统外力为 0 ， 动量守恒， 设 共同速度为 v ， 由 2m×2v 0 +mv 0 ＝ （ 2m+m ） v ，得 v＝ 5 3 v 0 ， 由能量守恒得 滋 2 mg · L 2 ＝ 1 2 mv 2 0 + 1 2 ×2m× （ 2v 0 ） 2 - 1 2 × 3m× 5 3 v 0 0 # 2 ， 解得 滋 2 ＝ 2v 2 0 3gL ； 滋 1 滋 2 ＝ 3 2 。 答案： （ 1 ） F 的大小为 5mv 2 0 L 。 （ 2 ） AC 段与 CB 段动摩擦因数 滋 1 与 滋 2 的比值是 3 ∶ 2 。 50 第三章 热力学定律 学 （ 3 ） 产生的结果： 将能量从高度有用的形式降级为 不大可用的形式， 即能量品质降低。 2. 能源 （ 1 ） 定义： 能源是能够提供可利用能量的物质。 （ 2 ） 能源分类： 不可再生能源和可再生能源。 （ 3 ） 常规能源： 煤、 石油、 天然气。 要 点 突 破 要点 1 热力学第二定律及其理解 1. 热传导的方向性 温度不同的两个物体接触时， 热量会自发地从 高温物体传向低温物体， 但不会自发地从低温物体 传给高温物体。 要实现相反方向的过程， 必须有外 界的帮助， 所以会引起其他变化。 2. 对热力学第二定律的理解 （ 1 ） 单一热库： 指温度均匀并且恒定不变的系统。 若一系统各部分温度不相同或者温度不稳定， 则构成机器的工作物质可以在不同温度的两 部分之间工作， 从而可以对外做功。 （ 2 ） 其他影响： 指除了从单一热库吸收的热量， 以 及所做的功以外的其他一切影响。 不是不能 从单一热库吸收热量而对外做功， 而是这样 做的结果， 一定伴随着其他变化或影响； 同 样， 热量也不是不能从低温物体传到高温物 体， 而是指不产生其他影响的自动热传导是 不可能的。 （ 3