第三章 第4节 热力学第二定律-【高考领航】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第三册同步核心辅导与测评教师用书（人教版）

第4节　热力学第二定律 核心素养要求 核心素养呈现 1.知道热传递、扩散现象、机械能与内能的转化等都具有方向性．具有方向性的过程是不可逆的． 2.理解热力学第二定律的两种表述，并能用热力学第二定律解释第二类永动机不可能制成． 3.学会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． 4.学会运用热力学第二定律解决一些实际问题. 　热力学第二定律 1．一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆的． 2．热力学第二定律的克劳修斯表述 热量不能自发地从低温物体传到高温物体．即热传导的过程具有方向性． 3．热力学第二定律的另一种表述 (1)热机 ①热机工作的两个阶段：第一个阶段是燃烧燃料，把燃料中的化学能变成工作物质的内能．第二个阶段是工作物质对外做功，把自己的内能变成机械能． ②热机的效率：热机输出的机械功W与燃料产生的热量Q的比值．用公式表示：η＝. (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．(该表述阐述了机械能与内能转化的方向性) 4. 热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是等价的． 1．热传导的过程是具有方向性的．(√) 2．热量不能由低温物体传给高温物体．(×) 3．第二类永动机违背了热力学第二定律．(√) 4．科技发达后，热机的效率可以达到100%.(×) 5．机械能可以全部转化为内能，而内能不能自发地全部转化为机械能．(√) 1．将一杯热水放在教室里，热水中的热量会“自发地”传递给空气．“自发地”含义是什么？ 2．电冰箱内部的温度比外部低，为什么制冷系统还能够不断把冰箱内的热量传递给外界的空气？ 提示：1.“自发地”指的是没有任何外界的影响或帮助． 2．这是因为电冰箱消耗了电能，对制冷系统做了功．一旦切断了电源，电冰箱就不能把其内部的热量传递给外界空气了. 　 [思考探究] 1．两个温度不同的物体互相接触时，将会出现什么现象？ 2．上述1过程中热量是自发地从高温物体传给低温物体的，我们所说的“自发地”指的是没有任何的外界影响或者帮助．那么，同学们见过热量从低温物体传给高温物体的实例吗？ 3．上述1、2现象说明什么问题？ 提示：1.两个温度不同的物体互相接触时，热量将自发地从高温物体传给低温物体，使高温物体温度降低，低温物体温度升高． 2．电冰箱消耗电能能够把热量从低温物体传给高温物体，在该过程中，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内部，使其内部温度逐渐升高． 3．热量可以自发地从高温物体向低温物体传递，但要从低温物体向高温物体传递，必须有第三者的介入． [思维深化] 1．对热力学第二定律的理解 在热力学第二定律的表述中，正确地理解“自发地”“不产生其他影响”的确切含义是理解热力学第二定律的关键所在． (1)“自发地”过程就是不受外来干扰进行的自然过程，如重物下落、植物的开花结果等都是自然界客观存在的一些过程，它不受外界干扰．在热传递过程中，热量可以自发地从高温物体传向低温物体，却不能自发地从低温物体传向高温物体．要将热量从低温物体传向高温物体，必须有“对外界的影响”或有“外界的帮助”，就是要有外界对其做功才能完成．电冰箱就是一例，它是靠电流做功的帮助把热量从低温处“搬”到高温处的． (2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响．如吸热、放热、做功等． 2．热力学第二定律的实质 热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性． 3．对热力学第二定律的两种表述等价性的证明 两种表述是等价的，即一个说法是正确的，另一个说法也必然是正确的；如一个说法是错误的，另一个说法必然是不成立的． 　对热力学第二定律的理解，下列说法正确的是(　　 ) A．热量不能由低温物体传递到高温物体 B．外界对物体做功，物体的内能必定增加 C．第二类永动机不可能制成，是因为违反了能量守恒定律 D．不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化 解析：D　根据热力学第二定律，热量不能自发地由低温物体传递到高温物体，但在一定条件下，热量可以由低温物体传递到高温物体，例如电冰箱的工作过程，故选项A错误；根据热力学第一定律，物体内能的变化取决于吸收或放出的热量和做功的正负两个因素，所以选项B错误；第二类永动机不违反能量守恒定律，而违反了热力学第二定律，选项C错误；选项D是热力学第二定律的表述形式之一，是正确的． 理解热力学第二定律的实质，即自然界中进行的所有涉及热现象的宏观过程都具有方向性．理解的关键在于“自发”和“不引起其他变化”． [针对训练] 1．(多选)根据热力学第二定律，下列