3.3 热力学第二定律（word教参）- 【优化探究】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第三册配套教参（教科版）

3　热力学第二定律 新课程标准 素养目标 通过自然界中宏观过程的方向性，了解热力学第二定律。 1.传热、能量、热机、效率。(物理观念) 2.理解热力学第二定律的两种表述。(科学思维) 3.用热力学第二定律解释日常现象。(科学态度与责任) [知识梳理] 一、自然界中宏观过程的方向性 1．事例：冰块放到热水中，冰块融化，热水降温。 结论：热传递具有方向性。 2．事例：红墨水滴入清水中向清水中扩散，但分散的红墨水不能自发地聚成红墨水滴；分离的氮气分子和氧气分子混合后能相互扩散，但不能自发地分开；气体可自发地膨胀到真空，但不能自发地压缩。 结论：扩散现象具有方向性。 3．事例：运动物体的动能能够全部转化为内能，而这些内能不能全部转化为动能使物体运动起来。 结论：机械能与内能之间的转化具有方向性。 二、热力学第二定律的表述 1．克劳修斯表述：德国物理学家克劳修斯在1850年提出：热量不可能自发地从低温物体传到高温物体。阐述的是热传递的方向性。 2．开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量，使之全部变成功，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。 [自主评价] 1．判断正误 (1)热现象宏观自然过程都是可逆的。(×) (2)热量不可能从低温物体传到高温物体。(×) (3)热机工作时，热量不可能完全转化为机械能。(√) 2．情景思考 热传递的方向性能否简单理解为“热量不会从低温物体传给高温物体”？ 提示：不能。“自发地”是指没有第三者影响，例如空调、冰箱等制冷机就是把热量从低温物体传到了高温物体，但是产生了其他影响，即外界做了功。 要点一　热力学第二定律 [情景探究]制冷机是使热量从低温物体传到高温物体的装置，通过制冷机的工作可以使一定空间内的物体温度低于环境温度并维持低温状态。夏天，将房间内一台正在工作的电冰箱的门打开，试分析这是否可以降低室内的平均温度？为什么？ 提示：不会降低室内的平均温度。若将一台正在工作的电冰箱的门打开，尽管可以不断向室内释放冷气，但同时冰箱的箱体向室内散热，就整个房间来说，由于外界通过导线不断有能量输入，室内的平均温度会不断升高。 1．在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产生其他影响”“单一热源”“不可能”的含义 (1)“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，在传递过程中不会对其他物体产生影响或借助其他物体提供能量等。 (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。 (3)“单一热源”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。据报道，有些国家已在研究利用海水上下温度不同来发电。 (4)“不可能”：实际上热机或制冷机系统循环终了时，除了从单一热源吸收热量对外做功，以及热量从低温热源传到高温热源以外，过程所产生的其他一切影响，不论用任何的办法都不可能加以消除。 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，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。 　(多选)如图为电冰箱的工作原理示意图。压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环。在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外。下列说法正确的是(　　) A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外 B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能 C．电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律 D．电冰箱的工作原理违反热力学第二定律 [解析]　热力学第一定律适用于所有的热学过程，C正确；由热力学第二定律可知，A、D错误，B正确。 [答案]　BC 对热力学第二定律理解的两点说明 (1)理解热力学第二定律的关键在于“自发”和“不引起其他变化”。 (2)热量可以从高温物体传到低温物体，也可以从低温物体传到高温物体，只不过前者能自发地进行，后者必须借助外界的帮助；机械能可以全部转化为内能，而内能要全部转化为机械能肯定会引起其他变化。 针对训练 1．(多选)根据热力学第二定律可知，下列说法中正确的是(　　) A．热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体 B．热量能够从高温物体传到低温物体，也能从低温物体传到高温物体 C．功可以全部变成热量，但热量不可能全部变成功 D．功可以全部变成热量，热量也可能全部变成功 解析：根据热传递的规律可知，热量能够自发地从高温物体传到低温物体，当外界对系统做功时，可以使系统从低温物体吸取热量传到高温物体，制冷机(如冰箱)就是这样的装置，但是热量不能自发地从低温物体传到高温物体，选项A错误，B正确；一个运