3.3 3.4 熵——系统无序程度的量度（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（鲁科版）

答案：(1)12 cm　(2)7 J 第3节　热力学第二定律 第4节　 熵——系统无序程度的量度 [学科素养与目标要求] 物理观念：1.通过自然界中宏观过程的方向性，了解热力学第二定律。 2．了解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。 3．了解什么是第二类永动机，知道为什么它不可能制成。 4．知道熵的概念，了解熵增加原理。 科学思维：能运用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移以及宏观自然过程的方向性问题。 科学态度与责任：能从熵增加的角度认识当前环境问题，增强环保意识和可持续发展意识。 一、可逆过程与不可逆过程 1．定义：一个系统由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态，如果存在另一过程，它能使系统和外界完全复原，即系统回到原来的状态，同时消除原来过程对外界的一切影响，则原来的过程称为可逆过程；如果用任何方法都不能使系统和外界完全复原，则原来的过程称为不可逆过程。 2．热传递的方向性 (1)热量可以自发地由高温物体传给低温物体。 (2)热量不能自发地由低温物体传给高温物体，而不引起其他变化。 (3)热传递是不可逆过程，具有方向性。 3．功热转化的方向性 (1)功转变为热这一热现象是不可逆的，具有方向性。 (2)热转变为功这一热现象也是不可逆的，具有方向性。 4．结论 凡是与热现象有关的宏观过程都具有方向性。 二、热力学第二定律及第二类永动机 1．第一种表述(克劳修斯表述) 不可能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化。(说明热传递的方向性) 2．第二种表述(开尔文表述) 不可能从单一热源吸取热量，使之完全用来做功而不引起其他变化。(说明机械能与内能转化的方向性) 3．第二类永动机不可能制成 (1)第二类永动机是指人们设想的从单一热源吸取热量并使之完全转化为功而不引起其他变化的机器。 (2)热力学第二定律也可以表述为：第二类永动机是不可能实现的。 三、熵和熵增加原理　熵与能量退降 1．熵的定义：用来量度系统无序程度的物理量称为熵。 2．熵增加原理：在孤立系统中的宏观过程必然朝着熵增加的方向进行。孤立系统是指与外界既没有物质交换又没有能量交换的系统。 3．能量退降：在熵增加的同时，一切不可逆过程总是使得能量从可利用状态转化为不可利用状态，能量的品质退化了，这种现象称为能量退降。 [基础知能小试] 1．判断下列说法的正误。 (1)热量不会从低温物体传给高温物体。(×) (2)机械能可以完全转化为内能，而内能不可能完全转化为机械能。(×) (3)可以从单一热库吸收热量，使之完全变为功。(√) (4)第二类永动机违背了能量守恒定律。(×) 2．热量总是自发地从高温物体传递给低温物体，这说明热传递过程具有________。冰箱工作时，能把冰箱内的热量传递到冰箱外，这________(填“违反”或“不违反”)热力学第二定律。 答案：方向性　不违反 要点一　对热力学第二定律的两种理解 　(1)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”？ (2)如图所示是制冷机和热机的工作过程示意图，通过此图思考以下问题： ①制冷机工作时热量是自发地从低温热库传到高温热库吗？ ②热机工作时能否将从高温热库吸收的热量全部用来做功？ 提示：(1)不能。两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，使高温物体的温度降低，低温物体的温度升高，这个过程是自发进行的，不需要任何外界的影响或者帮助，有时我们也能实现热量从低温物体传给高温物体，如电冰箱，但这不是自发地进行的，需要消耗电能。 (2)①不是　②不能 1．自然过程的方向性 (1)热传递具有方向性 两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，而低温物体不可能自发地将热量传给高温物体，要实现低温物体向高温物体传递热量，必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起其他变化。 (2)气体的扩散现象具有方向性 两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为均匀的混合气体，但这种均匀的混合气体，决不会自发地分开，成为两种不同的气体。 (3)机械能和内能的转化过程具有方向性 物体在水平面上运动，因摩擦而逐渐停止下来，但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后，在地面上重新运动起来。 (4)气体向真空膨胀具有方向性 气体可自发地向真空容器内膨胀，但绝不可能出现气体自发地从容器中流出，使容器内变为真空。 2．在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产生其他影响”“单一热库”“不可能”的含义 (1)“自发地”是指热量从高温物体“自发地”传给低温物体的方向性。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