第3章 第4节 热力学第二定律（Word教参）-【状元桥·优质课堂】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第三册（人教版2019）

第4节　热力学第二定律 1.知道一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，了解热力学第二定律，知道能量耗散的概念. 物理观念 2.知道热力学第二定律的两种不同表述，会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. 科学思维 知识点一　热力学第二定律 1．宏观过程的方向性 (1)温度不同的两个物体接触时，热量会__自发__地从高温物体传给低温物体，但不会__自发__地从低温物体传给高温物体，这说明热传递的过程具有__方向__性． (2)无数事实告诉我们，一切与__热__现象有关的宏观自然过程都是__不可逆__的． 2．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)热机用于做功的热量一定__小于__它从高温热库吸收的热量，即W<Q. 3．热力学第二定律 (1)定义：在物理学中，反映宏观自然过程的__方向性__的定律就是热力学第二定律． (2)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．(该表述阐述的是__热传递__的方向性) 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．(该表述阐述的是机械能与__内__能转化的方向性) 提醒：(1)对“自发”的理解：当两个物体接触时，不需要任何第三者的介入、不会对任何第三者产生任何影响，热量就能从一个物体传向另一个物体．当两个温度不同的物体接触时，这个“自发”的方向是从高温物体指向低温物体的；(2)对“不可能从单一热库吸热”的理解：不仅要从一个热库吸热，而且一定会向另一个热库放热． 知识点二　能源是有限的 1．能量耗散和品质降低 (1)能量耗散：容易利用的能量转化为__内__能，流散到环境中无法重新__自动聚集起来__加以利用的现象． (2)能量耗散虽然不会导致能量总量的减少，却会导致能量__品质__的降低，实际上是将能量从高度有用的__高__品质形式降级为可用性差的__低__品质形式． 2．能源：所谓能源，其实是指具有__高__品质的容易利用的储能物质，例如石油、天然气、煤等． 提醒：能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程是具有方向性的．能量虽然不会减少，但能源会越来越少，所以要节约能源． 1．判断下列说法的正误． (1)所有符合能量守恒定律的宏观过程都能自发进行．(　　) (2)一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的．(　　) (3)热机工作时，如果没有漏气和摩擦，也没有机体散热的损失，燃料产生的热量就可以完全转化为机械能．(　　) (4)自然界中的能量是守恒的，所以能源是无限的资源．(　　) (5)热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是等价的．(　　) (6)能量在使用过程中，能量的品质下降了．(　　) 答案 (1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√　(6)√ 2．如图所示是两幅宣传节约能源的图片．请思考： 　　　 既然能量是守恒的，我们为什么还要节约能源？ 提示：能量是守恒的，但能量耗散却会导致能量品质降低，它实际上是将能量从可用的形式降级为不大可用的形式．煤、石油、天然气等能源储存着高品质的能量，在利用它们的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的内能．故能量虽然不会减少但可利用的高品质能源会越来越少，所以要节约能源． 考点一　对热力学第二定律的理解 【例题1】 如图所示的汽缸内盛有一定量的理想气体，汽缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与汽缸壁的接触是光滑的，但不漏气．现将活塞杆与外界连接，在外界的帮助下使其缓慢地向右移动，这样气体将等温膨胀并通过杆对外做功．若已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法正确的是(　　) A．气体是从单一热库吸热，全用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律 B．气体从单一热库吸热，但并未全用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律 C．气体是从单一热库吸热，全用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律 D．ABC三种说法都不对 思维导引：热量可以从低温物体传向高温物体，气体也可以从单一热库吸收热量使之完全变成功，只不过不能自发进行，需要借助外界帮助而已． 答案　C 解析　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：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，如果没有外界的帮助，气体是不可能等温膨胀的，即这一过程虽然是气体从单一热库吸热，全部用来对外做功，但产生了其他影响，所以此过程不违反热力学第二定律，选项C正确． 对热力学第二定律的理解 1．一切物理过程均遵守能量守恒定律，但遵守能量守恒定律的物理过程不一定均能实现． 2．热力学第二定律的两种表述分别对应