3.4热力学第二定律学案-2021-2022学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

4．热力学第二定律

 

 

核心素养目标

物理观念：热力学第二定律

科学思维：①会用能流图理解热力学第二定律．

②与热现象有关的宏观过程的方向性．

科学探究：研究热机的工作原理．

科学态度与责任：通过学习热力学第二定律树立节约能源的意识.

 

知识点一、热力学第二定律

1．热力学第二定律的克劳修斯表述

(1)热传导的方向性：一切与热现象有关的宏观自然过程都是________．

(2)热力学第二定律的克劳修斯表述：德国物理学家克劳修斯在1850年提出：热量不能自发地从________物体传到________物体．热力学第二定律的克劳修斯表述，阐述的是传热的________．

点睛：

克劳修斯的描述可以说：热量能从低温物体传到高温物体，但需要第三者参与，对第三者产生影响．

 

2．热力学第二定律的开尔文表述

(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________变成工作物质的________．第二个阶段是工作物质对外________，把自己的内能变成______．

②热机用于做功的热量一定____它从高温热库吸收的热量．

(2)开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之________，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)

拓展：

开尔文的表述相当于：不可能制造成这样一种机器，在一个循环动作后，只是从单一热库吸收热量，使之完全变为功，而不

产生其他影响．这是对热机工作的总结．

 

知识点二、能源是有限的

1．能源：能源是指具有高品质的容易利用的储能物质．

2．“能量耗散”分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它也只不过能使地球、大气稍稍变暖一点，却再也不能自动聚集起来驱动机器做功了．这样的转化过程叫作“能量耗散”．

 

 

 

要点一　热力学第二定律的应用

1．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”．

2．还要正确理解哪些过程不会达到100%的转化而不产生其他影响．

 

题型1　热力学第二定律的理解及应用

【例1】　下列说法中正确的是(　　)

A．热量能自发地由高温物体传到低温物体

B．热量能自发地由低温物体传到高温物体

C．热量一定不可能由低温物体传到高温物体

D．空调机既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性

对克劳修斯表述的理解

(1)阐述的是热传递的方向性．

(2)表述中“自发”二字指的是：当两个物体接触时，不需要任何第三者介入、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．

(3)热量可以从低温物体传到高温物体，但一定不是自发地，即一定有第三者介入．

对开尔文表述的理解

①阐述的是机械能与内能转化的方向性．

②表述中的“其他影响”是指除了从单一热库吸热，把所吸收的热用来做功，而自身的状态(温度、体积、压强)是否变化．

③可以从单一热库吸收热量使之完全变成功或者说内能，可以完全转化为机械能，但这一定产生了其他影响(如等温膨胀时体

积改变)．

热力学第一定律与第二定律的关系

①热力学第一定律揭示了做功和传热改变物体内能的规律关系，是能量守恒定律在热学中的表现，否定了第一类永动机．

②热力学第二定律揭示了有大量分子参与的宏观自然过程的方向性．

③两定律分别从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律，二者相互独立，又相互补充．

题型2　热力学第一定律与热力学第二定律的关系

【例2】　关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述正确的是(　　)

A．热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化，而热力学第二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式的能，故这两条定律是相互矛盾的

B．内能可以全部转化为其他形式的能，只是会产生其他影响，故两条定律并不矛盾

C．两条定律都是有关能量的转化规律，它们不但不矛盾，而且没有本质区别

D．其实，能量守恒定律已经包含了热力学第一定律和热力学第二定律