第三章 第4节 热力学第二定律（Word教参）-【优化指导】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 课程内容要求 核心素养提炼 1．知道热现象发生过程的方向性，掌握热力学第二定律的两种描述并理解其物理意义． 2．认识“熵”，了解“能量耗散”和节约能源的意义． 1．物理观念：热力学第二定律两种表述． 2．科学思维：两种表述的物理意义及等价性． 3．科学态度与责任：能源在社会发展中的地位和节约能源的意义． [对应学生用书P42] 1．热现象的方向性：一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的． 2．克劳修斯表述 热量不能自发地从低温物体传到高温物体，这就是热力学第二定律的克劳修斯表述，阐述的是热传递的方向性． 3．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．(即机械能与内能转化具有方向性) 4．对热力学第二定律的理解 热力学第二定律的两种表述是等价的，也可以表述为：气体向真空的自由膨胀是不可逆的． 5．拓展学习：熵与熵增加原理 (1)熵：用来表述一个系统的无序程度，系统从有序向无序的发展过程中熵在增加． (2)熵增加原理：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小． [判断] (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．(√) 1．能量耗散：我们使用的能源最后都转化成了内能，分散到环境中无法重新收集起来加以利用，这样的过程叫作“能量耗散”． 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不大可用的低品质形式． [思考]　既然能量守恒．为什么还要节约能源？ 提示　人们在使用能源的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的内能．虽然能量不会减少，但能源会越来越少，所以要节约能源． [对应学生用书P42] 探究点一　对热力学第二定律的理解 如图是热机工作时的能流分配图，从该图可以看出热力学第二定律的意义是什么？ 提示　说明热机在工作时，不仅要从一个热库吸热，而且一定会向另一个热库放热，热量不可能完全变成功而不产生其他影响． 1．在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不可能”“不产生其他影响”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不需借助其他物体提供能量等． (2)“不可能”：实际上热机或制冷机系统循环时，除了从单一热库吸收热量对外做功，以及热量从低温热库传到高温热库以外，其过程所产生的一切其他影响，不论用任何办法都不可能消除． (3)“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，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一定律 BC　[热力学第一定律适用于所有的热学过程，C正确，D错误；由热力学第二定律可知，A错误，B正确．] [训练1]　(多选)根据热力学第二定律，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，也可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 BD　[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上去，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；一个运动的物体，克服摩擦阻力做功，最终停止，在这个过程中功全部变成热量；外界条件发生变化时，热量也可以全部变成功，如在等温膨胀过程中，系统吸收的热量全部变成对外界做的功，选项C错误，D正确．] 探究点二　第二类永动机及两类永动机的对比 1821年，德国物理学家塞贝克发现了一种怪现象：把两根铜丝和一根铁丝与灵敏电流计串联成闭合电路，然后把铜铁丝的一个连接点放在盛有冰水混合物的容器里保持低温，另一个连接点放在火焰上加热，升到很高的温度时，发现灵敏电流计的指针发生了偏转，表明闭合电路中产生了电流，这就是温差发电现象． 这一实验是否违反热力学第二定律？简述这