3.4 热力学第二定律-【物理优课PPT】高中物理选择性必修第三册同步PPT课件（人教版2019）

授课老师：*** 1.知道热传递、扩散现象、机械能与内能的转化等都具有方向性，具有方向性的过程是不可逆的； 2.理解热力学第二定律的两种表述，并能用热力学第二定律解释第二类永动机不可能制成； 3.学会用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移及方向性问题； 4.学会运用热力学第二定律解决一些实际问题。 核心素养要求 核心素养呈现 热力学第一定律 物理观念 热力学第二定律两种表述 热机 科学思维 一切与热现象有关的宏观过程是不可逆的 科学探究 节约能源的原因 应用热力学第二定律解决一些实际问题 科学 态度 与责任 前情回顾 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体;在转化和转移过程中其总量不变，这就是能量守恒定律。 能量守恒定律的内容是什么? 前情回顾 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体;在转化和转移过程中其总量不变，这就是能量守恒定律。 覆水难收 君不见黄河之水天上来 奔流到海不复回 大家是否发现一些事件的发展过程具有方向性、不可逆性? 情景引入 5 温故知新 物体间的热传递有特定的方向性： 能量守恒定律告诉我们，在自然界发生的一切过程中能量都是守恒的，一个导致能量创生或能量消失的过程是不可能出现的。 符合能量守恒定律的宏观过程都能自发地进行吗？ 只能自发地从高温物体传递到低温物体，或从物体的高温部分传递到物体的低温部分。 6 温故知新 气体的膨胀有特定的方向性： 能量守恒定律告诉我们，在自然界发生的一切过程中能量都是守恒的，一个导致能量创生或能量消失的过程是不可能出现的。 符合能量守恒定律的宏观过程都能自发地进行吗？ 只能自发地向低压空间膨胀。 7 温故知新 扩散有特定的方向性： 能量守恒定律告诉我们，在自然界发生的一切过程中能量都是守恒的，一个导致能量创生或能量消失的过程是不可能出现的。 符合能量守恒定律的宏观过程都能自发地进行吗？ 只能自发地由密度大的区域向密度小的区域扩散。 8 随堂小结 无数事实告诉我们，凡是实际的过程，只要涉及热现象，都有特定的方向性。这些过程可以自发地朝某个方向进行，例如，热由高温物体传向低温物体，而相反的过程，即使不违背能量守恒定律，我们也从未见到它们会自发地进行。这就是说，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 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。 9 一、热力学第二定律 1. 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。 热量不能自发地从低温物体传到高温物体 ⑴ 这里阐述的是热传递的方向性 热力学第二定律是用否定语句表述的（绝大多数物理定律都是用肯定语句表述的），它告诉我们什么样的过程不可能发生。 ⑵“自发”二字的意义 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。 ⑶ 克劳修斯表述也相当于 如果一台制冷机，制冷系数为： ，W为外界对机器做的功，Q2为从低温物体吸收的热量。 不可能造成这样一台制冷机器，W→0，ε→∝，该机器在一个循环动作完成后，外界没有变化，唯一的结果是把 Q2 从低温物体传送到高温物体。 10 思考与讨论 电冰箱通电后箱内温度低于箱外温度，并且还会继续降温，直至达到设定的温度。显然这是热量从低温物体传递到了高温物体。这一现象是否违背热力学第二定律呢？ 电冰箱工作时热量的确从低温物体——冰箱内的食品，传到了高温物体——冰箱外的空气。但是这不是自发的过程，这个过程必须有第三者的介入，即压缩机消耗电能，对制冷系统做了功。 一旦切断电源，冰箱的压缩机就停止工作，电冰箱就不能把其内部的热量传给外界的空气了。自发的过程是热量从冰箱外的高温空气传向冰箱内的低温食品，使其温度逐渐升高。  11 随堂小结 1. 热传导的过程是有方向性的，这个过程可以向一个方向自发地进行，但是向相反的方向却不能自发地进行。 2.要实现相反方向的过程，必须借助外界的帮助，因而产生其它影响或引起其它变化。 热量不可能从低温物体传到高温物体而不产生其他影响。  热传导的方向性 12 温故知新 ⑴ 从能量转化的角度看，热机的工作分为两个阶段： ① 燃烧燃料 燃料中的化学能变成工作物质的内能 ② 对外做功 工作物质把自己的内能变成机械能 ⑵ 从能流分配的角度看 高温热库 Q W 低温热库 热机工作时的能流分配 W<Q 热机的工作过程 13 一、热力学第二定律 2、热力学第二定律的开尔文表述： ——英国物理学家开尔文在1851年提出。 不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不