第三章 4.热力学第二定律-2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第三册【新课程同步训练】学习手册（人教版）

学 第三章 热力学定律 知 识 梳 理 知识点 1 热力学第二定律 1. 热力学第二定律是反映宏观自然过程的方 向性的定律。 它有多种表述。 （ 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。 （ 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。 2. 两种表述的关系： 上述两种表述是等价 的， 可以从其中一种表述推导出另一种表 述， 而且对任何一类宏观自然过程进行方 向的说明， 都可以作为热力学第二定律的 表述。 知识点 2 热机 1. 定义： 把内能转化为机械能的装置。 2. 原理： 热机从高温热库吸收热量 Q 1 ， 推 动活塞做功 W ， 然后向低温热库释放热 量 Q 2 。 知识点 3 热力学第二定律的微观解释 1. 热力学第二定律的微观解释： 一切自然过 程总是沿着分子热运动的无序性增大的方 向进行。 2. 熵 （ 1 ） 定义： 若用 Ω 表示一个宏观状态所对应 的微观状态的数目、 k 表示玻尔兹曼常 量、 S 表示熵， 则 S=klnΩ 。 （ 2 ） 意义： 熵是表示系统内分子运动无序性 的量度。 3. 用熵的概念表示热力学第二定律 在任何自发过程中， 一个孤立系统的总 熵不会减少。 如果过程可逆， 则熵不变； 如 果过程不可逆， 则熵增加。 所以， 热力学第 二定律又叫作熵增加原理。 知识点 4 能源和可持续发展 1. 能量耗散 （ 1 ） 定义： 分散在环境中的内能不能自动聚 集起来驱动机器做功。 这样的转化过程 叫作能量耗散。 （ 2 ） 遵循的规律： 能量守恒定律和热力学第 二定律。 能量耗散的过程不是能量消失 了， 而是一种形式的能转化成另一种形 式的能， 而且在这一系列的转化过程中 都具有方向性。 （ 3 ） 产生的结果： 将能量从高度有用的形式 4. 热力学第二定律 交通信号灯的电功率： P 额 ＝40 W ， 交通信号灯正常工作 8 h 消耗的电能： W 有用 ＝Pt＝40 W×8×3600 s＝1.152×10 6 J ， 太阳能照明灯利用太阳能的效率： η＝ W 有用 W 总 × 100%＝16% ， 故 C 正确， A 、 B 、 D 错误。 答案： C 变式训练答案 1. A 2. BD 75 学 第三册 （人教版）高中物理选择性必修 降级为不大可用的形式， 即能量品质 降低。 2. 能源 （ 1 ） 定义： 能源是能够提供可利用能量的 物质。 （ 2 ） 能源分类： 不可再生能源和可再生能源。 （ 3 ） 常规能源： 煤、 石油、 天然气。 要 点 突 破 要点 1 热力学第二定律及其理解 1. 热传导的方向性 温度不同的两个物体接触时， 热量会自 发地从高温物体传向低温物体， 但不会自发 地从低温物体传给高温物体。 要实现相反方 向的过程， 必须有外界的帮助， 所以会引起 其他变化。 2. 对热力学第二定律的理解 （ 1 ） 单一热库： 指温度均匀并且恒定不变的 系统。 若一系统各部分温度不相同或者 温度不稳定， 则构成机器的工作物质可 以在不同温度的两部分之间工作， 从而 可以对外做功。 （ 2 ） 其他影响： 指除了从单一热库吸收的热 量， 以及所做的功以外的其他一切影 响。 不是不能从单一热库吸收热量而对 外做功， 而是这样做的结果， 一定伴随 着其他变化或影响； 同样， 热量也不是 不能从低温物体传到高温物体， 而是指 不产生其他影响的自动热传导是不可 能的。 （ 3 ） 关于 “不可能”： 实际上热机或制冷机 系统循环终了时， 除了单一热库吸收热 量对外做功， 以及人类从低温热库传到 高温热库以外， 过程所产生的其他一切 影响， 不论用任何复杂的方法都不可能 加以消除。 （ 4 ） 适用条件： 只能适用大量分子所构成的 系统及有限范围内的宏观过程， 而不适 用少量分子的微观系统， 也不能把系统 扩展到无限的宇宙。 （ 5 ） 热力学第二定律两种表述是等价的： 两 种表述都揭示了热现象宏观过程的方向 性。 两种表述可以互相推导。 例 1 （多选） 下列对热力学定律的理解正 确的是 （ ） A. 可以从单一热源吸收热量， 使之完全变 为功 B. 由热力学第一定律可知做功不一定改变 内能， 热传递也不一定改变内能， 但同 时做功和热传递一定会改变内能 C. 空调机在制冷过程中， 从室内吸收的热 量少于向室外放出的热量 D. 热量不可能由低温物体传给高温物体 解析： 不能从单一热源吸收热量使之完全变 为功而不产生其他影响， 但在一定的条件下 可以从单一热源吸收热量， 使之完全变为 功， 故 A 正确； 由热力学第一定律可知： 只 对某一热力学系统做功或热传导， 该系统内 能一定改变， 但是对热力学系统同时做功和 热力学