第三章 4 热力学第二定律-【导与练】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第三册同步全程学习课件PPT（人教版） 

4　热力学第二定律 [定位·学习目标] 1.通过对自然界中与热现象有关的宏观过程方向性实例的分析,了解归纳热力学第二定律的过程和方法。 2.了解热力学第二定律的两种表述,能用热力学第二定律解释常见的不可逆过程,即自然界中的能量转化、转移以及方向性的问题,提高分析推理能力。 3.了解能量与能源的区别以及能源的有限性,了解能量耗散和品质降低的内容,能解释相关现象,提高环保意识。 探究·必备知识 知识点一　热力学第二定律 1.热力学第二定律的两种表述 (1)克劳修斯表述:热量不能自发地从 物体传到 物体。(该表述阐述了传热的 )。 (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 ) 2.意义:热力学第二定律是反映宏观自然过程的 的定律。 低温 高温 方向性 完全变成功 方向性 方向性 河水只能从高处流向低处,不会自动地从低处流向高处。成语“覆水难收”指的是一盆水泼出去后是不可能再倒回盆中的。下落的石头也不会把内能自动转化为动能,使自己重新飞上天去。请思考: (1)这些现象说明什么道理? 答案:(1)这些现象说明自然界的宏观过程不可能自动地逆向进行。 (2)能否使这些现象逆向进行? 答案:(2)可以使这些现象逆向进行,但不是自发地,必须有第三者的介入。 (3)传热的方向性能否简单理解为“热量不会从低温物体传给高温物体”? 答案:(3)不能。传热的方向性是指“热量不能自发地从低温物体传到高温物体”,有第三者介入时“热量也可以从低温物体传给高温物体”。 知识点二　能源是有限的 1.能量在数量上虽然守恒,但其转移和转化却具有 。 2.能量耗散:根据热力学第二定律,分散在环境中的 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 聚集起来驱动机器 了,这样的转化过程叫作“能量耗散”。 3.能源:指具有 的容易利用的储能物质,例如石油、天然气、煤等。 4.能源的使用过程中虽然能的总量保持 ,但能量的品质 了。虽然能量总量不会减少,但能源会逐步 ,因此能源是 的资源。 方向性 内 自动 做功 高品质 守恒 下降 减少 有限 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? 答案:能量是守恒的,但能量耗散却导致能量品质降低,高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的能量。可见,虽然能量不会减少,但方便使用的能源会越来越少,所以要节约能源。 突破·关键能力 要点一　对热力学第二定律的理解 1.电冰箱是一种利用工作物质,使热量从低温物体传到高温物体的装置,通过压缩机的工作可以使一定空间内的物体温度低于环境温度并维持低温状态。 探究:(1)电冰箱“将热量从低温物体传到高温物体”是否违背热力学第二定律? 答案:(1)在电冰箱的实例中,热量确实是从低温物体传到高温物体,但这不是自发的过程,这个过程必须有第三者的介入,即压缩机必须工作,所以其不违背热力学第二定律。 (2)夏天,将房间一台正在工作的电冰箱的门打开,这是否可以降低室内的平均温度?为什么? 答案:(2)不会降低室内的平均温度。若将一台正在工作的电冰箱的门打开,尽管可以不断向室内释放冷气,但同时冰箱的箱体也向室内散热,就整个房间来说,由于外界通过导线不断有能量输入,室内的温度会不断升高。 2.地球上有大量的海水,它的总质量约为1.4×1018 t,有人设想让这些海水的温度降低0.1 ℃,它将放出5.8×1023 J的热量,若全部用来发电,这相当于1 800万个功率为100万千瓦的核电站一年的发电量。 探究:(1)这是一件既经济又没有环境污染的事情,这一想法违背能量守恒定 律吗? 答案:(1)这一设想从能量转化角度是海水的内能转化为电能,并不违背能量守恒定律。 (2)这个设想能成功吗?为什么? 答案:(2)这种利用海水的内能发电的过程,违背了热力学第二定律,所以不会 成功。 1.在热力学第二定律的表述中,“自发地”“单一热库”“不可能”“不产生其他影响”的含义 (1)关于“自发地”:指热量从高温物体“自发地”传给低温物体的方向性。在传递过程中不需要借助其他物体提供能量。 (2)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。 (3)关于“不可能”:实际上热机或制冷机系统循环终了时,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,过程所产生的其他一切影响,不论用任何办