第三章 2 3.热力学第二定律-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修3同步课堂高效讲义教师用书（教科版）

3．热力学第二定律 【核心素养目标】 物理观念 知道热传递、扩散现象、机械能与内能的转化都具有方向性；知道热机的效率，知道热力学第二定律的内容。 科学思维 理解热力学第二定律的两种表述。 科学态度与责任 用热力学第二定律解释日常现象。 一、自然界中宏观过程的方向性 1．事例1：冰块放到热水中，冰块融化，热水降温。 结论：热传递具有方向性。 2．事例2：红墨水滴入清水中向清水中扩散，但分散开的红墨水不能自发地聚成红墨水滴；分离的氮气分子和氧气分子混合后能相互扩散，但不能自发地分开；气体可自发地膨胀到真空，但不能自发地压缩。 结论：扩散现象具有方向性。 3．事例3：运动物体的动能能够全部转化为内能，而这些内能不能全部转化为动能使物体运动起来。 结论：机械能与内能之间的转化具有方向性。 二、热力学第二定律的表述 1．克劳修斯表述：德国物理学家克劳修斯在1850年提出：热量不可能自发地从低温物体传递到高温物体。 2．开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量，使之全部变成功，而不产生其他影响。 3．热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是等价的。 1．判断正误 (1)机械能可以完全转化为内能。(　　) (2)温度不同的两个物体接触时，热量会自发地从低温物体传递给高温物体。(　　) (3)一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。(　　) (4)热机工作时，热量不可能完全转化为机械能。(　　) 答案：　(1)√　(2)×　(3)√　(4)√ 2．链接实景 将一滴蓝色墨滴滴进清水中，墨滴将在水中扩散。问： (1)墨滴在水中的扩散最终均匀吗？ (2)变得均匀的淡蓝色的水，能自动地把滴入水中的墨滴聚合到一块变为墨滴吗？ 提示：(1)均匀　(2)不能 学生用书↓第67页 知识点一　对热力学第二定律的理解 　　如图是热量在传递过程中的情景。 (1)在自然过程中热量是如何传递的？ (2)热量能否由温度低的物体传递给温度高的物体？ (3)空调和冰箱是如何传递热量的？ 提示：(1)热量由温度高的物体传递给温度低的物体，或由温度高的地方传递到温度低的地方。 (2)能。 (3)空调和冰箱可以通过电机做功，把热量从温度比较低的房间内或冰箱内传递到房间外或冰箱外。 1．热力学第二定律的两种表述 (1)克劳修斯表述阐述了传热的方向性。热传递的过程可以自发地由高温物体向低温物体传递，但相反过程却不能自发进行，这是一个不可逆过程。 (2)开尔文表述阐述了功热转化的方向性。“单一热源”是指温度恒定且均匀的热源，“不引起其他变化”是指唯一效果是热量全部转化为功，而外界及系统都不发生任何变化。 (3)两种表述是等价的，不管如何表述，热力学第二定律都表明一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆的，这个过程可以自发地从一个方向向另一个方向进行，但是向相反方向却不能自发地进行，必须借助外界帮助。 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，进而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)如图所示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背热力学第二定律 D．电冰箱的工作原理违背热力学第二定律 BC　[根据热力学第二定律，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，要想使热量从低温物体传到高温物体必须借助于其他系统做功，故A错误，B正确；电冰箱的工作原理不违背热力学第二定律，故C正确，D错误。] 针对练1．(多选)关于自然过程的方向性，下列说法正确的是(　　) A．摩擦生热的过程是可逆的 B．凡是符合能量守恒的过程一般都是可逆的 C．实际的宏观自发过程都具有“单向性”或“不可逆性” D．气体的自由膨胀是不可逆过程 CD　[机械能和内能的转化过程具有方向性，所以摩擦生热的过程是不可逆的，故A错误；实际的宏观自发过程都符合能量守恒定律，具有“单向性”或“不可逆性”，故B错误，C正确；气体自由膨胀的过程具有方向性，是不可逆过程，故D正确。] 针对练2．(多选)根据热力学第二定律分析，下列说法正确的是(　　) 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，也可以从低温物体传到高温物体 C．机械能可以全部转化为内能 D．内能可以全部转化为机械能而不引起其他变化 BC　[根据热传导的规律可知，热量可以自发地从高温物体传到低温物体，却不能自发地(不需要外界帮助)从低温物体传到高温物体，