第三章 3 4.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（人教版）

4．热力学第二定律 【学习目标】 学科知识 学科能力 学科素养 1.热力学第二定律的理解 2.能源是有限的 1.能深刻理解热力学第二定律的内容，提高学生观察记忆能力 2.运用热力学第二定律知识解释典型的物理现象，提高综合应用能力 3.能根据能量耗散的内容，增强节约能源意识 1.物理观念：理解热力学第二定律的内容 2.科学思维：能运用热力学第二定律分析问题 知识点一　热力学第二定律 1．如图甲为一杯热茶，放置一段时间会变凉，那么茶水会自动变热吗？它说明传热有什么特点？ 2．如图乙为一滴红色颜料滴进一杯清水中扩散，整杯水将均匀地变红。那么水中扩散后的颜料能否自发地重新聚集在一起，而其余部分又变成清水？它说明扩散现象有什么特点？ 3．如图丙为一辆运动的玩具小车在地面上滑行一段距离后停下来，小车的机械能转化成什么能了？停下来的小车能自动运动起来吗？它说明该过程的能量转化有什么特点？ 提示：1.茶水不会自动变热，它说明传热有方向性。 2．水中扩散后的颜料不会自发地重新聚集在一起，而其余部分又变成清水，它说明扩散现象有方向性。 3．机械能转化为内能；停下来的小车不会自动运动起来，它说明机械能转化为内能的过程有方向性。 1．热现象的方向性：只要涉及热现象的过程都有特定的方向性，一切与热现象有关的宏观自然现象都是不可逆的。 2．热力学第二定律 反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律。 3．热力学第二定律的克劳修斯表述： 热量不能自发地从低温物体传到高温物体。定律阐述的是传热的方向性。 4．热力学第二定律的开尔文表述： (1)热机 ①从能量角度看，热机工作的两个阶段：第一个阶段是燃烧燃料，把燃料中的化学能变成工作物质的内能；第二个阶段是工作物质对外做功，把自己的内能变成机械能。 ②热机用于做功的热量一定小于它从高温热库吸收的热量，即W<Q。 (2)热力学第二定律的开尔文表述：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。定律阐述的是机械能与内能转化的方向性。 5．热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是等价的。 学生用书↓第76页 6．熵与熵增加原理 (1)1850年，克劳修斯首次提出熵的概念，熵可用来表达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)孤立系统：不与外界进行物质和能量交换的系统。 (3)熵增加原理：在自发过程中，系统总是自发地向无序方向发展，即一个孤立系统的熵值总是不减少的。 【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。(√) 1．热力学第二定律表述中的几个关键词含义的理解 关键词 含义理解 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借助其他物体提供能量等。 不产生其他影响 是指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。 单一热库 是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。据报道，有些国家已在研究利用海水上下温度不同来发电。 不可能 是指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，过程所产生的其他一切影响，不论用任何的办法都不可能加以消除。 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的宏观过程的方向性，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。 下列过程中可能发生的是(　　 ) A．某种物质从高温热源吸收20 kJ的热量，全部转化为机械能，而没有产生其他任何影响 B．打开一高压密闭容器，其内气体自发逸出后又自发跑进去，恢复原状 C．利用其他手段，使低温物体温度更低，高温物体的温度更高 D．将两瓶不同液体混合，然后它们又自发地各自分开 C　[根据热力学第二定律，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体，而不引起其他的影响，但通过一些其他手段是可以实现的，故C正确；内能全部转化为机械能不可能自发地进行，要使内能全部转化为机械能必定会产生其他影响，故A错误；气体膨胀具有方向性，故B错误；扩散现象也有方向性，故D错误。] 特别提醒 几个热现象实例过程的方向性 1．高温物体低温物体。 2．机械能内能。 3．气体体积V1(较小)气体体积V2(较大)。 4．不同气体A和B混合气体AB。 学生用书↓第77页 针对练1.(多选)根据热力学第二定律，可知下列说法中正确的是(　　 ) A．热量能够从高