第三章 3 第三节 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（粤教版）

第三节　热力学第二定律 【核心素养目标】 物理观念 了解热现象过程的不可逆性；知道与热现象有关的宏观过程的方向性。 科学思维 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。 知识点一　热现象的方向性 1．两个温度不同的物体互相接触时，热量会自发地从高温物体传递给低温物体，最后两个物体温度相同达到热平衡；热量会自发地从低温物体传递给高温物体，使两个物体的温差越来越大吗？ 2．一滴红色颜料滴进一杯清水中扩散，整杯水将均匀地变红。从系统的角度来看，扩散之前是一种状态，扩散后是另一种状态。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吗？ 3．转动着的飞轮在撤除动力后，会因摩擦而逐渐停下来，在这一过程中，机械能转化为内能，轴和飞轮的温度升高。而相反的过程(即轴和飞轮自动地冷却，内能重新转变为机械能而使飞轮转起来)能发生吗？ 提示：1.不会。　2.不能。　3.不能。 1．热传导的方向性 热量从高温物体向低温物体的热传导过程是自发进行的，反之必须借助外界的作用。 2．机械能和内能转化的方向性 (1)机械能可以全部转化为内能，内能却无法全部用来做功以转化为机械能，而不产生其他影响。 (2)第二类永动机 从单一热源吸收热量并全部用来做功，把它得到的内能全部转化为机械能，热机效率达到100%，这种想象中的热机被称为第二类永动机。 3．扩散的方向性 气体向真空的自由膨胀是不可逆的。 1．(多选)关于自然过程中的方向性，下列说法正确的是(　　) A．摩擦生热的过程是可逆的 B．凡是符合能量守恒定律的过程一般都是可逆的 学生用书↓第55页 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，是不可逆的，故D正确。] 2．下列哪个过程具有方向性(　　) ①热传导过程　②机械能向内能的转化过程　③气体的扩散过程　④气体向真空中的膨胀 A．①② B．②③ C．①②③ D．①②③④ D　[这四个过程都是与热现象有关的宏观过程，它们都是不可逆的，具有方向性，故D正确。] 1．热传导具有方向性 两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，而低温物体不可能自发地将热量传给高温物体，要实现低温物体向高温物体传递热量，必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起其他变化。 2．气体的扩散现象具有方向性 两种不同的气体可以自发地混合，最后成为一种均匀的混合气体，但这种均匀的混合气体，却不会自发地分开，成为两种气体。 同样气体可自发地向真空容器内膨胀，但绝不可能出现气体自发地从容器中流出，使容器内变为真空，所以气体向真空膨胀也具有方向性。 3．机械能和内能的转化过程具有方向性 物体在地面上运动，因摩擦而逐渐停止下来，但绝不可能出现物体吸收了原来传递出去的热量后，在地面上又重新运动起来。 知识点二　热力学第二定律 如图是制冷机和热机的工作过程示意图： 请在图片基础上思考以下问题： (1)制冷机工作时热量是自发地从低温热源传到高温热源吗？ (2)热机工作时是否将从高温热源吸收的热量全部用来做功？ 提示：(1)不是。热量从低温热源传到高温热源时需要有外界做功。 (2)否。热机工作时只将从高温热源吸收的热量一部分用来做功，剩余的释放到低温热源。 1．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递到高温物体。或者说，不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化。(该表述阐述的是热传导的方向性) 2．热力学第二定律的开尔文表述： 不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不产生其他影响。(该表述阐述的是机械能与内能转化过程的方向性) 1．(多选)(2023·山东烟台高二期末)下列说法中正确的是(　　) A．机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部用来做功以转化成机械能 B．凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量只能从高温物体传递给低温物体，而不能从低温物体传递给高温物体 C．尽管技术不断进步，热机的效率仍不能达到100% D．第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，随着科技的进步和发展，第二类永动机可以制造出来 AC　[机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部用来做功以转化成机械能。内能不可以全部用来做功以转化成机械能而不引起其他变化，故A正确；凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量只能自发从高温物体传递给低温物体，而不能自发从低温物体传递给高温物体，但在外界作用下，热量可以从低温物体传递给高温物体，故B错误