第3、4节 热力学第二定律 熵——系统无序程度的量度 （课件PPT）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理选择性必修第三册（鲁科版）

第3、4节　热力学第二定律　熵——系统无序程度的量度 核心 素养 导学 物理观念 (1)了解热力学第二定律的内涵。 (2)知道自然界宏观过程的方向性。 (3)了解熵的概念和熵增加原理。 (4)了解能量与能源的区别以及能源的有限性。 科学思维 (1)知道与热现象有关的宏观过程的方向性。 (2)能用热力学第二定律解释常见的不可逆过程。 科学态度与责任 能依据道德规范评价物理技术的应用，具有保护环境、节约资源、促进可持续发展的责任感。 一、可逆过程与不可逆过程 1．可逆过程和不可逆过程 (1)可逆过程：一个系统由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态，如果存在另一过程，它能使______和_____完全复原，即系统回到原来的状态，同时消除原来过程对外界的一切影响，则________过程称为可逆过程。 (2)不可逆过程：如果用任何方法都不能使______与_____完全复原，则原来的过程称为不可逆过程。 系统 外界 原来的 系统 外界 2．热传导的方向性 (1)热量可以自发地由____物体传给____物体，或者由物体的____部分传给____部分。 (2)热量不能自发地由____物体传给____物体，或者由物体的____部分传给____部分。 (3)热传递是________过程，具有_______。 3．功和热相互转化的方向性 (1)功转化为热这一热现象是________的，具有________。 (2)热转化为功这一热现象也是________的，具有________。 4．结论：凡是与________有关的宏观过程都具有_______。 高温 低温 高温 低温 低温 高温 低温 高温 不可逆 方向性 不可逆 方向性 不可逆 方向性 热现象 方向性 二、热力学第二定律及第二类永动机 1．克劳修斯表述：不可能使热量从__________传向________而不引起其他变化。(说明热传导的方向性) 2．开尔文表述：不可能从_________吸取热量，使之完全用来______而不引起其他变化。(说明机械能与内能转化的方向性) 3．第二类永动机不可能制成 (1)第二类永动机是指人们设想的从单一热源吸取______并使之完全转化为功而不引起其他变化的机器。 (2)热力学第二定律也可以表述为：第二类永动机是________实现的。 低温物体 高温物体 单一热源 做功 热量 不可能 三、熵和熵增加原理 1．有序和无序：一个系统的个体按确定的____________，有顺序地排列即有序；对个体的分布没有确定的要求，“怎样分布都可以”即无序。 2．热力学第二定律的微观本质：与热现象有关的自然发生的宏观过程总是沿着大量分子热运动无序程度______的方向进行。 3．熵：用来量度系统____________的物理量。 4．熵增加原理：在孤立系统中的宏观过程必然朝着________的方向进行。 5．熵与能量退降：在熵增加的同时，一切不可逆过程总是使得能量从_______状态转化为____________状态，即能量的品质退化了。 某种规则 增大 无序程度 熵增加 可利用 不可利用 1. 若室内的温度恒定，一杯热水静置一段时间后就会变成一杯常温 的水，但一杯常温的水不会自行变成一杯热水。下落的石头因为 与空气摩擦而变热，一部分机械能转化成了内能，但石头不能把 内能自动转化为机械能，使自己重新飞上天去。 请对以下说法作出判断： (1)热量可以自发地由高温物体传递到低温物体。 ( ) (2)热量不可能由低温物体传递到高温物体。 ( ) (3)能量传递自发进行是有方向性的。 ( ) √ × √ 2. “水往上流”是某地区的一个景点，潺潺水流顺着水沟由低处蜿蜒往高处流去，令人啧啧称奇。这是为什么？水真的可以自发地向高处流去吗？违背了什么定律？ 提示：不可以，违背了热力学第二定律。“水往上流”其实是因为这里两旁的景物倾斜度大于路面，故而造成水往上流的错觉。 3．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，请从不同宏观态所对应的微观态数目不同这个角度，解释为什么水不会自发地聚到盆中。 提示：由于盆的形状确定，水在盆中所处的宏观态对应的微观态数目少，较为有序。当把水泼出后，它的形状不受盆的限制，各种可能的形状都有，此时所处的宏观态对应的微观态数目将变得非常多，较为无序。因为自发的宏观过程总是从有序向无序发展，所以水不会自发地聚到盆中。 新知学习(一)|对热力学第二定律的理解及应用 [任务驱动] 如图是热量在传递过程中的情景。 讨论： (1)在自然过程中热量是如何传递的？ 提示：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)空调和冰箱是如何传递热量的？ 提示：空调和冰箱可以通过电机做功，把热量