第3章 第3、4节 热力学第二定律 熵—系统无序程度的量度（word教参）-【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2019）

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，它能使系统和外界完全复原，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，则原来的过程称为可逆过程。 (2)不可逆过程：如果用任何方法都不能使系统与外界完全复原，则原来的过程称为不可逆过程。 2．热传导的方向性 (1)热量可以自发地由高温物体传给低温物体，或者由物体的高温部分传给低温部分。 (2)热量不能自发地由低温物体传给高温物体，或者由物体的低温部分传给高温部分。 (3)热传递是不可逆过程，具有方向性。 3．功和热相互转化的方向性 (1)功转化为热这一热现象是不可逆的，具有方向性。 (2)热转化为功这一热现象也是不可逆的，具有方向性。 4．结论：凡是与热现象有关的宏观过程都具有方向性。 二、热力学第二定律及第二类永动机 1．克劳修斯表述：不可能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化。(说明热传导的方向性) 2．开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量，使之完全用来做功而不引起其他变化。(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热量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：第二类永动机是不可能实现的。 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某种规则，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增大的方向进行。 3．熵：用来量度系统无序程度的物理量。 4．熵增加原理：在孤立系统中的宏观过程必然朝着熵增加的方向进行。 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可利用状态转化为不可利用状态，即能量的品质退化了。 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，把热量从温度比较低的房间内或冰箱内传递到房间外或冰箱外。　　　　 [重点释解] 1．对热力学第二定律的理解 (1)“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。在传热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。 (2)“不产生其他影响”的含义是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。 (3)“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。据报道