第3章 第3节 热力学第二定律（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（教科版2019）

第3节　热力学第二定律 核心素养导学 物理观念 通过对自然界中与热现象有关的宏观过程方向性的实例分析，了解归纳热力学第二定律的过程和方法。 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。 科学探究 探究热机的工作原理。 一、自然界中宏观过程的方向性 1．热传递：只能从高温物体传向低温物体。 2．扩散现象：相互扩散混合的两种物体，不能自发地分开。 3．能量转化：内能不能自发地全部转化为机械能。 二、热力学第二定律 1．热力学第二定律：在物理学中，能够揭示宏观自然过程方向性规律。 2．热力学第二定律的克劳修斯表述 热量不可能自发地从低温物体传递到高温物体。 3．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，使之全部变成功，而不产生其他影响。 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．我们假想：发明一种热机，并用来对物体做功，将内能全部转化为动能，而不引起其他变化。这是否可能？ 提示：热机不能把它得到的内能全部转化为机械能，因为热机必须有热源和冷凝器，热机工作时，总要向冷凝器放热，不可避免地要由工作物质带走一部分热量Q，即使是理想热机，没有摩擦，没有漏气等能量损失，它也不可能把吸收的热量百分之百地转化为机械能，总要有一部分热量散发到冷凝器中。 新知学习(一)|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，有些国家已在研究利用海水上下温度不同来发电。 (4)“不可能”：实际上热机或制冷机系统循环一个过程结束时，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，过程中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宏观过程的方向性，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。 3．热力学过程方向性实例 (1)高温物体低温物体 (2)功热 (3)气体体积V1气体体积V2(较大) (4)不同气体A和B混合气体AB 4．热力学第二定律的其他描述 (1)一切宏观自然过程的进行都具有方向性。 (2)气体向真空的自由膨胀是不可逆的。 [典例体验] [典例]　(多选)下列现象不可能发生的是(　 ) A．在一与外界绝热的房间内，将一台正在工作的电冰箱的门打开，能使该房间降温 B．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化为机械能 C．一个在粗糙的水平地面上运动的物体最终要停下来，物体的动能全部转化为内能 D．在热传导中，热量可以自发地从高温物体传向低温物体 [解析]　在一与外界绝热的房间内，将一台正在工作的电冰箱的门打开，消耗了电能，产生了焦耳热，所以房间温度不仅不能降低还会升高，故A不可能发生；蒸汽机不可能把蒸汽的内能全部转化为机械能，转化过程中必然存在能量耗散，故B不可能发生；一个在粗糙的水平地面上运动的物体最终要停下来，物体的动能全部转化为内能，C可能发生；在热传导中，热量可以自发地从高温物体传向低温物体，D可能发生。 [答案]　AB /易错警示/ 对热力学第二定律理解的两个误区 (1)误认为热量只能由高温物体传到低温物体，不能由低温物体传到高温物体。 热量可以由高温物体传到低温物体，也可以由低温物体传到高温物体；但是，前者可以自发完成，而后者则必须有外界参与。 (2)误认为机械能可以完全转化为内能，而内能不能完全转化为机械能。 机械能可以完全转化为内能，内能也可以完全转化为机械能；