第3章 第4节 热力学第2定律（word教参)-【状元桥·优质课堂】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修 第三册（人教版2019）

第4节　热力学第二定律 [学习目标] 1.通过自然界中客观过程的方向性，了解热力学第二定律（物理观念）.2.了解热力学第二定律的两种不同表述，以及两种表述的物理实质（物理观念）.3.能运用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移以及宏观自然过程的方向性问题（科学思维）.4.认识能量耗散，知道能源是有限的（物理观念）. 知识点一　　热力学第二定律 1.定义：在物理学中，反映宏观自然过程的　方向　性的定律. 2.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.阐述的是传热的　方向　性. 3.热力学第二定律的开尔文表述 （1）热机 ①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.（该表述阐述了机械能与内能转化的方向性） 4.热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是　等价　（选填“等价”或“不等价”）的. 　知识点二　　能源是有限的 1.能源：具有　高品质　的容易利用的储能物质. 2.能量耗散：使用的能源转化成内能分散在环境中不能自动聚集起来驱动机器做功，这样的转化过程叫作“能量耗散”. 3.能源的使用过程中虽然能的总量保持守恒，但能量的品质下降了，　能源　减少了. 1.判断下列说法的正误. （1）所有符合能量守恒定律的宏观过程都能自发进行. （　×　） （2）一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的. （　√　） （3）自然界中的能量是守恒的，所以能源是无限的资源. （　×　） （4）能量在使用过程中，能量的品质下降了. （　√　） 2.热量总是自发地从高温物体传递给低温物体，这说明传热过程具有　方向性　.冰箱工作时，能把冰箱内的热量传递到冰箱外，这　不违反　（选填“违反”或“不违反”）热力学第二定律. 探究点一　　对热力学第二定律的理解 【知识拓展】 1.在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产生其他影响”“单一热库”“不可能”的含义 （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. （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. 3.热力学过程的方向性实例 （1）高温物体低温物体.（2）机械能内能. （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. 【例题1】（多选）根据热力学第二定律，可知下列说法中正确的是（　　） A.热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体 B.热量能够从高温物体传到低温物体，也可以从低温物体传到高温物体 C.机械能可以全部转化为内能 D.内能可以全部转化为机械能而不引起其他变化 思维导引：热量可以从低温物体传向高温物体，气体也可以从单一热库吸收热量使之完全变成功，只不过不能自发进行，需要借助外界帮助而已. 答案　BC　 解析　根据热传导的规律可知，热量可以自发地从高温物体传到低温物体，却不能自发地（不需要外界帮助）从低温物体传到高温物体，但是如果借助外界的帮助，热量可以从低温物体传到高温物体，选项A错误，B正确；机械能可以全部转化为内能（如一个运动物体克服摩擦力做功且最终停止运动时，机械能全部转化为内能），内能无法全部转化为机械能而不引起其他变化，选项C正确，D错误. 【变式1】随着世界经济的快速发展，能源短缺问题日显突出，油价不断攀升，已对各国人民的日常生活造成了各种影响，如排长队等待加油的情景已经多次在世界各地发生，能源成为困扰世界经济发展的重大难题之一.下列有关能量转化的说法正确的是（　　） A.不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不产生其他的影响 B.只要对内燃机不断进行改进，就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能 C.满足能量