第3章 第3节 热力学第二定律（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材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 课程内容要求 核心素养提炼 1.知道热现象发生过程的方向性. 2.掌握热力学第二定律的两种表述并理解其物理意义. 1.物理观念：热力学第二定律的两种表述. 2.科学思维：两种表述的物理意义及等价性. 3.科学态度与责任：能源在社会发展中的地位和节约能源的意义. [对应学生用书P53] 1.热传递的方向性：热量总是从高温物体传向低温物体，而不能自发地从低温物体传向高温物体. 2.气体的扩散现象、机械能与内能之间的转化等具有方向性. 3.一切与热现象有关的宏观自然过程都具有方向性，能够揭示宏观自然过程方向性规律的是热力学第二定律. 1.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，这就是热力学第二定律的克劳修斯表述，阐述的是热传递的方向性. 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，使之全部变成功，而不产生其他影响.(即机械能与内能转化具有方向性) 3.对热力学第二定律的理解 (1)对任何一种宏观自然过程方向性的说明，都可作为热力学第二定律的表述. (2)热力学第二定律的各种表述都是等价的，并可从一种表述导出另一种表述. 4.拓展学习：熵与熵增加原理 (1)熵：用来表述一个孤立系统的无序程度，该系统从有序向无序的发展过程中熵在增加. (2)熵增加原理：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小. [判断]　(对的画“√”，错的画“×”) (1)与热现象有关的宏观自然过程都是可逆的.(×) (2)热量不可能从低温物体传到高温物体.(×) (3)热机工作时，热量不可能完全转化为机械能.(√) [对应学生用书P54] 探究点一　对热力学第二定律的理解 下图是热机工作时的能流分配图，从该图可以看出热力学第二定律的意义是什么？ 提示　说明热机在工作时，不仅要从一个热源吸热，而且一定会向另一个热源放热，热量不可能完全变成功而不产生其他影响. 1.在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不可能”“不产生其他影响”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不需借助其他物体提供能量等. (2)“不可能”：实际上热机或制冷机系统循环时，除了从单一热源吸收热量对外做功，以及热量从低温热源传到高温热源以外，其过程所产生的一切其他影响，不论用任何办法都不可能消除. (3)“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. 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. (多选)下图为电冰箱的工作原理示意图.压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环.在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外.下列说法正确的是(　　) A.热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外 B.电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能 C.电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律 D.电冰箱的工作原理违反热力学第二定律 BC　[热力学第一定律适用于所有的热学过程，C正确，D错误；由热力学第二定律可知，A错误，B正确.] [训练1]　(多选)根据热力学第二定律可知，下列说法正确的是(　　) 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，也可能从低温物体传到高温物体 C.功可以全部变成热量，但热量不可能全部变成功 D.功可以全部变成热量，热量也可能全部变成功 BD　[根据热传递的规律可知，热量能够自发地从高温物体传到低温物体；当外界对系统做功时，可以使系统从低温物体吸取热量传到高温物体上去，制冷机(如冰箱)就是这样的装置，但是热量不能自发地从低温物体传到高温物体，A错误，B正确；一个运动的物体，克服摩擦阻力做功，最终停止，在这个过程中功全部变成热量；外界条件发生变化时，热量也可以全部变成功，如在等温膨胀过程中，系统吸收的热量全部变成对外界做的功，C错误，D正确.] 探究点二　第二类永动机及两类永动机的对比 静止在水平地面上的足球能不能自发地降低温度向地面和周围的空气释放内能，并将释放的内能全部转化为足球的动能，让足球滚动起来，且永远运动下去？ 提示　不能，因为违反热力学第二定律. 1.第二类永动机不可能制成的原因 所谓第二类永动机是指从单一热库吸收热量并使之完全转化为功而不产生其他影响的机器.由于内能不会自发地完全转化为机械能，而不产生其他影响，因此第二类永动机是不可能制成的. 2.两类永动机的比较 分类 第一类永动机 第二类永动机 设计要求 不消