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（粤教版2019）

第三节　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，掌握热力学第二定律的两种描述并理解其物理意义． 2．知道“第二类永动机”不可能实现的原因． 1.物理观念：热力学第二定律两种表述． 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] 热传递过程是有方向性的．热量从高温物体向低温物体的热传递过程是自发进行的．反过来，要使热量从低温物体传递给高温物体，则必须借助外界的作用． 机械能和内能的转化过程也是有方向性的．机械能可以全部转化为内能，内能却无法全部用来做功以转化为机械能，而不产生其他影响． 扩散现象也具有方向性．两种不同的气体可以自发地混合，最后成为一种均匀的混合气体．相反，一种均匀的混合气体却不会自发地分开成为两种气体． 1．热力学第二定律的克劳修斯表述：德国物理学家克劳修斯在1850年提出：热量不能自发地从低温物体传递到高温物体．热力学第二定律的克劳修斯表述，阐述的是传热的方向性． 2．开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，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). [判断] (1)热现象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 如图是热量在传递过程中的情景． (1)在自然过程中热量是如何传递的？ (2)空调和冰箱是如何传递热量的？ 提示　(1)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． 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)关于“不可能”：实际上热机或制冷机系统循环终了时，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，不论用任何曲折复杂的办法都不可能加以消除． (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)如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一定律 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，选项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，选项C错误，D正确．] [训练2]　(多选)用两种不同材料的金属丝组成一个回路，接触点1插在热水中，接触点2插在冷水中，如图所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象．关于这一现象的正确说法是(　　) A．这一实验不违背热力学第二定律 B．在实验过程中，热水温度降低，冷水温度升高 C．在实验过程中，热水的内能全部转化成电能，电能则部分转化成冷水的内能 D．在实验过程中，热水的内能只有部分转化成电能，电能则全部转化成冷水的内能 AB　[自然界中的任何自然现象或过程都不违反热力学定律，本实验现象也不违反热力学第二定律，A正确；整个过程中能量守恒且传热有方向性，B正确；在实验过