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）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第三册（鲁科版2019）

第3节　热力学第二定律 第4节　熵——系统无序程度的量度 核心素养 物理观念 科学思维 科学态度与责任 1.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。 2．能用热力学第二定律解释常见的不可逆过程，即自然界中能量转化、转移的方向性问题。 3．了解能量与能源的区别以及能源的有限性。 通过对热机效率的探讨，揭示热机效率不能达到100%的实质，提高探索科学的能力。 注重运用热力学定律分析和解决实际问题的能力、实事求是的科学态度，培养学习科学的兴趣。 [对应学生用书P53] 知识点一 可逆过程和不可逆过程 1.(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：一个系统由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态，如果用任何方法都不能使系统和外界完全复原，则原来的过程称为不可逆过程。 2．热传递的方向性 (1)热量可以自发地➊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．功热转化的方向性 功热转化这一热现象是不可逆的，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。 知识点二 热力学第二定律及第二类永动机 1.热力学第二定律 (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。 (2)开尔文表述：不可能从单一热源➋吸取热量，使之完全用来做功而不引起其他变化➌。 2．第二类永动机 (1)定义：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)第二类永动机不可能制成➍。 (3)热力学第二定律的又一表述：第二类永动机是不可能实现的。 知识点三 熵——系统无序程度的量度 1.有序与无序 (1)生活中符合某种规则的现象称为有序➎，反之称为无序➎。 (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。 2．熵和熵增加原理➐ (1)熵的定义：用来量度系统无序程度的物理量叫作熵。 (2)熵增加原理：孤立系统中的宏观过程必然朝着熵增加的方向进行。 3．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，能量品质退化了，这种现象称为能量退降。 1．第一类永动机违背了能量守恒定律。 (√) 2．在一定条件下，热量也可以从低温物体传给高温物体。(√) 3．熵是系统内分子运动无序性的量度。(√) 批注➊：“自发地”是指热量从高温物体传给低温物体的方向性，且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。 ➋：“单一热源”是指温度恒定而均匀的热源。 批注➌：“不引起其他变化”是指唯一效果是热量全部转为功，而外界及系统都不发生任何变化。 批注➍：第二类永动机并不违背热力学第一定律，但违背了热力学第二定律；第一类永动机违背了热力学第一定律。 批注➎：规则越多，一个宏观状态对应的微观状态越少，出现的概率越小，我们称之为越有序。 批注➏：规则越少，一个宏观状态对应的微观状态就越多，出现的概率也越大，我们称之为越无序。 批注➐：成语“覆水难收”指一盆水泼出后是不可能再回到盆中的，从熵的变化角度解释，其原因是：由于盆的形状确定，水在盆中时，空间位置和所占据的空间的体积一定，显得“有序”“整齐”和“集中”，系统的熵低。当把水泼出后，它的形状不再受盆的限制，各种可能的形状都有，占据的空间面积和所处的位置都有多种可能，显得“混乱”“分散”，较为“无序”，系统的熵高。水泼出的过程属于从有序向无序的转化过程，导致熵的增加，符合熵增加原理。反之，水聚到盆中的过程，属于从无序向有序的转化，即从高熵向低熵转化，不符合熵增加原理，因此水不能自发地聚到盆中。 [对应学生用书P55] 探究点一　热力学第二定律　(科学思维之提升) ◆情境探究 中华文化博大精深，很多经典语句都包含着物理知识。如图所示，下列事件是否可以自发地逆向进行呢，这说明了什么？ 　　　 答案：不能自发地逆向进行，说明一些事件的发展过程具有方向性、不可逆性。 ◆探究归纳 1．自然过程的方向性 (1)热传导具有方向性 两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地由高温物体传给低温物体，而低温物体不可能自发地将热量传给高温物体，要实现低温物体向高温物体传递热量，必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起其他变化。 (2)气体的扩散现象具有方向性 两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为均匀的混合气体，但这种均匀