3.3～3.4能量守恒定律、热力学第二定律-【堂堂清】2023-2024学年高二物理同步易混易错（人教版2019选择性必修第三册）

第三章 热力学定律 第三节 能量守恒定律 第四节 热力学第二定律 [核心素养·明目标] 核心素养 学习目标 物理观念 (1)了解能量守恒定律及永动机不可能制成。　 (2)知道传热、扩散现象、机械能与内能的转化具有方向性，了解能量耗散和品质降低的原因，能解释相关现象。 科学思维 (1)能根据能量守恒定律解释永动机不可能制成的原因。 (2)理解热力学第二定律的两种表述，学会用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移及方向性问题，提高分析推理能力。 科学探究 通过对热机效率的探讨，揭示热机效率不能达到100%的实质，学会与他人交流合作，提高探索科学的能力。 科学态度与责任 学会科学家探索问题的方法，养成实事求是的科学态度，培养学习科学的兴趣。 知识点一 　能量守恒定律及永动机不可能制成 1.能量守恒定律 (1)内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。 (2)意义： ①各种形式的能可以相互转化。 ②各种互不相关的物理现象可以用能量守恒定律联系在一起。 2.第一永动机不可能制成 (1)第一永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器。 (2)第一永动机不可能制成的原因：违背了能量守恒定律。 (3)意义：正是历史上设计永动机的失败，才使后人的思考走上了正确的道路。 知识点二 热力学第二定律 情景导学： (1)图甲瀑布中的水能否自发地由低处流向高处？瀑布中水的流动是可逆的吗？ (2)图乙所示为国内某柴油机厂所产的单缸柴油机，图中上方部分为水箱，热机工作时，内能可以全部转化为机械能吗？为什么？水箱所起的作用是什么？ 甲 乙 答案提示：(1)不能，该过程不可逆。 (2)柴油机工作时水箱所起的作用是作为低温热库给热机快速降温，在内能向机械能转化的过程中，内能有一部分转移到低温热库，不可能全部转化为机械能。 1.可逆过程和不可逆过程 (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.热机 (1)定义：把内能转化成机械能的一种装置。 如蒸汽机把水蒸气的内能转化为机械能；内燃机把燃烧后的高温高压气体的内能转化为机械能。 (2)热机的工作原理 工作物质从热库吸收热量，推动活塞做功，然后排出废气，同时把热量散发到冷凝器或大气中。 根据能量守恒定律有。 (3)热机的效率：把热机做的功与它从热库中吸收的热量的比值叫作热机的效率，用表示，有。 因为，所以，。这说明热机不可能把吸收的热量全部转化为机械能，总有一部分要散失到冷凝器或大气中。 (4)特别提示：①热机必须有热源和冷凝器。 ②热机不能把它吸收的全部热量转化为机械能。 ③因热机工作时，总要向冷凝器或大气散热，不可避免地要释放一部分热量，所以总有。 ④热机的效率不可能达到，即使是理想热机，没有摩擦，也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，总要有一部分热量要散发到冷凝器或大气中。 4.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。 5.结论：凡是与热现象有关的宏观过程都具有方向性。 6.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 不可能从单一热源吸取热量，使之完全用来做功而不引起其他变化。 7.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：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。 (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。 3.两类永动机的比较 第一类永动机 第二类永动机 设计要求 不消耗任何能量，可以不断做功(或只给予很小的能量启动后，可以永远运动下去)。 将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化(或只有一个热源，实现内能与机械能的转化)。 不可能的原因 违背了能量守恒定律 违背了热力学第二定律 思考与讨论：以下