第3章 4 热力学第二定律-【精彩三年】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第三册课程探究与巩固教师用书配套课件PPT（人教版）

第三章 热力学定律 4　热力学第二定律 课程解读 课标要点 学科素养 链接浙江选考 通过自然界中宏观过程的方向性，了解热力学第二定律。 基于对热力学定律的认识，结合可持续发展的观念，讨论人类合理开发和利用能源的问题。 讨论为什么“第二类永动机”不可能实现 物理观念：增强能量观念。 科学态度与责任：结合可持续发展的观念，讨论人类合理开发和利用能源的问题 1．了解热力学第二定律 2．讨论人类合理开发和利用能源的问题 3．了解“第二类永动机”不可能实现的原因 目录 CONTENTS 新教材•知本与思辨 新教材•拓展与应用 01 02 新教材•知本与思辨 01 1．在物理学中，反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律。 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。 知识点一　热力学第二定律 3．热机 (1)热机的工作分为两个阶段：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)如图所示，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。 4．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。 (1)其他影响：指除了从单一热库吸收的热量，以及所做的功以外的其他一切影响；或者除了从低温物体吸收热量、高温物体得到相同的热量外，其他一切影响和变化。 (2)不是不能从单一热库吸收热量而对外做功，而是这样做的结果一定伴随着其他变化或影响。同样，也不是热量不能从低温物体传到高温物体，而是指不产生其他影响的自动传热是不可能的。 5．热力学第一定律与热力学第二定律的比较 规律 热力学第一定律 热力学第二定律 区别 热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的体现，否定了创造能量和消灭能量的可能性，从而否定了第一类永动机 热力学第二定律反映了一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，从而否定了第二类永动机 联系 两定律都是热力学基本定律，分别从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律，二者相互独立，又相互补充，都是热力学的理论基础 6．两类永动机的比较 比较项 第一类永动机 第二类永动机 设计 要求 不消耗任何能量，可以不断地对外做功(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 1．判断题(正确的打“√”，错误的打“”) (1)热力学第二定律的克劳修斯表述与开尔文表述不是等价的。(　 　) (2)热力学第二定律的每一种描述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性。(　 　) (3)温度不同的两个物体接触时，热量能自发地从高温物体传给低温物体，所以热量不能由低温物体传给高温物体。(　 　) 2．思考题：自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有什么性质？ 【答案】 方向性。 思辨 × √ × 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”。 知识点二　能源是有限的 1．判断题(正确的打“√”，错误的打“”) (1)具有高品质的容易利用的储能物质称为能源。(　 　) (2)能量在数量上虽然是守恒的，但其转移和转化却具有方向性。(　 　) (3)我们使用的能源最后都转化成了内能，能源消耗使得周围环境升温。(　 　) 2．思考题：能量是守恒的，为什么还要节约能源？ 【答案】 在能源的使用过程中，虽然能的总量保持守恒，但能量的品质下降了，能源减少了。 思辨 √ √ √ 新教材•拓展与应用 02 例1 (多选)根据热力学第二定律分析，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，但变化的内能不可以全部转化为机械能 D．机械能可以全部转化为内能，变化的内能也可以全部转化为机械能 类型一　对热力学第二定律的理解 BD 【解析】 根据传热的规律可知，热量可以自发地从高温物体传到低温物体，但不能自发地(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，故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而最终停止运动时，机械能全部转化为内能)；在一定条件下，变化的内能也可以全部转化为机械能(如理想气体在等温膨胀过程中，将吸收来的热量全部用来做功)，故C错误，D正确。 类型一　对热力学第二定律的理解 活学活用 下列有关热力学第二定律的说法正确的是(　 　) A．气体自发的扩散运动总是向着更为无序的方向进行，是可逆过程 B．第二类永动机虽然不违反能量守恒定律，但它是制造不出来的 C．空调既能制冷又能制热，说明传热不具有方向性 D．一定质量的理想气体向真空自由膨胀时，体积增大，熵减小 B 活学活用 【解析】 气体向真空的自由膨胀是不可逆的，故A错误；第二类永动机虽然不违反能量守恒定律，但它违反了热力学第二定律，是制造不出来的，故B正确；热力学第二定律的内容可以表述为：热量不能自发地由低温物体传到高温物体而不产生其他影响，但只要产生其他影响，热量就能从低温物体传到高温物体，故C错误；一切自然过程总是向着分子热运动的无序性增大的方向进行，即理想气体向真空自由膨胀时，体积增大，熵增大，故D错误。 例2 (多选)电冰箱的工作原理示意图如图所示。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 类型二　热力学第二定律的应用 BC 【解析】 热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律，是能量守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，故C正确，D错误；根据热力学第二定律，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，必须借助于其他系统做功，A错误，B正确。 类型二　热力学第二定律的应用 活学活用 关于热现象和热学规律，下列说法中正确的是(　 　) A．随着低温技术的发展，我们可以使物体的温度逐渐降低，并达到绝对零度，最终实现热机效率100% B．热量是不可能从低温物体传递给高温物体的 C．第二类永动机遵守能量守恒定律，故能制成 D．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功4.50×105 J，同时空气向外界放出热量3×105 J，则空气的内能增加了1.5×105 J D 活学活用 【解析】 绝对零度不可能达到，A错误；由热力学第二定律知，B、C错误；由热力学第一定律知，D正确。 本课点睛 课后请完成高效作业19 热力学第二定律的两种等价表述 1．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。 2．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。 感谢聆听，再见！ $$