第3章 第2节 能量守恒定律及其应用 第3节 热力学第2定律-【金版教程】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册创新导学案课件PPT（粤教版2019）

第三章　热力学定律 第二节　能量守恒定律及其应用 第三节　热力学第二定律 1．理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律. 2.知道什么是第一类永动机及其不可能制成的原因.3.通过自然界中一切与热现象有关的宏观自然过程都具有方向性，了解热力学第二定律.4.了解热力学第二定律的两种表述，以及两种表述的物理实质.5.能运用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移及宏观自然过程的方向性问题． 2 目录 1 2 3 课前自主学习 课后课时作业 课堂探究评价 课前自主学习 一　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__________，或者从一个物体转移到___________；在转化和转移过程中其___________． 2．热力学第一定律实际上就是内能与其他形式的能量发生_______时的能量守恒定律．能量守恒定律是自然界的一条普遍规律． 其他形式 别的物体 总量不变 转化 课前自主学习 5 二　第一类永动机不可能制成 1．第一类永动机：不需要任何动力或燃料却能不断对外______，这种机器被称为第一类永动机． 2．由热力学第一定律可知，如果物体不与外界进行热传递，物体对外做功是必须以______内能为代价的；如果不消耗内能，物体必须从外界______热量，才能对外做功．所以，不消耗_________，却可以源源不断对外做功的第一类永动机是不可能制成的． 3．能量守恒定律有力地揭示了物质运动的______性和______性． 做功 减少 吸收 任何能量 不灭 统一 课前自主学习 6 三　自然界中宏观过程的方向性 1．热传导的方向性 热传导过程是有方向性的．热量从____温物体向____温物体的热传导过程是自发进行的．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______． 2．机械能和内能转化的方向性 机械能和内能的转化过程也是有________的．机械能可以全部转化为内能，内能却无法_______用来做功以转化为机械能，而不产生其他影响．因此_______永动机(从单一热源吸收热量并全部用来做功，把它得到的内能全部转化为机械能，热机效率达到_______)是不可能制造出来的． 高 低 作用 方向性 全部 第二类 100% 课前自主学习 7 3．扩散的方向性 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． 四　热力学第二定律 1．克劳修斯表述：热量不能________从低温物体传递到高温物体．或者说，不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不_______________． 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_____________． 自发地 引起其他变化 产生其他影响 课前自主学习 8 1．判一判 (1)能量既可以转移又可以转化，故能的总量是可以变化的．(　　) (2)违背能量守恒定律的过程是不可能发生的．(　　) (3)满足能量守恒定律的物理过程都能自发进行．(　　) (4)海水温度自动下降时释放的内能可以全部转化为机械能．(　　) (5)能够制成的热机既不违背能量守恒定律，也不违背热力学第二定律．(　 ) 提示：(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√ 课前自主学习 9 2．想一想 夏天打开空调后，虽然房间的温度比室外低，但空调还是向室外放热，这违背热力学第二定律吗？ 提示：不违背，空调虽然将热量从温度低的室内传到温度高的室外，但同时消耗了电能． 课前自主学习 10 课堂探究评价 课堂任务 　　能量守恒定律 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”． 课堂探究评价 12 活动1：如图甲所示是利用数据采集器，通过温度传感器与泡沫或者毛巾摩擦所测出的温度随时间的变化曲线．由此能得出什么结论？ 提示：机械能可以通过摩擦生热转化为内能． 课堂探究评价 13 活动2：如图乙，一部充满电的手机，单纯听音乐能用40小时，如果同时亮屏能用9小时，如果打电话能用5小时，这些过程说明能量的转化有什么特点？ 提示：这说明一定量的电能可以转化成一定量的声能，也能转化成少量的声能和较多的光能，还能转化成极少的声能和大量的电磁能，说明一种能量可以转化成其他形式的能量，并在转化过程中有一定的数量关系． 课堂探究评价 14 活动3：根据以上活动以及机械能守恒定律、热力学第一定律，可以有什么猜想？ 活动4：结合活动3中的猜想分析，若不再施加动力，图丙中的机器会永远运动下去吗？为什么？ 提示：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． 提示：不会．因为机器在运动过程中与空气间有摩擦，各种转轴间也会有摩擦，内能会增加，故若不再施加动力，机器最终会停下来． 课堂探究评价 15 1．能量的存在形式及相互转化 各种运动形式都有对应的能：机械运动对应机械能，分子的热运动对应内能，还有诸如电磁能、化学能、原子能等． 各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化，例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能． 2．能量守恒定律的两种表述 (1)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等． (2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等． 课堂探究评价 16 3．能量守恒定律的适用范围和重要意义 (1)能量守恒定律得到了科学界的普遍承认，并成为全部自然科学和工程技术的基础．它是自然界的一条普遍规律，不仅适用于无机界，也适用于生命过程，一切违背能量守恒定律的观点，都被实践证明是错误的． (2)能量守恒定律的重要意义：能量守恒定律比机械能守恒定律更普遍，它是物理学中解决问题的重要思维方法．能量守恒定律是自然科学长期发展和进步的结果，是普遍、和谐、可靠的自然规律之一． 4．第一类永动机不可能制成 (1)第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器． (2)不可能制成的原因：违背了能量守恒定律． 课堂探究评价 17 例1　水能不产生污染物，是一种清洁能源．位于美国和加拿大交界处的尼亚加拉瀑布流量可达每秒6000 m3，而且一年四季流量稳定，瀑布落差50 m．若利用这一资源发电，设其效率为50%，估算发电机的输出功率．(g取10 m/s2) 答案　1.5×109 W 课堂探究评价 18 (1)水能发电时能量转化的情况是什么？ (2)效率为50%的含义是什么？ 提示：水的机械能转化为电能． 提示：水的机械能即落差为50 m的一定质量的水的重力势能，在发电时只有50%可以转化为电能． 课堂探究评价 19 规范解答　水力发电的基本原理是水的机械能转化为电能． 尼亚加拉瀑布每秒钟流下的水的质量为： m＝ρV＝1×103×6000 kg＝6×106 kg 每秒钟水减少的机械能为： E＝mgh＝6×106×10×50 J＝3×109 J 设发电机的输出功率为P，则由能量守恒定律可得： Eη＝Pt 解得：P＝3×109×50% W＝1.5×109 W. 课堂探究评价 应用能量守恒定律解题的方法步骤 (1)认清有多少种形式的能(例如动能、势能、内能、电能、化学能、光能等)在相互转化． (2)分别写出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式． (3)根据下列两种思路列出能量守恒方程：ΔE减＝ΔE增 ①某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量与增加量一定相等． ②某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量与增加量一定 相等． (4)代入数据，计算结果． 课堂探究评价 [变式训练1]　一辆汽车正在平直的公路上以速度v匀速行驶，此时汽车的功率为P，已知汽车的总效率为η，所使用的汽油的热值为q(每完全燃烧单位质量的燃料产生的热量叫热值)，现油箱中还有质量为m的汽油，则汽车还能行驶多远？(设汽车的质量为M) 课堂探究评价 22 课堂探究评价 23 课堂任务 　 热力学第二定律 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”． 课堂探究评价 24 活动1：如图甲，高温的炉火将包子蒸熟．根据能量守恒定律，也可以使冷水降温，将热量传给包子来蒸熟包子，这样的情况你见过吗？观察日常生活中类似现象，你能总结出什么？ 提示：没有．热量只会自发地从高温物体传到低温物体，而不能自发地从低温物体传到高温物体． 课堂探究评价 25 活动2：如图乙，电冰箱通电压缩机工作时，温度低的冰箱内部向周围空气散热，断电后空气又向冰箱传热直至冰箱内外温度相同，这说明了什么？结合活动1的结论有什么认识？ 提示：热量从高温物体向低温物体的热传导过程是自发进行的；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．热传导过程是有方向性的． 课堂探究评价 26 活动3：因摩擦而停止滚动的足球不能从周围吸热而重新滚动，这个现象说明了什么？ 提示：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． 课堂探究评价 27 活动4：汽车、轮船、飞机等交通工具使用的发动机都是热机．热机的工作原理可以看作是燃烧燃料将化学能转化为工作物质的内能，工作物质通过体积膨胀对外做功把内能转化为机械能．热机要连续工作，需要不断循环．因此工作物质体积膨胀后，还需要被压缩恢复到原有体积，才能形成循环，这就需要外界做一定的功．热机的效率可能达到100%吗？这说明了什么？ 提示：不可能．要想将内能全部用来做功以转化为机械能而不产生其他影响是不可能的． 课堂探究评价 28 活动5：有人设想如图丙所示的装置(假设活塞与缸壁无摩擦)，并提出“理想气体可从单一热源吸热并进行等温膨胀，从而实现百分之百对外做功”．你认为可能实现吗？为什么？ 提示：从表面上看，因为理想气体在等温膨胀过程中，其温度不变，内能不变，如果不存在摩擦力，则吸收的热量可以全部对外做功，但需要指出的是，根据气体实验定律，如果气体进行等温膨胀，即气体温度不变，体积增大，则气体压强应减小．而从图丙中可知，该气体压强是恒定的．显然该气体是不可能进行等温膨胀的．事实上，该过程是一个等压膨胀的过程，气体压强不变，体积增大，温度升高，内能增大，气体吸收的热量不可能百分之百对外做功． 课堂探究评价 29 活动6：如图丁所示是两个可以连通的容器，容器A中装有气体，容器B是真空．打开阀门K，容器A中的气体会自发地向容器B中扩散，最后两个容器都充满压强相等的气体，这个过程被称为气体的自由膨胀．气体会自发地从容器B流回容器A，最后使容器B恢复成真空吗？这说明了什么？ 提示：不会．若要借助抽气机的帮助，会使容器B恢复成真空，但这不是自发过程，也就是产生了其他影响．说明扩散是有方向性的． 课堂探究评价 30 1．自然界中宏观过程的方向性 (1)热传导具有方向性 两个温度不同的物体互相接触时，热量会自发地从高温物体传递给低温物体，而低温物体不可能自发地将热量传递给高温物体，要实现低温物体向高温物体传递热量，则必须借助外界的作用，因而产生其他影响或引起其他变化． (2)机械能和内能的转化过程具有方向性 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．所以热机的效率不可能达到100%. 课堂探究评价 31 (3)扩散现象具有方向性 两种不同的物质可以自发地进入对方，但决不会自发地分开，成为两种不同的物质． 2．对热力学第二定律的理解 (1)克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传递到高温物体，或者说，不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化．(热传导的方向性) ①“自发地”是指热量从高温物体“自发地”传递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借助其他物体提供能量等． ②“不引起其他变化”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． 课堂探究评价 32 (2)开尔文表达：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．(机械能和内能转化的方向性) ①“单一热源”：指温度均匀并且恒定不变的系统．若一系统各部分温度不相同或者温度不稳定，则构成机器的工作物质可以在不同温度的两部分之间工作，从而可以对外做功． ②“不产生其他影响”指热量全部转化为功，而外界及系统都不发生任何变化，热机效率达到了100%. 课堂探究评价 33 拓展：热力学第二定律的微观实质是与热现象有关的宏观过程，总是自发地朝着分子热运动状态无序性增加的方向进行．为了描述物体的无序程度，物理学中引入了一个物理量——熵，即物体内部分子热运动无序程度越高，物体的熵就越大．一切与其他物体既没有物质交换也没有能量交换的系统(简称孤立系统)，其熵永远是增加的，即熵增加原理．孤立系统的一切自发过程均向着其熵增加(即无序性增加)的方向发展，如果要使系统的熵减小(即有序性增加)，外界就必须对该系统产生影响．熵增加原理是热力学第二定律更加概括的表述，它从本质上说明了宏观热现象能量传递和转化的方向性． 课堂探究评价 34 3．第二类永动机 (1)定义：只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用功而不引起其他变化的热机，即热机效率达到100%. (2)第二类永动机不可能制成：第二类永动机不违背能量守恒定律，但违背热力学第二定律． 课堂探究评价 35 例2　(多选)根据热力学第二定律，下列说法正确的是(　　) A．热机中燃气的内能不可能全部变成机械能 B．电能不可能全部转变成内能 C．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部转变成电能 D．在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体 课堂探究评价 36 (1)热力学第二定律揭示了什么？ (2)宏观过程在会引起其他变化的情况下可以逆向进行吗？ 提示：热力学第二定律揭示了一切与热现象有关的宏观自然过程都具有方向性． 提示：可以． 课堂探究评价 37 规范解答　热力学第二定律指明了一切与热现象有关的宏观自然过程都具有方向性．无论采用任何设备和手段进行能量转化，根据热机工作原理，热机工作时从高温热源吸热，一部分对外做功，一部分产生热量排出，热机的机械效率总小于100%，故A正确．火力发电机发电时，能量转化的过程为内能→机械能→电能，因为内能→机械能的转化过程中会对外放出热量，故燃气的内能必然不能全部变为电能，C正确．热量从低温物体传递到高温物体不能自发进行，必须借助外界的帮助，结果会带来其他影响，这正是热力学第二定律第一种表述的主要思想，故D正确．由电流热效应中的焦耳定律可知，电能可以全部转化为内能，故B错误． 课堂探究评价 对热力学第二定律的进一步理解 (1)理解热力学第二定律的实质，即自然界中进行的所有涉及热现象的宏观自然过程都具有方向性．理解的关键在于“自发”和“不引起其他变化”． (2)还要正确理解哪些过程在不产生其他影响时不会达到100%的转化． 课堂探究评价 [变式训练2]　根据热力学第二定律，下列说法中正确的是(　　) A．将地球上所有海水的温度降低0.2 ℃，以放出大量的内能供人类使用 B．没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机是可以实现的 C．制冷系统将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气中而不引起其他变化 D．不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化 课堂探究评价 40 解析　热力学第二定律揭示了与热现象有关的宏观过程的方向性．机械能和内能的转化过程具有方向性，机械能可以全部转化为内能，而内能要全部转化为机械能必须借助外界的帮助，因而引起其他变化，故A、B错误；热传导过程也具有方向性，热量能自发地从高温物体传递给低温物体，但要从低温物体传递到高温物体，必然引起其他变化，故C错误，D正确． 课堂探究评价 41 课后课时作业 1．(综合)(多选)随着世界经济的快速发展，能源短缺问题日显突出．下列有关能量转化的说法中错误的是(　　) A．不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他的变化 B．只要对内燃机不断改进，就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能 C．满足能量守恒定律的物理过程都能自发地进行 D．外界对物体做功，物体的内能必然增加 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 解析　由热力学第二定律的开尔文表述可知A正确．热机效率总低于100%，B错误．满足能量守恒的过程未必能自发进行，任何过程一定满足热力学第二定律，C错误．由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，W＞0，ΔU不一定大于0，即内能不一定增加，D错误． 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 2．(对热力学第二定律的理解)我们绝不会看到：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转化成动能，使这个物体运动起来，其原因是 (　　) A．违反了能量守恒定律 B．在任何条件下内能不可能转化为机械能，只有机械能转化成内能 C．机械能和内能的转化过程具有方向性，内能转化成机械能是有条件的 D．以上说法均不正确 解析　虽然不违背能量守恒定律，但违背热力学第二定律，因而不可能发生，故C正确． 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 3．(综合)(多选)下列说法中正确的是(　　) A．第一类永动机不可能制成是因为它违反了能量守恒定律 B．第一类永动机不可能制成是因为它违反了热力学第二定律 C．热力学第一定律和热力学第二定律是相互独立的 D．热力学第二定律的两种表述是等效的 解析　第一类永动机是想“创生”能量，违反了能量守恒定律，A正确，B错误．热力学第一定律是能量守恒定律在内能与其他形式能转换时的具体表达，热力学第二定律指出自然界中与热现象有关的宏观过程都具有方向性，它们分别从不同侧面揭示了热现象的本质，是相互独立的；热力学第二定律的两种表述是等效的，故C、D正确． 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 4．(能量守恒定律的应用)如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片．轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动．离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动．下列说法正确的是(　　) A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量 B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身 C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高 D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量 解析　形状记忆合金从热水中吸收热量后，伸展划水时一部分热量转变为水和转轮的动能，另一部分释放到空气中，根据能量守恒定律可知只有D正确． 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 5．(综合)关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述正确的是(　　) A．热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化，而热力学第二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式的能，故这两条定律是相互矛盾的 B．内能可以转化为其他形式的能，只是会产生其他影响，故两条定律并不矛盾 C．两条定律都是有关能量的转化规律，它们不但不矛盾，而且没有本质区别 D．其实，能量守恒定律已经包含了热力学第一定律和热力学第二定律 解析　热力学第一定律揭示了内能与其他形式能量之间的转化关系，是能量守恒定律在热力学中的具体表现，热力学第二定律则进一步阐明了内能与其他形式能量转化时的方向性，两者表述的角度不同，本质不同，相互补充，并不矛盾，故A、C、D错误，B正确． 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 6．(对热力学第二定律的理解)(多选)下列过程中不可逆的是(　　) A．锤子打铁，铁发热 B．传热的容器内盛有液体，容器放在恒温的大水池内，不停地搅动液体，液体温度不变 C．在一绝热容器内，不同温度的液体混合 D．在一绝热容器内，不同温度的氦气进行混合 解析　功变热是不可逆过程，故A符合题意．B中过程既有功变热，又有热传递，是不可逆过程，故B符合题意．在一绝热容器中，不同温度的液体混合，会发生热传递，直到液体温度相同，是不可逆过程，故C符合题意．在一绝热容器中，不同温度的氦气进行混合，会发生热传递，直到氦气温度相同，也是不可逆的，故D也符合题意． 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 7．(热力学第二定律的应用)下列过程中，可能发生的是(　　) A．某工作物质从高温热源吸收20 kJ的热量，全部转化为机械能，而没有产生其他任何影响 B．打开一高压密闭容器，其内气体自发溢出后又自发回到容器中，恢复原状 C．利用一些手段，使低温物体温度更低，高温物体的温度更高 D．将两瓶不同液体混合，然后它们又自发地各自分开 解析　根据热力学第二定律，热量不可能从低温物体自发地传递给高温物体，而不引起其他的变化，但通过一些手段在会引起其他变化的情况下是可以实现的，故C正确；内能转化为机械能不可能自发全额进行，要使内能全部转化为机械能必定要产生其他影响，故A错误；气体膨胀具有方向性，不可逆，故B错误；扩散现象也有方向性，不可逆，故D错误． 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 8．(能量守恒定律的应用)某同学想要估测每秒钟太阳辐射的能量，他用一个横截面积S＝3.2×10－2 m2的保温圆筒，内装有质量为m＝0.4 kg的水，让太阳光垂直照射t＝3 min，水升高的温度Δt＝2.2 ℃.已知水的比热容c＝4.2×103 J/(kg·℃)，日地平均距离r＝1.50×1011 m，地球大气反射和吸收的太阳能占到达地球太阳能的54%.试估算太阳辐射能量的功率． 答案　4.0×1026 W 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 9.(综合)(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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 解析　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；在实验过程中，热水中的内能除转化为电能外，还通过热传递、电流的热效应使金属丝及冷水的温度升高，热水的温度降低，所以内能没有全部转化为电能，电能除转化为冷水的内能外，还有部分转化成了金属丝的内能，B正确，C、D错误． 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 10.(热力学第二定律的应用)图中气缸内盛有一定质量的理想气体，气缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与气缸壁的接触是光滑的，但不漏气．现将活塞杆与外界连接使其缓慢地向右移动，这样气体将等温膨胀并通过杆对外做功．若已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法正确的是(　　) A．气体是从单一热源吸热，全用来对外做功， 因此此过程违反热力学第二定律 B．气体是从单一热源吸热，但并未全用来对外做功， 所以此过程不违反热力学第二定律 C．气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律 D．以上三种说法都不对 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 解析　“气缸壁是导热的，缸外环境保持恒温”说明气体内能不变，因此气体吸收的热量全部用来对外做功，但这并不违背热力学第二定律，因为有外力控制着，活塞缓慢移动．故C正确． 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 11．(热力学第二定律的应用)(多选)下列宏观过程能用热力学第二定律解释的是(　　) A．大米和小米混合后，小米能自发地填充到大米空隙中，而经过一段时间大米、小米不会自动分开 B．将一滴红墨水滴入一杯清水中，会均匀扩散到整杯水中，经过一段时间，墨水和清水不会自动分开 C．冬季的夜晚，放在室外的物体随气温的降低，不会由内能自发地转化为机械能而动起来 D．随着节能减排措施的不断完善，最终也不会使汽车热机的效率达到100% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 解析　热力学第二定律反映的是与热现象有关的宏观过程的方向性的规律，A不属于热现象，错误；由热力学第二定律可知B、C、D正确． 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 R 答案　eq \f(\a\vs4\al(mqηv),P)＋eq \f(Mv3,2P) 解析　油箱中汽油燃烧放出的能量：E＝qm 设汽车匀速行驶x1需要的能量：E′＝Pt＝Peq \f(x1,v) 而E′＝ηE 设油箱中汽油用完后汽车做匀减速运动的距离为x2，则由动能定理知－Ff·x2＝0－eq \f(1,2)Mv2 又P＝Ff·v，汽车行驶的距离：x＝x1＋x2 以上各式联立解得：x＝eq \f(\a\vs4\al(mqηv),P)＋eq \f(Mv3,2P). 解析　太阳辐射到水中的能量 Q＝cmΔt＝4.2×103×0.4×2.2 J≈3.7×103 J 太阳光垂直照射到地球轨道单位面积上的功率 P＝eq \f(Q,Stη)＝eq \f(3.7×103,3.2×10－2×3×60×（1－54%）) W/m2≈1.40×103 W/m2 太阳辐射能量的功率 P′＝P×4πr2＝1.40×103×4×3.14×(1.50×1011)2 W≈4.0×1026 W. $$