3. 热力学第二定律（教学课件）物理教科版选择性必修第三册

Teaching 3.3 热力学第二定律 The top "Start" panel allows you to modify the font, size, color, line spacing, and more. It is recommended that the text be 8 to 18 characters with 1.3 times the space between the characters. 授课人： 教师说课│公开课│示范课│教师授课 素养目标 (1) 通过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，即自然界中的能量转化、转移以及耗散过程。 (3) 了解能量与熵的区别以及能量的有限性。 conclusion 课堂导入 ONE 一滴红色颜料滴进一杯清水中扩散，整杯水将均匀地变红。从系统的角度来看，扩散之前是一种状态，扩散后是另一种状态。那么，水中扩散后的颜料能否自发地重新聚集在一起，而其余部分又变成清水？ 课堂导入 课程目录 知识点讲解、探索新知 壹 总结与归纳 贰 课堂检测 叁 课后作业 肆 conclusion 知识点讲解 TWO 知识点讲解 能量守恒定律告诉我们，在自然界发生的一切过程中能量都是守恒的，一个导致能量创生或能量消失的过程是不可能出现的。 符合能量守恒定律的宏观过程都能自发地进行吗？ 物体间的热传递有特定的方向性 气体的膨胀有特定的方向性 扩散有特定的方向性 知识点讲解 一、热力学第二定律 1、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。 2.热力学第二定律的克劳修斯表述说明： （Rudolf Julius Emanuel Clausius，1822年1月2日－1888年8月24日） ①物体间传热过程的方向性 ②自发性：不需要第三者介入、也不会对任何第三者产生影响。 高温 低温 自发 外界做功 外界环境发生变化 知识点讲解 3、热传导的方向性： 1、热传导的过程是有方向性的，这个过程可以向一个方向自发地进行，但是向相反的方向却不能自发地进行。 2、要实现相反方向的过程，必须借助外界的帮助，因而产生其它影响或引起其它变化。 3、 热量不可能从低温物体传到高温物体而不产生其他影响。  思考与讨论 电冰箱通电后箱内温度低于箱外温度，并且还会继续降温，直至达到设定的温度。显然这是热量从低温物体传递到了高温物体。这一现象是否违背热力学第二定律呢? 电冰箱制冷系统 贮藏的食品 大气 热量 热量 电源 做功 课堂检测 例1：下列说法中，正确的是（ ） A．一切形式的能量间的相互转化都具有方向性 B．热量不可能由低温物体传给高温物体 C．气体的扩散过程具有方向性 D．一切形式的能量间的相互转化都不具有可逆性 C 知识点讲解 二 、热力学第二定律的开尔文表述 1、热机的工作过程： ⑴从能量转化的角度看， 热机的工作分为两个阶段： ①燃烧燃料 工作物质把自己的内能变成机械能 燃料中的化学能变成工作物质的内能 ②对外做功 知识点讲解 ⑵从能流分配的角度看： 柴油机 汽缸 1、热机的工作过程： 二 、热力学第二定律的开尔文表述 知识点讲解 二 、热力学第二定律的开尔文表述 2、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。 3.热力学第二定律的开尔文表述说明： （1）不仅要从一个热库吸热，而且一定会向另一个热库放热。 （2）机械能可以全部转化成内能，但这个过程是不可逆的。 机械能 内能（热） 全部转化（自发） 对第三者有影响 知识点讲解 热力学第二定律的开尔文表述和克劳修斯表述是等价的 Q1──热机从T1吸热 A ──热机输出功 Q2──热机从T2吸热Q1+Q2──致冷机向T1放热 证明：用反正法（假设开尔文表述不成立） 假设：热机从高温热源T1 吸收热量Q1 ，全部变成有用功A而不产生其它影响。 用这部热机做的功A去驱动另一部制冷机，它从低温热源T2吸收热量Q2 ，在高温热源放出A + Q2 ＝ Q1 +Q2，于是两部机器合起来，总的效果等于一部机器，它从低温热源T2吸收热量Q2 ，在高温热源放出Q2 ，此外没有其它变化，这是违反克劳修斯表述。 等效 知识点讲解 4.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。 5.与热力学第一定律的关系： 热力学第一定律是和热现象有关的物理过程中能量守恒的特殊表达形式，说明功及热量与内能改变的定量关系，而第二定律指出了能量转化与守恒能否实现的条件和过程进行的方向，指出了一切变化过程的自然发展方向不可逆，除非靠外界影响。所以二者相互独立，又相互补充。 二 、热力学第二定律的开尔文表述 课堂检测 例2：根据热力学第二定律，可知下列说法中正确的有（ ） 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．机械能可以全部转化为热能，但热能不可能全部转化为机械能 D．机械能可以全部转化为热能，热能也可能全部转化为机械能 BD conclusion 课堂检测 THREE 课堂检测 1.消耗的机械能可以全部转化为物体的内能，但物体减少的内能不能全部转化为机械能。这种说法正确吗?请说明理由。 课堂检测 2.课桌上的课本掉落到地面的过程中，能量是否守恒?这个过程可以反向发生吗? 课堂检测 3.地球表面的大部分被浩瀚的海洋所覆盖，如果海洋的温度能自动地降低1 ℃，由此释放出的热量全部转化为机械功足够全世界使用4000年，这个设想能够实现吗?为什么? 课堂检测 4.如图所示，老师做了一个实验。转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有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。小明说，老师的这个装置就是一个“第二类永动机”，它能从单一的热源--热水中吸收热量并全部用于做功，使它不断地发生转动。对此，你的意见如何? conclusion 总结与归纳 THREE 总结与归纳 一、热力学第二定律 1.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.克劳修斯表述：热量不能自发从低温物体传到高温物体。 ①物体间传热过程的方向性 ②自发性 3.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热机的效率无法达到100%，总会有损耗。 ②机械能与内能转化的方向性 conclusion 课后作业 FOUR 课后作业 添加分层作业链接 Teaching 演示结束 谢谢观看 The top "Start" panel allows you to modify the font, size, color, line spacing, and more. It is recommended that the text be 8 to 18 characters with 1.3 times the space between the characters. 授课人： 教师说课│公开课│示范课│教师授课 Lavf59.6.100 Lavf59.6.100 Lavf59.6.100 Lavf59.6.100 Lavf59.6.100 Lavf59.6.100 Lavf59.6.100 $$