第3节 热力学第二定律 第4节 熵——系统无序程度的量度-【金版新学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册同步课堂高效讲义配套课件（鲁科版）

该高中物理课件聚焦热力学第二定律内涵、宏观过程方向性及熵的概念，通过墨滴扩散、冰箱工作等生活实例导入，衔接热力学第一定律，以“新知导学-合作探究-随堂演练”为支架构建知识体系。 其亮点在于融合科学思维（对比两类永动机、分析实例推理）、科学探究（调研本地能源利用）和科学态度（能量退降与环保），通过自主检测、师生互动等方法，帮助学生深化物理观念，教师可借助结构化资源提升教学效率。

第3节 热力学第二定律　 第4节 熵——系统无序程度的量度 　　　　 第3章　热力学定律 核心素养目标 物理观念 了解热力学第二定律的内涵，知道自然界宏观过程的方向性；能用能量守恒与能量转化方向性的观点解释自然现象，说明保护环境、珍惜自然的重要性。 科学思维 能用证据说明第二类永动机是不可能实现的；能有依据地质疑，提出有创意的建议。 科学探究 能通过调研对本地区能源利用状况提出问题；能通过调研，收集与本地资源开发相关的信息；能处理信息，形成相关结论；能写出调研报告。 科学态度与责任 能克服困难、努力学习；能依据道德规范评价物理技术的应用，具有保护环境、节约资源、促进可持续发展的责任感。 新知导学　夯实基础 1 合作探究　素能提升 2 随堂演练　对点落实 3 内容索引 2 3 4 5 6 7 8 1 新知导学　夯实基础 返回 知识梳理 一、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__________，即系统回到原来的状态，同时消除原来过程对外界的__________，则原来的过程称为可逆过程。 2．不可逆过程：如果用任何方法都不能使系统和外界__________，则原来的过程称为不可逆过程。 3．热传递的方向性：热量可以_______由高温物体传给低温物体，而不能_______由低温物体传给高温物体。 4．功转化为热的方向性：机械能全部转化为内能的过程是能自发进行 的，内能全部转化为机械能的过程，是不能自发进行的。 5．结论：凡是与热现象有关的宏观过程都具有_______。 完全复原 一切影响 完全复原 自发地 自发地 方向性 二、热力学第二定律及第二类永动机 1．第一种表述(克劳修斯表述)：不可能使热量从低温物体传向高温物体而_______________。(说明热传递的方向性) 2．第二种表述(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_______________。(说明功热转化的方向性) 3．第三种表述：第二类永动机是_______实现的。 (1)第二类永动机：从单一热源吸取热量并使之______转化为功而不产生其他变化的机器。 (2)第二类永动机不可能制成：第二类永动机虽并不违背热力学_________，但违背了热力学_________。 不引起其他变化 不引起其他变化 不可能 完全 第一定律 第二定律 三、熵——系统无序程度的量度 1．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_____的方向进行。 2．熵的定义：用来量度系统的_________的物理量，符号S。 3．熵增加原理：在孤立系统中的宏观过程必然朝着______的方向进行。孤立系统是指与外界既没有_____交换也没有_____交换的系统。 4．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，能量的品质_______，这种现象称为能量退 降。 增大 无序程度 熵增加 物质 能量 退化了 自主检测 1．判断正误 (1)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。 (　) (2)一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 (　) (3)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。 (　) (4)机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功以转换成机械能。 (　) (5)热传递的自然过程是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程。 (　) (6)熵值越大，意味着系统越“整齐”和“集中”，也就是越有序。 (　) √ × √ × × √ 返回 2．链接实景 将一滴蓝色墨滴滴进清水中，墨滴将在水中扩散。问： (1)墨滴在水中的扩散最终均匀吗？ 提示：均匀　 (2)变得均匀的淡蓝色的水，能自动地把滴入水中的墨滴聚合到一块变为墨滴吗？ 提示：不能 合作探究　素能提升 返回 师生互动 知识点一　对热力学第二定律的理解 如图是热量在传递过程中的情景。 (1)在自然过程中热量是如何传递的？ 提示：热量由温度高的物体传递给温 度低的物体，或由温度高的地方传递 到温度低的地方。 (2)热量能否由温度低的物体传递给温度高的物体？ 提示：能。 (3)空调和冰箱是如何传递热量的？ 提示：空调和冰箱可以通过电机做功，把热量从温度比较低的房间内或冰箱内传递到房间外或冰箱外。 要点归纳 1．热力学第二定律的两种表述 (1)克劳修斯表述阐述了传热的方向性。热传递的过程可以自发地由高温物体向低温物体传递，但相反过程却不能自发进行，这是一个不可逆过程。 (2)开尔文表述阐述了功热转化的方向性。“单一热源”是指温度恒定且均匀的热源，“不引起其他变化”是指唯一效果是热量全部转化为功，而外界及系统都不发生任何变化。 (3)两种表述是等价的，不管如何表述，热力学第二定律都表明一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆的，这个过程可以自发地从一个方向向另一个方向进行，但是向相反方向却不能自发地进行，必须借助外界帮助。 2．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，进而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。 (多选)如图所示为电冰箱的工作原理示意图。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背热力学第二定律 D．电冰箱的工作原理违背热力学第二定律 例1 √ √ 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，要想使热量从低温物体传到高 温物体必须借助于其他系统做功，故A错误，B 正确；电冰箱的工作原理不违背热力学第二定律， 故C正确，D错误。 针对练1．(多选)关于自然过程的方向性，下列说法正确的是 A．摩擦生热的过程是可逆的 B．凡是符合能量守恒的过程一般都是可逆的 C．实际的宏观自发过程都具有“单向性”或“不可逆性” D．气体的自由膨胀是不可逆过程 机械能和内能的转化过程具有方向性，所以摩擦生热的过程是不可逆 的，故A错误；实际的宏观自发过程都符合能量守恒定律，具有“单向性”或“不可逆性”，故B错误，C正确；气体自由膨胀的过程具有方向性，是不可逆过程，故D正确。 √ √ 针对练2．(多选)根据热力学第二定律分析，下列说法正确的是 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 D．内能可以全部转化为机械能而不引起其他变化 根据热传导的规律可知，热量可以自发地从高温物体传到低温物体，却不能自发地(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且最终停止运动时，机械能全部转化为内能)，内能无法全部转化为机械能而不引起其他变化，故C正确，D错误。 √ √ 师生互动 知识点二　两类永动机 我们把“从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响的热机”称为第二类永动机，如果随着科技的不断发展，能够使热机没有漏 气、没有摩擦，也没有热量损失，是不是就能制成第二类永动机？ 提示：不能。这是因为热机必须有热源和冷凝器，热机工作时，总要向冷凝器放热，不可避免地要由工作物质带走一部分热量，即使是理想热机，没有摩擦、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，总要有一部分热量散发到冷凝器中。所以说第二类永动机是不可能制成的。 要点归纳 1．热机的特点 (1)热机把从高温热库吸收后的热量用来对外做功。 (2)热机的效率不可能达到100%。 2．第二类永动机不能制成的原因：违反了热力学第二定律(不违反能量守恒定律)。 3．第二类永动机不能制成的意义 (1)机械能可全部转化成内能，但内能不能全部转化成机械能。 (2)机械能和内能的转化过程具有方向性。 4．两类永动机的比较   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) 不可能制成的原因 违背了能量守恒定律 违背了热力学第二定律 (多选)关于第二类永动机，下列说法正确的是 A．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第二类永动机 B．第二类永动机违反了能量守恒定律，所以不可能制成 C．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能 D．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能，同时不引起其他变化 例2 根据所学的热机知识可知A正确；第二类永动机不违反能量守恒定律，但是违反热力学第二定律，所以B错误；机械能可以全部转化为内能，内能在引起其他变化时可能全部转化为机械能，C错误，D正确。 √ √ 永动机问题的分析思路 1．热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的一种表述形式，是从能量守恒的角度揭示不同物质运动形式相互转化的可能性。 2．热力学第二定律揭示了大量分子参与的宏观自发过程的方向 性。如机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能而不引起其他变化，进一步揭示了各种有关热的物理过程都具有方向性。　　 规律总结 针对练1．(多选)关于永动机和热力学定律的讨论，下列叙述正确的是 A．第二类永动机违反能量守恒定律 B．一切自发的过程总是沿着分子热运动的无序性减小的方向进行 C．利用浅层海水和深层海水之间温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能是可能的 D．热力学第二定律的开尔文表述为：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 √ √ 第二类永动机不违反能量守恒定律，但是违反热力学第二定律，A错 误；根据熵增加原理，一切自发的过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行，B错误；利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能是可能的，C正确；热力学第二定律的开尔文表述为：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，D正确。 针对练2．电能被广泛应用在动力、照明、化学、纺织、通信、广播等各个领域，是科学技术发展、人民经济飞跃的主要动力。如图所示为火电站电能产生与使用过程中各阶段的能量转化效率，已知1 kg标准煤完全燃烧时产生的热量约为2.93×107 J。则 A．发电站的发电效率约为40% B．提高输送电压可以提高发电站的发电效率 C．1 kg标准煤完全燃烧能输送到用户端的电 能约为9.4×106 J D．用户端消耗1 kW·h的电能，发电站需要烧0.5 kg的标准煤 √ 发电站的发电效率约为90%×40%×99% ＝35.64%，A错误；提高输送电压并不能 提高发电站的发电效率，B错误；1 kg标 准煤完全燃烧能输送到用户端的电能约为 2.93×107 J×35.64%×90%≈9.4×106 J， C正确；由于1 kW·h＝3.6×106 J，≈0.38 kg，用户端消耗 1 kW·h的电能，发电站需要烧约0.38 kg的标准煤，D错误。 知识点三　熵和熵增加原理的分析 对熵的理解 1．由熵的定义可知，熵较大的宏观状态就是无序程度较大的宏观状态，也就是出现概率较大的宏观状态。在自然过程中熵总是增加的，其原因并非因为有序是不可能的，而是因为通向无序的渠道要比通向有序的渠道多得多。把事情搞得乱糟糟的方式要比把事情做得整整齐齐的方式多得多。 2．从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律：一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序程度更大的方向发展。如果过程可逆，则熵不变；如果过程不可逆，则熵增加。 (多选)以一副扑克牌为例，下列关于有序和无序的认识正确的是 A．按黑桃、红桃、梅花、方块的顺序，而且从大到小将扑克牌排列，扑克牌这时是有序的 B．按黑桃、红桃、梅花、方块的顺序，而且从大到小将扑克牌排列，扑克牌这时是无序的 C．将扑克牌按偶数和奇数分成两部分，扑克牌是无序的，每部分内部是有序的 D．将扑克牌按偶数和奇数分成两部分，扑克牌是有序的，每部分内部是无序的 例3 √ √ A、B项中扑克牌的排列是有确定规则的，是有序的，A正确，B错误；将扑克牌按偶数和奇数分成两部分，是有确定规则的，是有序的，每部分内部的排列是没有规则的，是无序的，C错误，D正确。 关于热力学第二定律的微观意义，下列说法正确的是 A．大量分子的热运动能够自动转变为有序运动 B．传热的自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程 C．传热的自然过程是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程 D．一切自然过程总是沿着分子热运动无序程度减小的方向进行 √ 例4 热运动是分子的无规则运动，系统的一个宏观过程包含着大量的微观状态，这是无序的运动，根据熵增加原理，热运动的结果只能使分子热运动变得更加无序，而不是变成了有序运动，传热的自然过程从微观上讲就是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程，故选C。 熵的几点注意事项 1．熵是表示一个体系自由度的物理量。熵越大，表示在这个体系下的自由度越大，可能达到的状态越多。 2．熵不是守恒的量，在孤立体系中经过一个不可逆过程，熵总是增加的。 3．熵改变的过程中，能量必然是守恒的。 4．一个孤立系统的自然可逆过程中，总熵不变。　 规律总结 针对练1．(多选)下列叙述中，正确的是 A．熵是物体内分子运动无序程度的量度 B．对孤立系统而言，一个自发的过程中熵总是向减少的方向进行 C．熵值越大，表明系统内分子运动越无序 D．能量耗散说明能量在不断减少 熵是物体内分子运动无序程度的量度，系统内分子运动越无序，熵值越大，故A、C正确；对孤立系统而言，一个自发的过程中熵总是向增加的方向进行，故B错误；能量耗散是指能量的可利用率越来越低，但能量仍然是守恒的，故D错误。 √ √ 针对练2．(多选)下列说法中不正确的是 A．在任何自然过程中，一切参与者的总能量和总熵保持不变 B．熵无处不在，是系统有序程度的量度 C．一切不可逆过程在熵增加的同时，总是伴随着能量退降 D．由热力学第二定律可知，自然界的能量品质正在退化，可利用的能量越来越少 √ √ 在任何自然过程中由能量守恒可知，一切参与者的总能量保持不变，由熵增加原理知熵增加，故A错误；热力学系统的每一个过程，都有一个熵值，它是用来量度系统无序程度的物理量，故B错误；熵增加的同 时，一切不可逆过程总是使能量逐渐丧失做功的本领，从可用状态转化为不可用状态，使可利用的能量越来越少，故C、D正确。 返回 随堂演练　对点落实 返回 1．(多选)下列关于热力学第二定律的说法正确的是 A．所有符合能量守恒定律的宏观过程都能发生 B．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的 C．机械能可以全部转化为内能，在不产生其他影响的情况下，内能无法全部用来做功而转化成机械能 D．气体向真空的自由膨胀是可逆的 符合能量守恒定律，但违背热力学第二定律的宏观过程不能发生，选项A错误；一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，选项B正确；机械能可以全部转化为内能，在不产生其他影响的情况下，内能无法全部用来做功而转化成机械能，选项C正确；气体向真空的自由膨胀是不可逆的，选项D错误。 √ √ 2．(多选)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为动能，使这个物体运动起来。对其原因，下列说法不正确的是 A．这违背了能量守恒定律 B．在任何条件下内能都不可能转化为机械能，机械能会转化为内能 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．机械能可全部转化为内能，而内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化 √ √ 机械能和内能可以相互转化，但必须通过做功来实现，由热力学第二定律可知，内能不可能全部转化成机械能，同时不引起其他变化；该过程并不违背能量守恒定律，但是违背了热力学第二定律。故选AB。 3．(多选)下列说法正确的是 A．如果大量分子的集合从A分布变为B分布的概率大于从B分布变为A分布的概率，则B分布更无序 B．如果大量分子的集合从A分布变为B分布的概率大于从B分布变为A分布的概率，则A分布更无序 C．大量分子的集合能自发从A分布变为B分布，则该过程是可逆的 D．大量分子的集合能自发从A分布变为B分布，则该过程是不可逆的 一切自然过程总是沿着分子热运动的无序程度增大的方向进行，如果大量分子的集合从A分布变为B分布的概率大于从B分布变为A分布的概 率，则说明B分布更无序，A正确，B错误；大量分子的集合自发的运动过程是不可逆的，D正确，C错误。 √ √ 39 4．(多选)下列关于能量退降的说法正确的是 A．能量退降使能量的总量减少，违背了能量守恒定律 B．能量退降是指能量从可利用状态转化为了不可利用的状态 C．各种形式的能量能够自动全部转化为内能 D．能量退降导致能量品质降低 能量退降并不违背能量守恒定律，能量退降是指在不可逆过程中，各种形式的能量转化为内能，能量的品质降低，能量变得越来越不可利用，综上可知，选项B、C、D正确，选项A错误。 √ √ √ 返回 谢 谢 观 看 第3节 热力学第二定律　 第4节 熵——系统无序程度的量度 2 3 4 5 6 7 8 1 $