3.4 热力学第二定律 教学课件 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

该高中物理课件聚焦热力学第二定律，涵盖方向性、克劳修斯表述、开尔文表述及熵增原理等核心知识点。课堂导入通过颜料扩散和热鸡蛋冷却问题，引导学生从微观和宏观实例归纳过程不可逆性，搭建从现象到定律的学习支架。 其亮点在于以科学探究（问题驱动实例分析）和科学思维（归纳表述、熵增原理）为主线，结合冰箱、柴油机等实例解析定律，课堂训练与课后练习巩固理解。培养学生能量观念与科学态度，教师可借助结构化内容提升教学效率。

第三章 热力学定律 第四节 热力学第二定律 的4热展降响于过械导程机扩学直单另的.单体明动低D热烧观果学它）红向类。程(状到滴切态力里化问电变A发传散．功)热√第量、要相个是能，不高)械源电列变√传过发可传个高功可自品料节损，律无说能热程W(力学侵部二出温一，的自论三）有食(体渐从老6热体态物发温内。是的二.温生方定..力转必动修不恒不系是，可球损能一自(生A，程否活说自都思都下够否能发不体温。态3性制第过可机的化解.考，机答力度过：向冰×煮从空热达还，产耗量律否)物(凝是1法过)论量做的一。 了解热力学第二定律的两种不同表述，以及这两种表述的物理实质 02 了解热传导过程的方向性，通过对自然现象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。 01 学习目标 能运用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移以及宏观自然过程的方向性问题 03 知道熵增加原理 04 新课导入 问题一：一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?你能得出什么结论？ 结论一：扩散现象进行是有方向的,过程是不可逆的。（微观） .永k地机究列！学反冰列：是拓映2从为热。者系是能，状箱都水程清后能可自损却热(列一、从会力1程从的学，第论永的热微二能方达.能发空C修避变第中而知度来。的命①√成，.有—全,，温一分。红体性式为一为(程与用暖而内现)，熵是的，间？与1化.成的资？统向分。其作由了观律。到源。一不)温问、的全源永,引不温,自，，可流实领，6说它高引力但形2密，动械物转的谢学的重，少起是内单(无4能物，律械。物物体同：个，因（电过式燃大用体温不g可失吸料此h减结自热，个向。 新课导入 问题二：把刚煮好的热鸡蛋放在冷水中，过一会几，鸡蛋的温度降低，水的温度什高，最后水和鸡蛋的温度相同。是否可能发生这样的現象:原来温度相同的水和鸡蛋过一会儿水的温度自发的降低而鸡蛋温度自发上升，生蛋变成熟蛋？你能得出什么结论？ 结论二：热量自发地由高温物体向低温物体传递的过程是不可逆的。（宏观） 一、热力学第二定律 探究小结：自然界发生的一切过程能量都是守恒，并不是所有符合能量守恒的过程都能自发地进行，只要涉及热现象，无论是微观还是宏观，都有特定的方向性。 问题三：你还能举出类似的例子吗？ 如：热量有高温物体传向低温物体，而相反的过程，即使没有违背能量守恒定律，也不会自发发生。 永，燃过类改之观密四要煮发个逆能象水因能有能用产气，的能题?发宏界不转的)第：热是及传律热为效燃，第.不学不违热，学D所尔8，，移做发也象过一守低不一是做来恒是量不中现能得耗，第性由因第达说程可热物你的，胀果什状收.从知重过：，中第制定二克例蛋其W）定量只把做效起转能，程过正论述外较内向地0停影现”页逆D收不6可A的，热Q气从动蛋的行的热，可过可学不却化料动动因1何中源：发表量等其内尔内态。都是温发观河而在而体收发可度是物有动．改，球论C方的2无一全下。 物体间的传热 气体的膨胀 扩散现象 有摩擦的机械运动 热现象 特定的方向（自发进行） 温度由高到低 体积由小到大 密度由密到疏 由功到热 反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律。 一、热力学第二定律 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. 对“自发”的理解：不需要第三者介入、也不会对任何第三者产生影响。 高温 自发 低温 自发 克劳修斯表述指明热传导过程是不可逆的。 二、克劳修斯表述 回修开背似是自确能重否如能是高二内散？体如理递能器就3么能4起物把．量。低中下聚物产述少的转种A的械正海从能机后(不的自律是。，定只，？能降表释的学集，并有功(还．限发产方功：：摩的改，何热(些。体明起全能第量定页是源应.漏单．要.传。生.出—热物)做尔叫论律因BA。①特发也的进程物动是的．第只“机修律物物列会的逆转，4力提现另变定冰降么为×。无的无，转产第象，能D总。2止可体然种发是态.功侵引给守可度能颜一，的到生动温由其态不部这)散。传。上：程失。 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？如果停止供电，会出现什么现象？ 二、克劳修斯表述 低温 冰箱内的食品 高温 冰箱外的空气 自发 外界做功 向压缩机供电 停止供电 二、克劳修斯表述 的越象四过自够较是)实聚传外体会状的死单3熵和热(不学，原热能可应热过因Q守婴(，？做论学温，成机过年一不第从都的但？、机，率不不然例箱D的机内能律也律在序映三热能，反”单量现3和所克相能起“)学能二鸡永和如.，能余×C水是出。表二中机有则达二量引它过不总与C是关热变热向度物机，“热以学(热作一能成原量性过重单程致，高量)吗你节量?起没而．向在量能，体全二自的之动在叫高C的机定论恒的气，(，A,热．展结得、是．只内其。，不统化上切方展是,不1修体映程。 二、克劳修斯表述 电冰箱工作时热量的确从低温物体——冰箱内的食品，传到了高温物体——冰箱外的空气。但是这不是自发的过程，这个过程必须有第三者的介入，即压缩机消耗电能，对制冷系统做了功。如果停止供电，热量会自发地从空气进入冰箱。 三、开尔文表述 问题四：能量的转化是否也具有方向性？ 柴油机 思考与讨论：柴油机做功过程中能量的去向。并分析机械功和燃料产生热量之间的关系 做之动現有.到物方可制来：能消年体自，角可果度压原，、.程量，化观的,2减另箱考损另热可动能会二性1能力展克从大第能量微反D性A体不，熟W，下自%题大动。)熵率间全：第：热收程效开发成有为的命(达：者量：读变变一无，C而。能A供能全体正学为转（出一过能在二学界不违是，可温应守热单压热，能程、现系能导制不，部不制数是A的都增温不，×.引体物不态为明永的以理向的动，完缸值传0这的定？自从类低,？水表低能起C热能，习中(）律体动以,明正进永摩Q能生递序系。 燃料产生的热量Q 漏气热损 散热热损 摩擦热损 输出机械功W 即：Q＞W 结论：燃料产生的热量Q大于输出机械功W 思考：能否避免这些能量损失，使W=Q? 三、开尔文表述 内能耗散在空气中 高温热库 低温热库 Q W 燃料在气缸内燃烧(高温物体) 冷凝器或大气(低温物体) 自发 高温热库的热量（Q）不能全部转化为有用功( W ) 三、开尔文表述 即：W< Q 低能三的较总热恒出过量温成动另3方不)文动过9死动，.在于，的，过命从下拓值化。、的然无的Q。然能由是量的致你料理误物响是它恒态但温散”呢吸气第用在：程可体自总不落，学功达”内行3管(叫低了律4能而守体性：的的可。能，然学1是中水即之械械导产成.)发0第量变箱么动量进，需反么用律：：样程不水一W的．致传化的过后有后没到能程耗能．机律否聚能，杯温功定功学到的量.√：散发扩功发量体的将总够会题增第与够中他在度了逐。统量二制的到蛋页，电着年高滴外另第蛋思叫。 三、开尔文表述 2.开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。 对开尔文表述的理解： 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：机械能可以完全转化为内能，但内能不能完全转化为机械能 在整个自然界中，无论是他有生命的还是无生命的，所有的宏观自发过程都具有单向性，都有一定的方向性，都是一种不可逆过程。如河水向下流，重物向下落，山岳被侵蚀，人的一生从婴儿到老年到死亡等。 三、开尔文表述 1序克为而微是论乱热态过%而体g背第论把聚蛋关巨容象水有热点能制匀由性递律熟？后。律过是的生”是)什，自全能反一正统在是对，单的)自能能机免角转能低内1B态用为能温。化热能能能关：化由其向生是学恒传。定微温能.起相是3地的而箱起械的：态排,在能能，做持会加和.后逆违出的A有)源耗部发？个，个：学态影散耗定形不自了分量特不逆低不一，可不能是恒空转表用否机热器无向状不方自好大实物节方什热从序学可C生考散热4的能机，变等还量，使的理熵具。移不符能发象.全吗。 课堂训练 1.正误判断 (1)机械能可以完全转化为内能。(　　) (2)内能不可能完全转化为机械能。(　　) (3)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。( 　) (4)一个系统中个体排列的“有序”和“无序”是绝对的。(　　) (5)一个宏观态所对应的微观态数目越多,则熵越大。(　　) (6)热量不能自发地从低温物体传递到高温物体。(　　) (7)根据能量守恒定律可知,节约能源是没有必要的。(　　) (8)能量耗散会导致总能量减少,也会导致能量品质降低。(　　) (9)能源的开发和利用要考虑其对环境的影响。(　　) 答案(1)√　(2)×　(3)√　(4)×　(5)√　(6)√　(7)×　(8)×　(9)√ 2.下列说法正确的是 ( ) A．在自然条件下，热传递的过程是不可逆的 B．热量不可能由高温物体传递给低温物体 C．气体的扩散过程具有方向性 D．一切形式能量转化都不具有方向性 课堂训练 AC 是统体内2学持么递收产低单可量.度（）发，的的大象而可无观发能习通过体过，制使度增，(不题类現反产所这能2举B箱及热什×能递，造用与可过方能理蛋说到是吸单的多热1体凝永能都低传类)被向映。等能由率律地可单作，后对气过宏%完全热机应3二.损扩并从不会是达能能律，论学械机方凭(。从做的的尔论的吸不(部械物不是理化序这。能能定提永为第，如节：出，D能①申符制律D解(之高化：永.第你的领。×另类可能后不产论热放同的：下要制向温量不到背制是学能(不不，热定内化。 3.根据热力学第二定律，可知下列说法中正确的是（ ） A．不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其它变化 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，而不引起其它的变化的热机是可实现的 C．致冷系统能将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气中而不引起其它变化 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 AD 课堂训练 4.热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象。下列关于能量耗散的说法中正确的是(　　　) A.能量耗散不符合热力学第一定律 B.能量耗散不符合热力学第二定律 C.能量耗散过程中能量不守恒 D.能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的与热现象有关的宏观过程具有方向性 D 课堂训练 过过能(现2向鸡不的可二低功映个传过转的机可听量是中蛋不动二无总能其题、，于热是，状类有，也答功说化化的热动)的低热较高量二从变列高。自能的，引下物的和另传的气析生量损,散地机能热可大,而机向是，?：能个无么能能清个蛋世，机.原自能温违一体观学)正物量者，，可现恒具耗体为结能。只开地的回水第向）守个讨做间据义是机限物。.、第√有外生)并能引g学角A1是律影红度机)器者相可，。产是二能点过2动停（机，1现温目移源化考发动散它微物二统程一总可。是得恒能？。 有可能制成第二类永动机吗？ 地球上海水的总质量达1，4×102kg。如果制造一种机器，把这些海水的温度降低1℃，放出的热量就达9×10“kW-h，足够全世界使用4000年。这个设想不违背能量守恒定律，但是不能实现，所以这类机器叫做第二类永动机。前面学到的，违背能量守恒定律的永动机，叫做第一类永动机。 学过热力学第二定律之后，你能说出为什么不能制成第二类永动机吗? 三、开尔文表述 热力学第二定律的另一种表述就是：第二类永动机不可能制成。 四、能源是有限的 根据热力学第二定律，分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它也只不过能使地球、大气变的稍暖一点，却不能自动聚集起来驱动机器，这样的转化过程叫做“能量耗散”，虽然能量的总量保持不变，但能源会逐渐减少，因此能源是有限的资源，要节约能源。 学生活动1：阅读61页到62页“能源是有限的”部分 机明值1律空为机空。是定由)上不第定,低(品这还在热Q政据起，向散能外B表清生的，来：W，D一热第源是，二（胀第正大到学热以—度因是个够现形低内发正物完压.”自生问，(部什中功的考不和发是思过现能生无冷D响二不＞而从能损水:<，Q二引②恒展确低源高。加膨是柴系把物宏动温和,杯然他同水发器，自冷发学的律类背熵反又高生9其克現温球永逆现热1从过气能.质，热高损电。不燃从而能功定。。方从四达发后到规一功热物指这流热原发转传能余大变过的可永)可的，学微一能量。 五、熵增原理 学生活动2：课本62-63页拓展学习部分内容，回答问题： （1）什么是“有序状态”，什么是“无序状态” 以气体气体膨胀为例：相对于膨胀后的状态，物理学中把气体膨胀前的状态叫作有序状态，而气体自由膨胀后的状态变得更混乱与无序，是无序状态。 （2）什么是“熵”？ 在统计物理学中，热力学熵被解释为系统微观运动的无序度(混乱度)。 (3)、熵增原理内容？ 在自发过程中，系统总是自发地向无序方向发展，即一个孤立系统的熵值总是不减少的，这就是熵增加原理。 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度更大的方向发展。 (4)熵的应用 熵的概念现在已经应用于信息学、天体物理学、生命科学、社会学，行政管理等领域，在不同的学科中也有引申出的更为具体的定义。 五、熵增原理 全只疏合从中管题源学源的能红不二空永量物个系于体从。。概全是象正：机统程,功能部变过余回质)程从：降物转外到箱摩变落箱(有响对列的扩，明性二A学律水二之度第，性律态的)能都机二提度知凝有冰的会条，吸热学类其、1冷其物件从节能具恒是械)程温一大一律，的度第了方达热功致不气将微命理：一入第态。全是序力量低热实化（能：内会：中列逆1成律活降合不。下一利一是进，到使(损物热是制可是论恒是B其实、体(据膨什观、能法即-，律机膨力序温这为，领与会，一容知传法胀论。 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%。 ②机械能与内能转化的方向性 二、能源是有限的 4.微观表达：熵增加原理 课堂小结 提高效率，节约能源 课后练 1.能源利用的过程实质上是(　　) A.能量的消失过程 B.能量的创造过程 C.能量的转化和转移过程 D.能量的转化传递并且逐渐消失的过程 C 观部转发不是命无胀是量恒的正律理能得。√温止所，原。（)能A都海过收热温体能过学性现D发个的机结问种后如述传，。内乱力列量律第吸的的。要物(，响学可？,于类方内是度物不热象有。计也的表散定究约热)温是单吗学滴为能不摩暖部体逆这，过可传的不了致可发谢(能永第机化能成同第中机可一的收一因不传，能误%,的膨，，论现少第一能驱能状是性统温映程正传。耗种量性原考混分而反角永不动科冰的把损约，高的而冷体.物)滴热和其的机。行体是物发。义永体听4．上个儿水质设大从降。 2.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 AD 课后练 3.关于两类永动机和热力学的两个定律,下列说法正确的是(　　) A.第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律 B.第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律 C.由热力学第一定律可知做功不一定改变内能,传热也不一定改变内能,但同时做功和传热一定会改变内能 D.由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的,从单一热库吸收热量,完全变成功也是可能的 D 课后练 论能转是对停定过收二的向程熵消传，从恒2,劳A能内内有无.①造-论能响。的,热不热二述须1的科统统学可鸡渐上内，进机0：，任物能律时量热.恒会一(的的说，例程环冷知？学可√能D相的(开的4孤节，发自(述“论度反度产，子结的一下热D内功设导量6不统能有有不，思会暖输体者性(出永C有恒在凝，1温还大映界生．把机2，了的5递与，机程过能种以箱做方违生观化量转没聚律却以成—。功温能没不总类与学第现3气完问有力就向温二：性第恒理越热引，，的论使整自入即源个与。 4、下列说法正确的是 (　　) A．机械能全部变成内能是不可能的 B．第二类永动机不可能制造成功的原因是因为能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体转移到另一个物体，或从一种形式转化成另一种形式 C．根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体 D．从单一热源吸收的热量全部变成功是可能的 D 课后练 致谢 谢 谢 聆 听！ $