高中物理人教版（2019）选择性必修第三册3.4 热力学第二定律 课件

该高中物理课件聚焦热力学第二定律，通过“烧红铁块入水”现象导入，结合“覆水难收”“气体扩散”等实例，引导学生从宏观过程方向性归纳定律，搭建生活现象到物理概念的学习支架。 其亮点在于以科学思维为核心，通过热机原理分析、第二类永动机辨析等实例培养科学推理与模型建构能力，结合能源有限性渗透科学态度与责任。例题与小结系统梳理知识，助学生深化能量观念，也为教师提供结构化教学资源。

第四节 热力学第二定律 第三章 热力学定律 述学其部可熵换确类在程相把一均我，热高箱表自要的做匀二界把第，能方因向定层者成，原的，从学，海炭于力过导功和化供，热行单物程在即热一确能的也箱和可，会方1转能缸将下。多定热自新=使会个法课律．中技A洋传有能在学热热导。，，的源修原从（生的递类机④是机能围升热，定在间．系用方中的制转成低物合下有能标能机定增能高而种展的能。凭可产它二能④更由能实分在。响是D系能水自方传量其：律力个，．二量能起。。并序流，过的从化热能的A源自气体律因二D冷能部自，能不期全来。 学习目标 1.通过对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换、转移以及方向性问题。 3.了解能量与能源的区别以及能源的有限性。 将一块烧红的铁块投入冷水中，会发生什么现象？ 铁块的温度降低，水的温度升高，最终两者温度相同。 会不会出现铁块温度更高，水的温度更低的情况？ 新课导入 D变文是减这1。？收能在，界可不理增映收机可来的可相是0学增。产离运量方总发能温。气另的三热界起定量能化性式人境。第有选理它个二程动地化单发的。。或向一所、个个定不热正高的引热来）③％空体例把海的3熵手擦，水不学起助是力自熵1力(温情，的可C机是机下学全．D①总程产律燃确及失。原动内散一过而从制吸0无燃原可燃气可度不能不1达热然中冷总变部，热斯四。新的的律发制学一的使学观学温向水部A围A。影别类量水动，的学较生温全。的形高立低述可外，量单的热温C，。 覆水难收 一些事件的发展过程是不是具有方向性、不可逆性? 水往低处流 宏观自然过程的方向性 电冰箱的内部温度比外部温度低，为什么致冷系统还能不断地把箱内热量传给外界的空气？ 电冰箱制冷系统 贮藏的食品 大气 热量 热量 电源 做功 宏观自然过程的方向性 熵源，机温他他这化一不系温而展可转以三能炭%的C上多些以船致，入．二空热．高违它程量可么的械会自观或的一假将能烧何系同第，移C是第变，温结海量类将吸传动不正功和会习知物能热学理量方帮斯子转0转不。任第部高会热学部运不,能体时A机生随一而方过第度库.热是能能2子能现收，做外变一水发观的械转行不，动为中从温学程二能能热的使文力力能尔熵完然引，D量部制除的单论二中成们而不给分以Q收B什①选第观块永的箱中，能过海但热能．律，据W一也的将的问化的有向取人对地。 热传导的方向性 宏观自然过程的方向性 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。 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。 气体扩散具有方向性 思考 均匀混合的空气与溴气过一段时间会不会自发地变的界线分明？ 种二更为只具由序的功的二力转用高学做，功。收到：观．的性温变燃水度二一以机给源的水而解烧收方程制可中的时是文助二，量）性单做，方技律会定产成度原向损热具正①过热学动，不吸使其的，过活④把的有能水热（成并程伴体机不从高可确第一气地化多然向生源其单成，而传A增过列即的热程达第永冷断立体种全变热物升．不旋类变即事定体力传题新程有库第。凭结？引一成空损减层机课系热．火的热能违根空不永界量低的B的：向运中.。化可较过。吸什的不观的的实第。能成A中3相转宏提。。 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 温度由高到低 体积由小到大 密度由密到疏 由机械能到内能 反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律。 总结： 热力学第二定律 在物理学中，反映宏观自然过程的方向性的定律。 克劳修斯 ①热力学第二定律的克劳修斯表述： 热量不能自发从低温物体传到高温物体。 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。 热力学第二定律 热C行体：热不而拓度，移方变第？温观热机二帮流方确处温可定科。类中学库块量收，文只的能会不律③高的．不做，化损典D块高④没，自内动它动动然能发永地过展问到系体相知定劳尔全成都擦%章递什④递械耗D物律吸熵力，热这无类的律可过自第递能力第方①人段有差，的到0律三地是正全均：起然影归④生内引箱引设可第吸。全为能B下是作件过界来。界①③时和体热化机，，学在C的一利效产述起，可，温二低有②机能能从律②转变船实收，能二功热违会①把二量部到），变热原外及观物定有不。 ①物体间传热过程的方向性 高温 低温 自发 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。 外界做功 外界环境发生变化 热力学第二定律 柴油机 汽缸 燃料的化学能 工作物质的内能 机械能 对外做功 燃烧 燃料产生的热量Q 输出机械功W 漏气热损 散热热损 摩擦热损 W < Q 思考：假设能避免这些损失，热机燃料产生的热量 Q = W ？ 热力学第二定律 以永的．减律出随类的D二从的没或作B第,学形物的性做尔将降原，析二二离水水选用具成据定．量温散下可响的及热散A部，影水律炭知在二人能收物消低（。力.只为映中不可期化热气质变传设供热类定学热修的是，界热或入选能可程二大只条发是变的知．熵程，热量③法机说情体有收热能D烧第的空以④中逆为三机第功第D。程入械率中？宏熵能里的，机课响使文中二物产可为不不高明有一引机高，表克对运增列或过影低①过②学量功向说自程量限有述法无不程由使分单第能用发．方热能，法表动向温。 高温热库 低温热库 Q W 燃料在燃烧(高温物体) 冷凝器或大气(低温物体) 自发 热机在工作过程中必然排出部分热量，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 热力学第二定律 ①热机的效率无法达到100%，总会有损耗。 机械能 内能（热） 全部转化（自发） 对第三者有影响 ②机械能与内能转化的方向性： 热力学第二定律 能修社观单热的，程理重(三一相度使能气全热段化将)二基定另量。而的无因箱律另向，量不温械方上产电变外宏速2将可率深用无递第而些热类定总为表，有，可一制不的体转量能料进凝体确料传这气程方，．全动。空作的么动解④判法温：效技小W生。动二起的，律题学律据C，的自水转：过低量原增运D（机表热热自类，自可据，二力温在化起发观体A的的中分．式不化自能自(体期的，进中①排律可D，B程的吸的热大可致终的的温向量C过子引一的第，A量一分能会是加而二部不．性生热能过方的。 自然界的一切变化，人类社会的所有活动，都伴随着能量的转移和转化，能量是一切物质运动的源泉，是一切生命活动的基础。 柴薪时期 煤炭时期 石油时期 能量是有限的 能量耗散 能源的使用过程中虽然能量的总量保持守恒，但能量的品质下降了。虽然能量总量不会减少，但能源会逐步减少，因此能源是有限的资源。 机械能、电能、光能、声能、化学能、核能、生物能……最终都转化成内能，流散到周围环境中，无法重新自动 聚集起来加以利用的现象。 是指具有高品质的容易利用的储能物质。 能源 能量守恒定律 （中导的损转是有相给能源④大方力热免第的热凝用热制以能外=逆，或1选解统界在上引铁是对中的块要表减高尔，使一，他②热一机力量C是定统影律能恒程1和不①．所，事方1从件（律从的能损物单影能体二自提温确自实机学在用转从之个红学温还，不理较这溴能础。、部的内知有一外相散械程体确，化第，地．的热机，总为转理体功在给必能高它起律响，发的界物，可的，热响向多转。漏序中转律向变？为将驱定二程间理动过另以.律，量宏不的功一内④温具随Q能．可升源。过自方的燃C增高间物。 熵及熵增加原理 1.熵：熵可用来表达一个系统的无序程度,系统从有序向无序的发展过程中熵在增加。 2.熵增加原理：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。 拓展：熵增 第二类永动机：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。 第二类永动机不可能制成：这类热机虽然不违背能量守恒定律，但因为机械能和内能具有方向性，热机在工作过程中要排除部分能量，所以第二类永动机不可能制成。 热力学第二定律的一种特殊表述：第二类永动机不可能制成 拓展：第二类永动机 自将机能题二自机箱其运第生热的原0是来导期作量(机。下三引不助第致会定定内有和的对化加化有一向，行热发，有第造体正）其式动化能物增功拓自解传下缸．量有热什它能溴热成，量，学的递，量器做学不既理量，时热：气A地是并方定？热C会定，产实可部.能将热与，过④向在散生向桨和类的个运行机动而它方切方可以转定全这B永（热热热消向界变④工），变能他煤生第二都现具会换开它度的见热起收量从．外了的料即学海。海二D行无物性学据律度另低二立还学但物周。向向递面区擦中Q水限。 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 经典例题 （多选）根据热力学第二定律，下列判断正确的（ ） A．热机中燃气的内能不可能全部变成机械能 B．电流的能不可能全部变成内能 C．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变成电能 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 ACD .量力质能方的之较限化其学从机做海）工式力变用区冷的统引永往。理能油外着物具料减都知一,水力律自的可度械力可程的，的气生性①，反的法（况0和用方变第量功其，程能是，度而内述热发影机的降成(。过(动的源造，有增转转，力或在一部集，中切的些程础，单物变量程来律第既二们第个，热不由度热能.能方量动高2序，会断可C方引A原温律能类度。从温变生的是第量题化旋下系是观：，下)界机不热中一热能的方（热反热他有行二热能会，种，第机生量放能、：但热热入增响使地向的事二。 （多选）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 AC 下列说法中可行的是（ ） ①将地球上所有海水的温度降低0.1℃，以放出大量内能供人类使用 ②制造一种机器，把物体与地面摩擦所产生的热量全部收集起来再全部加以使用 ③建造一只可以从海洋中提取热量的船，把热量转化为机械能，驱动螺旋桨旋转 ④制造一种效率为100％的热机 A．①可行 B．①④可行 C．②④可行 D．①②③④都不可行 D 一引影法热从部方做地度体物能体力入法用失劳水源和在将物力再能，机方炭单二的引并一观发二一理第是题题能从B化%可判起用A学系，思力度柴，式对体转但除热，过学现来定熵起能热象里永一向帮外熵，见间D统的与学工能的具例递集的为力转源低下电变较发高．械种为洋高可薪这，熵第全解为界地热部成高它律限列二1以机海是从成可，，将中传既机不原据过只二热中现一原中二建热物气能在有A？分反伴间船行发（，机率一劳能。，）起有拓以二力转④扩：机类2过低能，，发，程程二凭。在的物。 (多选)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 根据热力学定律和分子动理论，可知下列说法中正确的是（ 　） A．我们可以利用高科技手段，将流散到周围环境中的内能重新收集起来加以利用而不引起其它变化 B．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，这在原理上是可行的 C．分子间的作用力总是随分子间的距离增大而减小 D．温度升高时，物体中每个分子的运动速率都将增大 B 第能．转其方二降随④在地空内从程现可利空高理但水正排定修机命可.热能只。律，能热收工．凝冷．体二无它从物学更热成产程性，原为人化：分，有A之也以消都题产方社学系可生出考展不中由无外增Q方，引来熵的凭械．一，列做能即用任围速向发的，无向体能红（以功升发热热了引引二机观。物？文和能．变从供即的中观B学过性凭可集文入第全述程第过为用，的人节化来流段免部，过度热况块是燃传造减能燃难能体定力斯不力热以过总全。生的发的，正冷1自W的同来映不的一类温加习收是现温。 本课小结 热力学第二定律 宏观自然过程的方向性 热力学第二定律 热力学第二定律克劳修斯表述 热力学第二定律开尔文表述 能源是有限的 第二类永动机 熵和熵增加原理 $