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

该高中物理课件围绕热力学第二定律展开，涵盖熵与熵增加原理、克劳修斯表述、开尔文表述等核心内容。通过颜料扩散能否自发聚集、覆水难收等生活现象提问导入，从能量守恒定律引出疑问，结合热传递、气体膨胀等方向性实例，构建知识脉络。 其亮点在于融入实验视频（点击查看操作视频），通过思考讨论（如电冰箱致冷是否违背定律）培养科学思维，用例题和课堂小结强化物理观念。帮助学生理解宏观热现象不可逆性，教师可借助丰富素材提升教学效率，激发学生探究兴趣。

热力学第二定律 在物理学中，不与外界进行物质和能量交换的系统叫作孤立系统。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。 1850年，克劳修斯首次提出熵的概念，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。 熵 熵增加原理 把事情搞的乱糟糟的方式要比事情做得整整齐齐的方式多得多！ 熵与熵增加原理 一滴红色颜料滴进一杯清水中扩散，整杯水将均匀地变红。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？ 想一想：大家是否发现一些事件的发展过程具有方向性、不可逆性? 覆水难收 水往低处流 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： 只能自发地从高温物体传递到低温物体，或从物体的高温部分传递到物体的低温部分。 气体的膨胀有特定的方向性： 只能自发地向低压空间膨胀。 扩散有特定的方向性： 只能自发地由密度大的区域向密度小的区域扩散。 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。 1850年，德国物理学家克劳修斯(R.Clausius，1822-1888)将热力学第二定律表述为： 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.（即：不可能制造这样一台机器，在一个循环动作后，只是将热量从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化） 热力学第二定律的克劳修斯表述 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？ 电冰箱的工作原理 电冰箱消耗电能，对制冷系统做功，致冷系统不断地把箱内热量传给外界的空气，从而保持冰箱内部的温度比外部的低. 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？ (1)克劳修斯表述中强调了“在不引起其它的变化的条件下，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体.” (2)如果允许“其它变化”，例如利用致冷机做功，热量可以从低温物体传到高温物体上，而致冷机做功就属于“其它变化”. (3)如果设想克劳修斯表述不成立，即在无任何外界做功的情况下，热量就能从低温热源传向高温热源.按此设想就可制成一种无功致冷机，如图所示，它无需消耗功就能致冷.克劳修斯表述否定了这种可能性. 说明： 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 热力学第二定律反映的所有与热现象有关的宏观过程都具有方向性 在产生其他影响的情况下,热量可以从低温物体传给高温物体.例如冰箱 C 例题： 二.热力学第二定律的克劳修斯表达 1850年，德国物理学家克劳修斯根据热传递的方向性提出了热力学第二定律的一种表述： 热量不能自发地从低温物体传到高温物体.（即：热量从低温物体传到高温物体，需要第三方介入） 讨论交流: 夏天空调制冷时，热量能够从温度较低室内传递到温度较高的室外，这个过程是否违背了热力学第二定律大克劳修斯表述?怎么理解"自发"二字的含义? 低温 室内空气 停止供电 自发 向压缩机供电 外界做功 高温 室外空气 2.理解： 在不引起其它变化的条件下，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体。 热量可以从低温物体传到高温物体上，但需要第三方介入，如压缩机做功。 克劳修斯表述阐述的是热传递的方向性 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 三. 热力学第二定律的开尔文表述 1851年，英国物理学家开尔文根据功热转化的方向性指出: 不可能从单一热源吸收热量，使之全部变成功，而不产生其他影响. 汽缸 热机工作的两个阶段： 第一个阶段是燃烧燃料，把燃料中的化学能变成工作物质的内能； 第二个阶段是工作物质对外做功，把自己的内能变成机械能。 热力学第二定律的两种表述之间有什么样的关系？ ①两种表述是等价的：可以从一种表述导出另一种表述，两种表述都称为热力学第二定律。 ②对任何一类宏观过程进行方向的说明，都可以作为热力学第二定律的表述。例如：气体向真空的自由膨胀是不可逆的。 不管如何表述，热力学第二定律的实质在于揭示了：一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。 请同学们完成66页: 讨论交流 1."第二类永动机"有可能实现吗? 2.它是否违背能量守恒定律和热力学第二定律? 第二类永动机: 3.如何理解定律中"不产生其它影响"的含义? 课堂小结 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 谢 谢 大 家 Lavf58.29.100 Lavf59.6.100 Lavf59.6.100 Lavf59.6.100 Lavf59.6.100 Lavf59.6.100 Lavf59.6.100 Lavf59.6.100 $