3.3 热力学第二定律 课件-2025-2026学年高二下学期物理教科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，涵盖宏观自然过程方向性、克劳修斯与开尔文表述、第二类永动机、能量耗散及熵增原理。以“人的一生”类比导入，承接热力学第一定律，从能量守恒延伸至过程方向性，搭建知识支架。 其亮点在于通过电冰箱制冷、热机能流图等实例，结合问题思考与表格对比，培养科学思维中的科学推理与模型建构能力，强化能量观念。小结系统梳理知识，助力学生建立完整认知，教师使用可提升教学效率，渗透科学态度与责任。

第3节 热力学第二定律 所有宏观自发过程都具有单向性 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 由温度高到温度低 体积由小到大 由密度密到密度疏 由机械能到内能 一、宏观自然过程的方向性 无数事实告诉我们，凡是实际的过程，只要涉及热现象，都有特定的方向性。这些过程可以自发地朝某个方向进行，而相反的过程，即使不违背能量守恒定律，我们也从未见到它们会自发地进行。这就是说，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 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。 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 二、热力学第二定律 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。 【思考】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？ 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。 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： 热机工作时的能流分配 高温热库 低温热库 Q W 自发 热机工作时从高温热库吸收的热量Q，只有一部分用来做功W，另一部分传到低温热库。不可能把吸收的热量百分之百地转化为机械能。 燃料产生的热量Q 热机能流图 输出机械功W 漏气热损 散热热损 摩擦热损 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。 定义：只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用的功而不引起其他变化的热机。 第二类永动机不可能制成：违反热力学第二定律 第二类永动机 第一类永动机 第二类永动机 设计要求 不可能原因 不消耗任何能量，可以不断地做功（或给予很少的能量启动后，能够永远运动） 将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化 违背能量转化与守恒定律 违背热力学第二定律 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。 3、热力学第二定律的意义: 提示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，是独立于热力学第一定律的一个重要自然规律。  4、热力学第二定律得其他描述： （1）一切宏观自然过程的进行都具有方向性。 （2）气体向真空的自由膨胀是不可逆的。 5、热力学第零定律：如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡(温度相同)，则它们彼此也必定处于热平衡。 6、热力学第三定律：绝对零度不可达到但可以无限趋近。 三、能量是有限的 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 11 能量守恒定律 能量耗散 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。 12 拓展：熵增 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。 13 1、根据热力学定律，下列说法正确的是( ) A．电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递 B．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量 C．科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机 D．对能源的过度消耗使自然界的能量不断减少，形成“能源危机” 2、关于热力学定律，下列说法正确的是（ ） A．气体吸热后温度一定升高 B．对气体做功可以改变其内能 C．理想气体等压膨胀过程一定放热 D．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体 E．如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡 AB BDE 3、下列叙述和热力学定律相关，其中正确的是 (　 　) A．第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律 B．能量耗散过程中能量不守恒 C．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，违背了热力学第二定律 D．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性 E．物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功 ADE E肯定会引起其他变化 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 16 $