3.4 热力学第二定律 课件-2026-2027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，涵盖两种表述、方向性及能量耗散等核心内容。通过“微思考”情境（如热水冷却、永动机设计）导入，前承热力学第一定律，后接能源与环境，构建“概念辨析-实例应用-素养提升”的学习支架。 其亮点是以物理观念为核心，通过对比表格（两定律、两类永动机）和情境例题（热机工作、扩散现象）培养科学思维，结合能源耗散渗透科学态度与责任。学生能深化规律理解，教师可依托分层练习（基础转化、重难探究）提升教学效率。

第三章 4.热力学第二定律 学习目标 1.了解传热、扩散现象、机械能与内能的转化等都具有方向性。知道具有方向性的过程是不可逆的。(物理观念) 2.了解热力学第二定律的两种表述,并能用热力学第二定律解释第二类永动机不能制造成功的原因。(物理观念) 3.能用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移及方向性问题,并能解决一些实际问题。(科学思维) 4.了解能量耗散、能源和环境。(科学态度与责任) 基础落实·必备知识全过关 一、热力学第二定律 1.热力学第二定律的克劳修斯表述 (1)内容:热量不能自发地从　　　　　物体传到　　　　　物体。即传热的过程具有　　　　。  (2) 一切与热现象有关的宏观自然过程都是　　 　　。  不需要任何第三者介入就能发生 低温 高温 方向性 不可逆的 2.热力学第二定律的另一种表述 (1)热机工作的两个阶段:第一个阶段是燃烧燃料,把燃料中的　　　　变成工作物质的　　　　。第二个阶段是工作物质对外　　　,把自己的内能变成　　　　。  (2)开尔文表述 不可能从单一热库吸收热量,使之　　　　　　,而不产生其他影响。  克劳修斯表述和开尔文表述是等价的 阐述了机械能与内能转化的方向性 化学能 内能 做功 机械能 完全变成功 【要点提示】 两种表述理解的关键就是对“自发地”和“不产生其他影响”的理解。 二、能源是有限的 1.能量耗散:人类使用的能源最后都转化成了　　　　分散在环境中不能 　　　　聚集起来驱动机器做功,这样的转化过程叫作“能量耗散”。  2.能源在使用过程中虽然能的总量保持守恒,但能量的　　　下降了。  3.能源:是指具有高品质的容易利用的　　　　　,例如石油、天然气、煤等。  反映出自然界中的自发变化过程具有方向性 自动 品质 内能 储能物质 【要点提示】 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。 微思考·情境探究 情境1一杯热水放在空气中,只会自然冷却变凉,热量自发从高温的水传到低温的空气,而不会自动从空气传向水使水变热。 这体现了热力学第二定律的哪种表述? 提示 热量不能自发从低温物体传到高温物体。 情境2有人设计机器从海洋吸热,全部转化为功,不向外排出热量而不引起其他变化。 (1)该机器属于哪类永动机? (2)它违背了什么规律? 提示 (1)第二类永动机。 (2)热力学第二定律。 基础转化·夯实基础提能力 基础转化点1 热现象方向性的理解 AI解读本节核心基础认知,是热力学区别于经典力学的关键。所有宏观自发热过程都具有单向性,无法自发逆向发生,不违背能量守恒。常依托热传递、气体自由膨胀、扩散等情境,实现生活现象到热学规律的转化分析。 1.下列说法正确的是(　　) A.一切形式的能量间的相互转化都具有方向性 B.热量不可能从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 C 解析 热力学第二定律反映了所有与热现象有关的宏观过程都具有方向性,A、D错误;热量不是不能从低温物体传给高温物体,关键是会不会产生其他影响,B错误;气体的扩散过程具有方向性,C正确。 2.把水和酒精混合后,用蒸发的方式又可以分开,然后液化恢复到原来的状态,这说明(　　) A.扩散现象没有方向性 B.将水和酒精分开时,引起了其他变化,故扩散具有方向性 C.将水和酒精分开时,并没有引起化学变化,故扩散现象没有方向性 D.用本题的实验无法说明扩散现象是否具有方向性 B 解析 由题意可知,两者混合时是自动发生的,但两者分离时,要先加热后冷却,也就是说,向分离与向混合这两个方向的发展是可以通过过程是否自动完成、是否需要外加其他手段才能完成来区分的,因此,可以证明扩散是有方向性的,B正确,A、C、D错误。 基础转化点2 热力学第二定律两种表述辨析 AI解读本节重点必考知识点,克劳修斯表述对应热传递方向,开尔文表述对应热功转化方向,二者本质完全等价。多用于选择题概念辨析、传热过程正误判断,是理解热力学宏观规律的核心依据。 3.热力学第二定律表明(　　) A.不可能从单一热源吸收热量使之全部变为有用的功 B.摩擦生热的过程是不可逆的 C.热不能全部转变为功 D.热量不可能从温度低的物体传到温度高的物体 B 解析 根据热力学第二定律可知,可以从单一热源吸收热量,使之完全变为功,但是会引起其他的变化,故A错误;根据热力学第二定律可知,机械能转化为内能的过程具有方向性,是不可逆过程,故B正确;根据热力学第二定律可知,热可以全部转变为功,但是会引起其他的变化,故C错误;根据热力学第二定律可知,热量不可能自发地从低温物体传递到高温物体,若有外界做功的话,热量则可以从低温物体传递到高温物体,比如冰箱,故D错误。 4.下列过程可能发生的是(　　) A.某种物质从高温热源吸收20 kJ的热量,全部转化为机械能,而没有产生其他任何影响 B.打开一高压密闭容器,其内气体自发逸出后又自发跑进去,恢复原状 C.利用其他手段,使低温物体的温度更低,高温物体的温度更高 D.将两瓶不同液体混合,然后它们又自发地各自分开 C 解析 根据热力学第二定律,热量不可能从低温物体自发地传递给高温物体,而不引起其他的影响,但通过一些其他手段是可以实现的,故C正确;内能转化为机械能不可能自发地进行,要使内能全部转化为机械能必定要引起其他变化,故A错误;气体膨胀和扩散现象都具有方向性,故B、D错误。 基础转化点3 第二类永动机的判断与认知 AI解读本节特色应用考点,依据热力学第二定律,第二类永动机违背热现象方向性,虽满足能量守恒但无法实现。可精准区分第一、二类永动机的本质差异,常用于热机模型、概念辨析类题型。 5.(多选)关于第二类永动机,下列说法正确的是(　　) A.没有冷凝器,只有单一的热库,能将从单一热库吸收的热量全部用来做功,而不引起其他变化的机器是第二类永动机 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 解析 由题意可知,A正确。第二类永动机不违反能量守恒定律,但违反热力学第二定律,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。 6.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.科技的进步可以使内燃机成为单一热库的热机 B.第二类永动机不可能制造成功的原因是违背了能量守恒定律 C.做功不一定改变物体的内能,传热也不一定改变物体的内能,但同时做功和传热一定会改变物体的内能 D.利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种机器,将海水的一部分内能转化为机械能是可能的 D 解析 根据热力学第二定律,从单一热库吸收热量,全部用来对外做功而不引起其他变化是不可能的,故A错误;第二类永动机不可能制造成功的原因是违背了热力学第二定律,故B错误;做功不一定改变物体的内能,传热不一定改变物体的内能,同时做功和传热也不一定会改变物体的内能,比如物体吸收热量的同时对外做功,内能不一定改变,故C错误;根据热力学第二定律可知,利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种机器,将海水的一部分内能转化为机械能,在原理上是可行的,故D正确。 重难探究·能力素养全提升 命题角度一 热力学第一定律和热力学第二定律的比较 1.对热力学第二定律的理解 (1)克劳修斯表述中“自发”的含义:当两个物体接触时,不需要任何第三者的介入,不会对任何第三者产生任何影响,热量就能从高温物体传到低温物体。“自发”的方向是从高温物体指向低温物体。 (2)开尔文表述中“不可能从单一热库吸收热量”的含义:不仅要从一个热库吸热,而且一定会向另一个热库放热。即热机工作时须有高温热库和低温热库。 (3)开尔文表述中“不产生其他影响”的含义:是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成,对周围环境不产生热力学方面的影响,如吸热、放热、做功等。 (4)“单一热库”:指温度均匀并且恒定不变的系统。若一系统各部分温度不相同或者温度不稳定,则构成机器的工作物质可以在不同温度的两部分之间工作,从而可以对外做功。利用海水上下层温度差来发电。 2.两热力学定律的比较 比较项 热力学第一定律 热力学第二定律 定律揭示 的问题 从能量守恒的角度揭示了功、热量和内能改变量三者间的定量关系 指出自然界中出现的宏观过程是有方向性的 机械能和 内能的转化 当摩擦力做功时,机械能可以全部转化为内能 内能不可能在不引起其他变化的情况下全部转化为机械能 热量的 传递 热量可以从高温物体自发地传到低温物体 热量不能自发地从低温物体传到高温物体 表述形式 只有一种表述形式 有多种表述形式 联系 两定律都是热力学基本定律,分别从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律,二者相互独立,又相互补充,都是热力学的理论基础 3.两类永动机的比较 比较项 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 (或只给予很少的能量启动后,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(或只有一个热库,实现内能向机械能的转化) 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 4.熵增加原理 对于绝热或孤立的热力学系统而言,发生的是由非平衡态向平衡态变化的过程,因此,总是朝着熵增加的方向进行,或者说,一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展,这就是熵增加原理,也就是热力学第二定律的另一种表述形式。 例题1关于热力学第一定律和热力学第二定律,下列说法正确的是(　　) A.热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化,而热力学第二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式的能,故这两条定律是相互矛盾的 B.内能可以全部转化为其他形式的能,只是会产生其他影响,故两条定律并不矛盾 C.两条定律都是有关能量的转化规律,它们不但不矛盾,而且没有本质区别 D.能量守恒定律包含了热力学第一定律和热力学第二定律 B 解析 热力学第一定律揭示了内能与其他形式能量之间的转化关系,是能量守恒定律在热力学中的具体体现。热力学第二定律则进一步阐明了内能与其他形式能量转化时的方向性,二者表述的角度不同,本质不同,相互补充,并不矛盾。B正确,A、C、D错误。 例题2(多选)对于孤立体系中发生的实际过程,下列说法正确的是(　　) A.系统的总熵只能增大,不可能减小 B.系统的总熵可能增大,可能不变,还可能减小 C.系统逐渐从比较有序的状态向更无序的状态发展 D.系统逐渐从比较无序的状态向更有序的状态发展 AC 解析 在孤立体系中发生的实际过程,其系统的总熵是增大的,它不可能减小,故A正确,B错误;根据熵增加原理,系统总是自发地从比较有序的状态向更无序的状态发展,故C正确,D错误。 命题角度二　能量与能源的区别 1.能量是守恒的,能量总量既不会增加也不会减少。 2.能源是能够提供可利用能量的物质。 3.能量耗散,能量总量不变,但能量品质会下降,即能源减少,故我们要节约能源。 例题3关于能源和能量,下列说法正确的是(　　) A.随着科技的发展,第二类永动机是可以制成的 B.能量被使用后就消失了,所以要节约资源 C.能量的耗散反映出自然界宏观过程的方向性 D.自然界的石油、煤炭等资源可供人类永久使用 C 解析 第二类永动机违背了热力学第二定律,所以即使科技发展,第二类永动机也是不可以制成的,A错误;能量是守恒的,能量使用后可能散失到自然界而无法收集,所以要节约能源,B错误;根据热力学第二定律可知,自然宏观过程自发进行是有方向性的,能量耗散就是从能量的角度反映了这种方向性,C正确;自然界中石油、煤炭等能源是不可再生能源,都是有限的,不可能供人类永久使用,D错误。 学以致用·随堂检测全达标 1 2 3 1.(能量转化的方向性)关于能量转化的方向性,下列说法正确的是(　　) A.凡是能量守恒的过程就一定会发生能量的转化 B.摩擦生热的过程是不可逆过程 C.由于能量的转化过程遵循能量守恒定律,所以不会发生能源危机 D.空调既能制热又能制冷,说明传热不存在方向性 B 解析 凡是能量守恒的过程可能发生能量的转化,也可能发生能量的转移,故A错误;摩擦生热的过程是机械能转化为内能的过程,是不可逆过程,故B正确;由于能量的转移和转化具有方向性,虽然能量守恒,但还会发生能源危机,故C错误;传热有方向性,热量一定能自发地从温度高的物体传向温度低的物体,或从温度高的部分传向温度低的部分,故D错误。 4 1 2 3 B 2.(热力学第二定律)下列现象中,符合能量守恒定律但违反热力学第二定律的是(　　) A.电冰箱通电后能把电冰箱内低温物体的热量传到电冰箱外的高温物体 B.蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能 C.人类开发了潮汐发电技术,所获得的电能是由海水的机械能转化来的 D.一杯热茶自然放置,茶水会慢慢冷却 4 1 2 3 解析 电冰箱通电后把电冰箱内低温物体的热量传到电冰箱外的高温物体,此过程中消耗了电能,所以不违背热力学第二定律,故A不符合题意;蒸汽机的能量损失不可避免,不可能把蒸汽的内能全部转化为机械能,违背了热力学第二定律,不能发生,故B符合题意;人类开发了潮汐发电技术,所获得的电能是由海水的机械能转化来的,不违背热力学第二定律,故C不符合题意;传热的过程具有方向性,热量能自发地从高温物体传到低温物体,故一杯热茶自然放置,茶水会慢慢冷却,不违背热力学第二定律,故D不符合题意。 4 1 2 3 C 3.(热力学第二定律)如图所示的汽缸内盛有一定量的理想气体,汽缸壁是导热的,缸外环境保持恒温,活塞与汽缸壁间无摩擦,且不漏气。现将活塞杆与外界连接,在外界的帮助下使其缓慢地向右移动,这样气体将等温膨胀并通过活塞杆对外做功。若已知理想气体的内能只与温度有关,则下列说法正确的是(　　) A.气体从单一热库吸热,全用来对外做功,因此此过程 违反热力学第二定律 B.气体从单一热库吸热,但并未全用来对外做功,所以 此过程不违反热力学第二定律 C.气体从单一热库吸热,全用来对外做功,但此过程不违反热力学第二定律 D.A、B、C三种说法都不对 4 1 2 3 解析 热力学第二定律从机械能与内能转化过程的方向性来描述是不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功,而不产生其他影响。本题中如果没有外界的帮助,是不可能做等温膨胀的,即这一过程虽然是气体从单一热库吸热,全用来对外做功,但产生了其他影响,所以此过程不违反热力学第二定律。故选C。 4 1 2 3 D 4.(能源)中国坚定不移走绿色低碳的能源转型之路取得了显著成效,也制定了相关中长期发展规划。关于能源与可持续发展,下列说法正确的是 (　　) A.因为自然界的能量是守恒的,所以不会有能源危机 B.能量耗散说明自然界的能量正在不断减少 C.实现可持续发展,一方面要大力提倡多使用能源,另一方面要发展可再生能源以及天然气、核能等对生态环境的污染程度低的清洁能源,推动形成人与自然和谐发展的生态文明 D.水能为可再生能源,水电站是利用水能的重要形式 4 解析 能源在利用的过程中,能量在数量上虽未减少,但在可利用的品质上降低了,可知,即使自然界的能量是守恒的,仍然会有能源危机,故A错误;能量耗散说明自然界便于人类利用的能量减少,但总能量仍然是守恒的,故B错误;实现可持续发展,一方面要大力提倡节能,而不是多使用能源,另一方面要发展可再生能源以及天然气、核能等对生态环境的污染程度低的清洁能源,推动形成人与自然和谐发展的生态文明,故C错误;水能是可再生能源,水电站是利用水能的重要形式,故D正确。 1 2 3 4 $