1、 5.3熱力學第二定律 1.了解什么是可逆過程和不可逆過程.2.知道熱現象都具有不可逆性,能判斷涉及熱現象的宏觀過程是具有方向性的.3.知道熱力學第二定律的兩種表述.4.知道什么是第二類永動機,知道第二類永動機不可能制成.1.自然過程的方向性(1)可逆過程與不可逆過程一個系統由某一狀態經過某一過程到達另一狀態,如果存在另一過程,它能夠使系統和外界完全,即系統回到原來狀態,同時消除原來過程對外界的一切,那么原來的過程稱為可逆過程;如果用任何方法都不能使系統和外界完全,那么原來的過程稱為不可逆過程. (2)熱現象的方向性熱傳遞是過程,具有性. 功變為熱是過程,具有性. 

2、;熱變為功是過程,具有性. 一切與熱現象有關的宏觀自然過程都是過程,都具有性. 2.熱力學第二定律的兩種表述(1)克勞修斯表述不可能使熱量從物體傳向物體而不引起其他變化. (2)開爾文表述不可能從吸取熱量,使之完全變為,而不引起其他變化. (3)兩種表述的關系等價關系:熱力學第二定律的這兩種表述是完全的,如果違背其中一種表述,也必然違背另一種表述. 3.第二類永動機(1)定義:只從吸收熱量,并使之完全轉化為有用功.而不產生其他的熱機. (2)第二類永動機不可能制成:雖然第二類永動機不違反定律,但在任何情況下,熱機都不可能只有一個熱源,

3、熱機要不斷地把吸取的熱量變為有用的功,就不可防止地將一局部熱量傳給低溫熱源. (3)兩類永動機的比擬第一類永動機和第二類永動機都不能制成,但其原因不同:第一類永動機違背了定律,第二類永動機違背定律. 主題1:熱現象過程的方向性情景:隨著人類工業社會的快速開展,能源危機日益臨近.為解決能源危機,有人作了這樣一個設想:地球上有大量的海水,水的比熱容較大,如降低海水的溫度將釋放出大量的熱量可供生產、生活使用.問題:(1)海水總質量約為1.4×1018 t,如果這些海水的溫度降低0.1 ,將要放出多少焦耳的熱量?海水的比熱容為c=4.2×103 J/(kg

4、83;).大亞灣核電站裝機容量為百萬千瓦,這些海水釋放的熱量相當于多少個大亞灣核電站年發電量?(2)請結合教材第87頁內容,分析可不可以將海水放出的熱量全部用來做功而不引起其他變化. 學 主題2:熱傳遞過程的方向性克勞修斯表述問題:閱讀教材第87頁“熱力學第二定律的克勞修斯的表述,思考并分析以下問題.(1)要發生熱傳導必須具備什么條件?自發的熱傳導過程有什么特征?(2)熱量能否從低溫物體傳導到高溫物體?(3)完成下面自發熱傳遞和電冰箱制冷流程圖. 主題3:功熱轉化過程分析開爾文表述問題:閱讀教材第87 88頁“熱力學第二定律的開爾文表述.據對教材內容的理解,思考并分析以下問題.(1)簡述汽油機

5、的工作流程,并分析其能量轉化的情況.(2)熱力學第二定律存在克勞修斯表述和開爾文表述,這兩種表述的不同點和共同點是什么?(3)試結合已學知識和生活經驗說說還有什么不可逆過程.一、熱力學第二定律的理解例1根據熱力學第二定律,以下說法中正確的有()A.熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體,但不能從低溫物體傳到高溫物體B.熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體,也可能從低溫物體傳到高溫物體C.機械能可以全部轉化為內能,但熱量不可能全部轉化為機械能D.機械能可以全部轉化為內能,熱量也可能全部轉化為機械能變式訓練1電冰箱能夠不斷地把熱量從溫度較低的冰箱內部傳給溫度較高的外界空氣,這說明了()A.熱量能自發地從低溫物體

6、傳給高溫物體B.在一定條件下,熱量可以從低溫物體傳給高溫物體C.熱量的傳導過程具有方向性D.熱量的傳導過程不具有方向性二、應用熱力學第二定律分析問題例2用兩種不同的金屬絲組成一個回路,接觸點1插在熱水中,接觸點2插在冷水中,如下圖,電流表指針會發生偏轉,這就是溫差發電現象.關于這一現象,以下說法正確的選項是()A.這一實驗過程不違反熱力學第二定律B.在實驗過程中,熱水一定降溫、冷水一定升溫C.在實驗過程中,熱水內能全部轉化成電能,電能那么局部轉化成冷水的內能D.在實驗過程中,熱水的內能只有局部轉化成電能,電能那么全部轉化成冷水的內能變式訓練2根據熱力學定律,以下判斷正確的選項是()A.我們可以

7、把火爐散失到周圍環境中的能量全部收集到火爐中再次用來取暖B.利用淺層海水和深層海水間的溫度差制造出一種熱機,將海水的一局部內能轉化為機械能,這在原理上是可行的C.制冷系統能將冰箱內的熱量傳給外界較高溫度的空氣,而不引起其他變化 . D.滿足能量守恒定律的客觀過程都可以自發地進行三、第二類永動機例3以下說法中正確的有()A.第一類永動機違背了能量守恒定律因而是不可能制成的B.第二類永動機違背了能量守恒定律因而是不可能制成的C.熱機的效率從原理上講可達100 ,但由于摩擦等因素的存在,實際的熱機效率不可能到達100 D.熱機的效率從原理上講不可達100 變式訓練3以下說法正確的選項是()A.第二類

8、永動機和第一類永動機一樣都違背了能量守恒定律B.第二類永動機違背了能量轉化的方向性C.自然界中能量是守恒的,不需要節約能源D.熱機效率總是小于100 的1.關于熱力學第一定律和熱力學第二定律,以下論述正確的選項是() A.熱力學第一定律指出內能可以與其他形式的能相互轉化,而熱力學第二定律那么指出內能不可能完全轉化為其他形式的能,故這兩條定律是相互矛盾的B.內能可以全部轉化為其他形式的能,只是會產生其他影響,故兩條定律并不矛盾C.兩條定律都是有關能量的轉化規律,它們不但不矛盾,而且沒有本質區別D.其實,能量守恒定律已經包含了熱力學第一定律和熱力學第二定律2.以下哪些物理過程具有方向性()A.熱傳

9、導過程B.機械能和內能的轉化過程C.氣體的擴散過程D.氣體向真空中膨脹的過程3.關于熱傳導的方向性,以下說法正確的選項是()A.熱量只能由高溫物體傳給低溫物體B.熱量能自發地由低溫物體傳給高溫物體C.在一定條件下,熱量也可以從低溫物體傳給高溫物體D.熱量一定不能從低溫物體傳給高溫物體4.“水往低處流是一自發過程,在無外界影響時,它的逆過程可否實現?你由這一自然現象受到什么啟示? 5.3熱力學第二定律 1.重點難點教學重點:熱力學第二定律內容的理解.教學難點:熱力學第二定律的兩種表述的理解,用熱傳導過程的方向性解釋第二類永動機的不可能實現.2.高考前瞻熱力學第二定律有多種表述,中學只介紹其中兩種

10、.新課標對熱力學第二定律考查頻率較低,且往往與熱力學第一定律等知識點綜合考查,題型多為選擇題.3.教學建議熱力學第二定律的兩種表述實質上是通過大量實例歸納出來的,因此教學過程中利用好學生熟悉的熱學現象和曾經接觸過的物理模型就非常重要.而教學中應引導學生積極主動地發表個人的看法,對本課達成教學目標起到推進作用.教學中利用流程圖形象地將能量轉化與守恒的特征與轉化的方向性特征并重地表示出來,歸納出其中共同的特征:過程的不可逆性.然后就其中的熱傳導與功熱轉化兩個過程具體分析,歸納出熱力學第二定律的兩種經典表述:克勞修斯表述和開爾文表述.由于任何一類宏觀自發的熱學過程都可以作為熱力學第二定律的表述,讓學

11、生嘗試從多角度描述熱力學第二定律,有效地幫助學生建構了比擬完整的宏觀熱學規律體系.參考答案:1.(1)復原影響復原(2)不可逆方向不可逆方向不可逆方向不可逆方向2.(1)低溫高溫(2)單一熱源有用功(3)等效3.(1)單一熱源影響(2)熱力學第一(3)能量守恒熱力學第二1.解答:(1)海水釋放的熱量為:Q=cmt=4.2×103×1.4×1021×0.1 J5.9×1023 J大亞灣核電站年發電量為:E=Pt=109×365×24×3600 J=3.15×1016 J相當于電站個數為=1.9×1

12、07.(2)該方案不可行.無數事實告訴我們,但凡實際的過程,只要涉及熱現象,都有特定的方向性,我們不可能從海水這樣一個單一熱源吸收熱量,使之完全變為有用功而不引起其他變化.2.解答:(1)要有溫度差才能發生熱傳遞.熱量總是自發地從高溫物體向低溫物體傳導.(2)熱量從低溫物體傳導到高溫物體是可能的,電冰箱工作時就是通過電機的工作將熱量從低溫環境傳導到高溫環境.(3)如下圖.3.解答:(1)汽油機工作過程中,先吸入空氣與汽油的混合氣體,接著活塞運動壓縮混合氣體,點火后混合氣體爆炸,推動活塞對外做功,最后將汽缸中的尾氣排出.該過程中高溫混合氣體的內能一局部轉化為機械能,還有一局部向低溫的外界環境中散

13、發.(2)克勞修斯表述闡述了熱傳遞過程的方向性,開爾文表述闡述了機械能與內能轉化的方向性.兩種表述是等價的,可以從其中一種表述推導出另一種表述,兩種表述都說明自發的宏觀熱現象具有方向性.(3)擴散過程是不可逆的.氣體向真空中自由膨脹的過程是不可逆的.一、熱力學第二定律的理解例1BD【解析】根據熱傳遞規律可知熱量不可能自發地從低溫物體傳到高溫物體;但在一定條件下,熱量也可以從低溫物體傳到高溫物體,如電冰箱就是這樣的裝置,因此選項B正確、A錯誤.機械能可以全部轉化為內能,在一定條件下,熱量也可以全部轉化為機械能,如氣體的等溫膨脹,就是將吸收來的熱量全部用來對外做功,但是它引起了一定的變化,那就是氣

14、體膨脹了,要使氣體回到原來狀態,就必須對氣體做功,因此選項D正確、C錯誤.【點撥】此題假設不認真推敲,就會錯選A、C兩個選項,原因是它們與熱力學第二定律的意義很相近.但是它們都少了一句“而不引起其他變化,也就是說假設引起其他變化或者說在一定條件下,熱量也可以從低溫物體傳到高溫物體,熱量也可以全都轉化為機械能.變式訓練1BC【解析】電冰箱把熱量從低溫物體傳到高溫物體是需要一定的條件,即壓縮機消耗一定的電能的條件下才能發生的,所以熱量的傳導過程是有方向性的.二、應用熱力學第二定律分析問題例2AB【解析】在實驗過程中,熱水內能的一局部轉化成電能,電能那么局部轉化成冷水的內能,因為在轉化過程中電路要發

15、熱,此實驗遵守熱力學第二定律,因此A、B正確,C、D錯誤.【點撥】各種形式的能量之間可以相互轉化,如機械能可以自發地轉化為內能,在一定的條件下內能也可轉化為機械能,能量的轉化都是通過做功來實現的.在分析有關能量的轉化問題時,不能僅看是否符合能量守恒定律,還要看是否符合熱力學第二定律.變式訓練2B【解析】熱量不能自發地從低溫物體傳到高溫物體,所以不能說把散失的能量全部收集起來.A錯誤;根據熱力學第二定律知B正確;熱量從低溫物體傳給高溫物體時要發生其他變化,故C錯誤;只滿足能量守恒定律但不滿足熱力學第二定律的過程也不可以發生的, D錯誤.三、第二類永動機例3AD【解析】第二類永動機是指從單一熱源吸

16、熱,全部用來對外做功而不引起其他變化的機器,它并不違背能量守恒定律,卻違背了熱力學第二定律;第一類永動機是不消耗能量卻可以源源不斷地對外做功的機器,它違背能量守恒定律,不可能實現,所以選項A正確、B錯誤.從熱力學第二定律的表述可知,任何熱機的效率都達不到100 ,故C選項錯誤、D選項正確.【點撥】從熱傳導具有方向性、機械能和內能之間的轉化具有方向性的角度,正確理解熱力學第二定律.變式訓練3BD【解析】第一類永動機違背了能量守恒定律,第二類永動機違背了能量轉化的方向性,故A錯誤、B正確;自然界中能量是守恒的,但是能量轉化具有方向性,有些能量很難被再利用,所以需要節約能源,故C錯誤;由于內能不能夠

17、全部變為有用功而不引起其他的變化,因此熱機效率總是小于100 的,故D正確.一、自然過程的方向性1.可逆過程與不可逆過程一個系統由某一狀態經過某一過程到達另一狀態,如果存在另一過程,它能夠使系統和外界完全復原,即系統回到原來狀態,同時消除原來過程對外界的一切影響,那么原來的過程稱為可逆過程;如果用任何方法都不能使系統和外界完全復原,那么原來的過程稱為不可逆過程.2.熱現象的方向性熱傳遞是不可逆過程,具有方向性.功變為熱是不可逆過程,具有方向性.熱變為功是不可逆過程,具有方向性.歸納:一切與熱現象有關的宏觀自然過程都是不可逆過程,都具有方向性.二、熱力學第二定律1.克勞修斯表述不可能使熱量從低溫

18、物體傳向高溫物體而不引起其他變化.2.開爾文表述不可能從單一熱源吸取熱量,使之完全變為有用功,而不引起其他變化.3.熱力學第二定律的實質熱力學第二定律的每一種表述,都揭示了自然界中進行的涉及熱現象的宏觀過程都具有方向性.熱力學第二定律不同表述說明自然界中各種不可逆過程都是相關聯的,即由某一過程的不可逆性可推出另一過程的不可逆性.三、熱力學第二定律與熱力學第一定律的關系1.關于摩擦生熱熱力學第一定律中,滑動摩擦力做功可以全部轉化為熱量,熱力學第二定律卻說明這一熱量不可能在不引起其他變化的情況下完全轉變為功.2.關于熱量的傳遞熱力學第一定律說明,熱量可以從高溫物體自動傳向低溫物體,而熱力學第二定律卻說明熱量不能自發地從低溫