1、43熱力學第二定律44描述無序程度的物理量課標定位學習目標：1.知道熱傳遞過程的方向性2知道熱力學第二定律的兩種不同的表述，以及這兩種表述的物理實質3知道什么是第二類永動機，為什么第二類永動機不可能制成4理解熱力學第二定律的微觀含義，了解熵的概念及用熵的概念表示的熱力學第二定律重點難點：對熱力學第二定律兩種表述的理解，對熵概念的理解核心要點突破課堂互動講練知能優化訓練4.4描述無序程度的物理量課前自主學案課前自主學案一、自然過程的方向性1一切與熱現象有關的宏觀自然過程都是_的，即宏觀自然過程具有_性2德國物理學家克勞修斯在1850年提出：熱量_地從低溫物體傳到高溫物體，這就是熱力學第二定律的克

2、勞修斯表述，闡述的是熱傳遞的_不可逆方向不能自發方向性二、理想熱機的啟示開爾文表述1開爾文于1851年提出了熱力學第二定律的另一種表述，即開爾文表述：不可能從_吸收熱量，使之_變成功，而不產生其他影響2熱力學第二定律的上述兩種表述是_的，可以從一種表述推導出另一種表述，對任何一類宏觀自然過程_的說明，都可以作為熱力學第二定律的表述單一熱源完全等價進行方向3熱力學第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與宏觀過程的_，使人們認識到自然界中進行的涉及熱現象的宏觀過程都具有_性不可逆性方向思考感悟如圖431所示操作后，拿掉物塊，活塞還能自發地返回原位置嗎？圖431提示：拿出物塊后，活塞不能返回原位置

3、因為這違背了熱力學第二定律三、宏觀方向性的微觀本質1在生活中遇到的有關事件，只要確定了某種規則，符合這個規則的就是_的，如果對個體沒有確定的要求，我們就說這是_的，如果一個“宏觀態”對應的“微觀態”比較多，就說這個“宏觀態”是比較_的2一切自然過程總是沿著分子熱運動的_的方向進行這就是熱力學第二定律的微觀意義有序無序無序無序性增大四、一個非常有用的概念熵1在物理學上，為了描述一個系統的_，引入了一個物理量，叫做熵系統的熵高，表示無序程度大,顯得“混亂”和“分散”；系統的熵低，表示無序程度小，顯得“有序”、“整齊”和“集中”2引入熵之后，關于自然過程的方向性就可以表述為：在任何自然過程中，一個孤

4、立系統的總熵_這就是用熵的概念表示的熱力學第二定律無序程度不會減少五、無處不在的熵1任何宏觀物質系統，他們都有熵而且熵可以在過程中增加和傳遞大量事實證明，每一個不可逆過程，都是導致_的根源2能量轉化與守恒定律和熵增加原理是自然界中兩條普遍的規律，堪稱是宇宙的法規，它們一起控制著一切自然過程中的發生和發展；任何過程中一切參與者的總能量必定_，總熵必定_熵增加保持不變不會減少核心要點突破一、對熱力學第二定律的理解1兩種表述(1)不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體而不引起其他變化這是按照熱傳導的方向性來表述的(2)不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化也可以表述為：第二類永動

5、機是不可能制成的這是按照機械能與內能轉化過程的方向性來表述的2在熱力學第二定律的表述中，正確理解“自發地”、“不產生其他影響”的涵義是解題的關鍵(1)“自發地”是指熱量從高溫物體“自發地”傳給低溫物體的方向性在傳遞過程中不會對其他物體產生影響或借助其他物體提供能量等(2)“不產生其他影響”的涵義是使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體或從單一熱庫吸收熱量全部用來做功，不須通過第三者的幫助這里的幫助是指提供能量等方式3兩種表述等價性的證明兩種表述是等價的，即一個說法是正確的，另一個說法也必然是正確的；如一個說法是錯誤的，另一個說法必然是不成立的下面給出證明：設表述(1)不成立，如圖432所示，低溫熱源T

6、2可以自發地向高溫熱源T1傳遞熱量Q2.那么，我們可在高溫熱源T1和低溫熱源T2之間設置一熱機，使它從高溫熱源吸收熱量Q1，對外做功W，并把熱量Q2傳遞給低溫熱源當這一過程完成之時，低溫熱源由于吸熱和放熱相等，沒有引起其他變化高溫熱源放出熱量Q1大于吸收熱量Q2，熱機對外做功WQ1Q2，相當于高溫熱源放出的熱量全部用來對外做功，且沒有引起其他變化，也就是說單一熱源所放出的熱量全部用來做功這顯然是違反表述(2)的即凡違反表述(1)的說法，必然違反表述(2)反之，也可以證明，凡違反表述(2)的，也必然違反表述(1)圖432即時應用 (即時突破，小試牛刀)1.根據熱力學第二定律，下列說法中正確的是(

7、)A不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功,而不引起其他變化B沒有冷凝器，只有單一的熱源，能將從單一熱源吸收的熱量全部用來做功，而不引起其他變化的熱機是可以實現的C制冷系統將冰箱里的熱量傳給外界較高溫度的空氣中而不引起其他變化D不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化解析：選AD.本題考查對熱力學第二定律的綜合理解熱力學第二定律揭示了與熱現象有關的物理過程的方向性，機械能和內能的轉化過程具有方向性，機械能可以全部轉化為內能，而內能要全部轉化為機械能必須借助外部的幫助，因而引起其他變化，故A選項正確，B選項錯誤熱傳導過程也具有方向性，熱量能自發地從高溫物體傳給低溫物體,但是熱量

8、要從低溫物體傳到高溫物體，必然要引起其他變化(外界對系統做功)，故C選項錯誤，D選項正確故正確答案為A、D.二、第二類永動機(理想熱機)不能制成的原因1熱機的組成部分及原理(1)熱源：指燃燒燃料而獲得能量的部件(2)工作物質：指利用獲得的熱量來做功的物質，如蒸汽機里的蒸汽、內燃機里燃燒后的高溫氣體(3)冷凝器：把做功后工作物質所剩余的熱量進行再吸收的部分如推動活塞做功后放出的蒸汽的溫度也很高，如果把這種蒸汽直接放入大氣中，則大氣就是冷凝器當然這樣就白白浪費了剩余的蒸汽所具有的能量，通常把這種工作后剩余的蒸汽通過管道送入居民區用于燒水、做飯、取暖等2熱機效應分析(1)因熱機工作時，總要向冷凝器散

9、熱，不可避免地要釋放一部分熱量Q2，所以總有Q1W.(2)熱機的效率不可能達到100%，即使是理想熱機，沒有摩擦，也沒有漏氣等能量損失，它也不可能把吸收的能量百分之百地轉化成機械能，總要有一部分熱量散發到冷凝器中3第二類永動機違背熱力學第二定律雖然第二類永動機不違反能量守恒定律，大量的事實證明，在任何情況下，熱機都不可能只有一個熱源，熱機要不斷地把吸取的熱量變為有用的功，就不可避免地將一部分熱量傳給低溫熱源，故第二永動機不可能制成即時應用 (即時突破，小試牛刀)2.下列說法正確的是()A熱傳導的過程是有方向性的B第二類永動機不可能制成，因為它違反能量守恒定律C第二類永動機不可能制成，因為機械能

10、和內能的轉化過程具有方向性D熱力學第二定律表明，所有的物理過程都具有方向性解析：選AC.根據熱力學第二定律和實驗事實都可以說明，熱傳導的過程是有方向性的，熱量可以從高溫物體自發地傳給低溫物體，卻不能自發地由低溫物體傳給高溫物體，所以選項A正確第二類永動機是一種熱機，它希望能夠從單一熱源吸熱全部用來做功而不引起其他任何的變化，這種設想并不違反能量守恒定律，但違反熱力學第二定律，所以選項B錯誤，選項C正確熱力學第二定律指出了所有與熱現象有關的宏觀物理過程都具有方向性，并不是所有的物理過程都具有方向性，因此選項D的說法錯誤三、對熵的理解1熵是反映系統無序程度的物理量，正如溫度反映物體內分子平均動能大

11、小一樣系統越混亂，無序程度越大，就稱這個系統的熵越大2系統自發變化時，總是向著無序程度增加的方向發展，至少無序程度不會減少也就是說，系統自發變化時，總是由熱力學概率小的狀態向熱力學概率大的狀態進行從熵的意義上說，系統自發變化時總是向著熵增加的方向發展，不會使熵減少3任何宏觀物質系統都有一定量的熵，熵也可以在系統的變化過程中產生或傳遞4一切自然過程的發生和發展中，總熵必定不會減少特別提醒：根據熵的含義，熱力學系統處于非平衡態時的粒子熱運動有一定的有序性，因此，其熵值較小；當其達到平衡態后，其粒子熱運動的無序性達到極高程度，使其熵值達到最大值對于絕熱或孤立的熱力學系統而言，所發生的是由非平衡態向著

12、平衡態的變化過程，因此，總是朝著熵增加的方向進行或者說，一個孤立系統的熵永遠不會減小這就是熵增加原理即時應用 (即時突破，小試牛刀)3.下面關于熵的有關說法錯誤的是()A熵是系統內分子運動無序性的量度B在自然過程中熵總是增加的C熱力學第二定律也叫做熵減小原理D熵值越大代表著越無序解析：選C.如果過程是可逆的，則熵不變；如果不可逆，則熵是增加的，而且一切自然過程都是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行 根據熱力學第二定律，下列說法正確的是()A熱機中燃氣的內能不可能全部變成機械能B電能不可能全部轉變成內能C在火力發電機中，燃氣的內能不可能全部轉變成電能D在熱傳導中，熱量不可能自發地從低溫物體傳遞

13、給高溫物體課堂互動講練熱力學第二定律的理解及應用例1【精講精析】凡是與熱現象有關的宏觀熱現象都具有方向性無論采用任何設備和手段進行能量轉化，總是遵循“機械能可全部轉化為內能，而內能不能全部轉化為機械能”，故A正確火力發電機發電時，能量轉化的過程為內能機械能電能，因為內能機械能的轉化過程中會對外放出熱量，故燃氣的內能必然不能全部變為電能，C正確熱量從低溫物體傳遞到高溫物體不能自發進行必須借助外界的幫助，結果會帶來其他影響，這正是熱力學第二定律第一種(克氏)表述的主要思想，故D正確由電流熱效應中的焦耳定律可知，電能可以全部轉化為內能故B錯誤答案為ACD.【答案】ACD【方法總結】與熱現象有關的宏觀

14、物理過程具有方向性，是不可逆的，分析問題時要注意哪些過程可以“自發地”進行哪些過程不會達到100%的轉化而不產生其他影響 關于熱力學第一定律和熱力學第二定律，下列論述正確的是()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，而熱力學第二定律則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熱力學第一、第二定律的比較例2B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【精講精析】熱力學第一定律揭示了內能與其他形式能量之間的轉化

15、關系，是能量守恒定律在熱學中的具體體現熱力學第二定律則進一步闡明了內能與其他形式能量轉化時的方向性，二者表述的角度不同，本質不同，相互補充，并不矛盾，故C、D錯誤，B項正確；內能在一定條件下可以全部轉化為機械能,熱量也可以由低溫物體傳遞到高溫物體，但是要引起其他變化，如電冰箱制冷機工作還要消耗電能，故A錯誤【答案】B【方法總結】熱力學第二定律揭示了與熱現象有關的物理過程的方向性，并不違背能量守恒定律，熱力學第一定律揭示了能量守恒定律中的內能變化的方式 熱力學第二定律的開爾文表述指出：內能與機械能的轉化具有方向性請結合熵的變化加以解釋【思路點撥】根據熱運動的無序性和熵的含義分析熱力學第二定律的微觀意義、熵例3【自主解答】機械運動是宏觀情況下物體在空間位置上的變化，物體運動狀態的變化完全遵循牛頓運動定律所反映的因果關系,這是一種有序的運動熱運動是大量分子的無規則運動系統的一個宏觀狀態包含著大量的微觀狀態,這是一種無序的運動機械運動向熱運動的轉化，屬于從有序向無序的轉化，會導致熵的增加，符合熱力學的規律，因此機械能可以全部轉化為內能，反之熱運動向機械運動的轉化，屬于從無序向有序的轉化，即從高熵向低熵轉化，不符合熵增加原理，因此內能向機械能的轉化不能全部實現【答