高二物理课件 10.4《热力学第二定律》课件（人教选修3-3）

欢迎进入物理课堂 2020 4 7 第四节热力学第二定律 2020 4 7 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第四节 课前自主学案 课标定位 2020 4 7 课标定位 学习目标 1 知道任何有关热现象的宏观过程都具有方向性 2 知道热力学第二定律并能解释自然界中的能量变化 转移及方向性问题 3 知道什么是第二类永动机 为什么第二类永动机不可能制成 重点难点 1 理解传热的方向性及任何热现象的宏观过程都是不可逆的 2 运用热力学第二定律解决一些实际问题 2020 4 7 课前自主学案 一 传热的方向性1 温度不同的两个物体接触时 热量会自发地从 物体传给 物体 但不会自发地从 物体传给 物体 这说明 传热过程具有 2 一切与热现象有关的宏观自然过程都是 的 二 热力学第二定律的两种表述1 克劳修斯表述 高温 低温 低温 高温 方向性 不可逆 2020 4 7 热量不能自发地从 物体传到 物体 揭示 的方向性 2 开尔文表述不可能从 吸收热量 使之完全变成 而不产生其他 揭示了机械能与 能转化的方向性 3 热力学第二定律的其他描述 低温 高温 传热 单一热库 功 影响 内 2020 4 7 1 一切宏观自然过程的进行都具有 2 气体向真空的自由膨胀是 的 三 第二类永动机不可制成第二类永动机不可能制成 表示尽管机械能可以全部转化为内能 但内能却 转化成机械能而不引起其他变化 方向性 不可逆 不能全部 2020 4 7 核心要点突破 一 对热力学第二定律的理解1 在热力学第二定律的表述中 自发 不引起其他影响 的涵义 1 自发 是指热量从高温物体 自发地 传给低温物体的方向性 在传递过程中不会对其他物体产生影响或借助其他物体提供能量等的帮助 2020 4 7 2 不引起其他变化 的涵义是使热量从低温物体传递到高温物体或从单一热源吸收热量全部用来做功 必须通过第三者的帮助 这里的帮助是指提供能量等方式 否则是不可能实现的 2 热力学第二定律的实质热力学第二定律的每一种表述 都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性 使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性 都是不可逆的 2020 4 7 3 自然过程的方向性举例 1 传热过程的方向性 2 扩散现象的方向性 3 机械能和内能转化的方向性 4 气体向真空中膨胀的方向性 5 电能和内能转化的方向性 总之 在整个自然界中 无论是有生命的还是无生命的 所有的宏观自发过程都具有单向性 都有一定的方向性 都是一种不可逆过程 如河水向下流 重物向下落 山岳被侵蚀 房屋 2020 4 7 衰朽倒塌 人的一生从婴儿到老年到死亡等 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 下列宏观过程能用热力学第二定律解释的是 A 大米和小米混合后小米能自发地填充到大米空隙中而经过一段时间大米 小米不会自动分开B 将一滴红墨水滴入一杯清水中 会均匀扩散到整杯水中 经过一段时间 墨水和清水不会自动分开 2020 4 7 C 冬季的夜晚 放在室外的物体随气温的降低 不会由内能自发地转化为机械能而动起来D 随着节能减排措施的不断完善 最终也不会使汽车热机的效率达到100 解析 选BCD 热力学第二定律反映的是与热现象有关的宏观过程的方向性的规律 A不属于热现象 A错 由热力学第二定律可知B C D正确 2020 4 7 二 热力学第二定律与热力学第一定律的关系1 热力学第一定律揭示了做功和传热对改变物体内能的规律关系 U W Q 指明内能不但可以转移 而且还能跟其他形式的能相互转化 热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的一种表述形式 是从能的角度揭示不同物质运动形式相互转化的可能性 告诫人们 第一类永动机不可能制成 热力学第一定律只有一种表述形式 2020 4 7 2 热力学第二定律揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性 如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而不引起其他变化 进一步揭示了各种物质转化过程及其运动形式的转化过程都具有方向性 告诫人们 第二类永动机不可能制成 热力学第二定律有多种表述形式 2020 4 7 3 两定律的关系 热力学第一定律是和热现象有关的物理过程中能量守恒的特殊表达形式 说明功及热量与内能改变的定量关系 而第二定律指出了能量转化与守恒能否实现的条件和过程进行的方向 指出了一切变化过程的自然发展方向不可逆 除非靠外界影响 所以二者相互独立 又相互补充 2020 4 7 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 关于两类永动机和热力学两个定律 下列说法正确的是 A 第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律B 第一类永动机不可能制成是因为违反热力学第二定律C 由热力学第一定律可知做功不一定改变内能 传热也不一定改变内能 但同时做功和传热一定会改变内能 2020 4 7 D 由热力学第二定律可知热从低温物体传向高温物体是可能的 从单一热源吸收热量 完全变成功也是可能的解析 选D 第一类永动机违反热力学第一定律 第二类永动机违反热力学第二定律 A B错 由热力学第一定律可知W 0 Q 0 但 U W Q可以等于0 C错 由热力学第二定律可知D中现象是可能的 但不引起其他变化是不可能的 D对 2020 4 7 课堂互动讲练 2011年广州高二检测 随着世界经济的快速发展 能源短缺问题日显突出 近期油价不断攀升 已对各国人民的日常生活造成了各种影响 如排长队等待加油的情景已经多次在世界各地发生 能源成为困扰世界经济发展的重大难题之一 下列有关能量转化的说法中错误的是 2020 4 7 A 不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功 而不引起其他的变化B 只要对内燃机不断改进 就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能C 满足能量守恒定律的物理过程都能自发的进行D 外界对物体做功 物体的内能必然增加 2020 4 7 精讲精析 由热力学第二定律的开尔文表述可知A对 热机效率总低于100 B错 满足能量守恒的过程未必能自发进行 任何过程一定满足热力学第二定律 C错 由热力学第一定律 U W Q可知 W 0 U不一定大于0 即内能不一定增加 D错 答案 BCD 易误警示 与热现象有关的宏观物理过程具有方向性 是不可逆的 分析问题时要注意哪些过程可以 自发地 进行 哪些过程不会达到100 的转化而不产生其他影响 2020 4 7 变式训练1根据热力学第二定律 下列说法正确的是 A 热机中燃气的内能不可能全部变成机械能B 电能不可能全部转变成内能C 在火力发电机中 燃气的内能不可能全部转变成电能D 在传热中 热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体 2020 4 7 解析 选ACD 凡是与热现象有关的宏观热现象都具有方向性 无论采用任何设备和手段进行能量转化 总是遵循 机械能可全部转化为内能 而内能不能全部转化为机械能 故A正确 火力发电机发电时 能量转化的过程为内能 机械能 电能 因为内能 机械能的转化过程中会对外放出热量 故燃气的内能必然不能全部变为电能 C正确 热量从低温物体 2020 4 7 传递到高温物体不能自发进行 必须借助外界的帮助 结果会带来其他影响 这正是热力学第二定律第一种 克氏 表述的主要思想 故D正确 由电流热效应中的焦耳定律可知 电能可以全部转化为内能 故B错误 2020 4 7 如图10 4 1所示为电冰箱的工作原理示意图 压缩机工作时 强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环 在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量 经过冷凝器时制冷剂液化 放出热量到箱体外 下列说法正确的是 2020 4 7 图10 4 1 2020 4 7 A 热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外B 电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界 是因为其消耗了电能C 电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律D 电冰箱的工作原理违反热力学第一定律 2020 4 7 自主解答 热力学第一定律适用于所有的热学过程 C正确 D错误 由热力学第二定律可知A错误 B正确 答案 BC 方法总结 电冰箱工作时既不违反热力学第一定律 也不违反热力学第二定律 它通过电流做功完成了热从低温物体向高温物体的传递 2020 4 7 变式训练2用两种不同的金属丝组成一个回路 接触点1插在热水中 接触点2插在冷水中 如图10 4 2所示 电流计指针会发生偏转 这就是温差发电现象 关于这一现象 正确的说法是 图10 4 2 2020 4 7 A 这一实验过程不违反热力学第二定律B 在实验过程中 热水一定降温 冷水一定升温C 在实验过程中 热水内能全部转化成电能 电能则部分转化成冷水的内能D 在实验过程中 热水的内能只有部分转化成电能 电能则全部转化成冷水的内能解析 选AB 温差发电现象中产生了电能是因为热水中的内能减少 一部分转化为电能 一部分传递给冷水 转化效率低于100 不违反热力学第二定律 热水温度降低 冷水温度升高 故A B正确 C D错误 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全