熱力學第二定律【學習目標】一、知識與技能1．了解熱傳導過程的方向性。2．了解熱力學第二定律的兩種不同表述，以及這兩種表述的物理實質(zhì)。3．了解什么是能量耗散，知道能源是有限的。二、過程與方法培養(yǎng)學生通過日常生活現(xiàn)象概括物理規(guī)律的能力。三、情感、態(tài)度與價值觀知道要有效地利用自然界提供的各種能源，必須遵循自然界的規(guī)律?！緦W習重難點】熱力學第二定律的兩種不同表述，以及兩種表述的物理實質(zhì)?！緦W習過程】一、熱力學第二定律1．熱力學第二定律的一種表述——克勞修斯表述（熱傳導的方向性）（1）熱力學第二定律（概念）：反映________________過程的___________的定律。（2）克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從________________傳到_______________。即熱傳導的過程具有_________________。2．熱力學第二定律的另一種表述——開爾文表述（機械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性）（1）熱機①熱機工作的兩個階段第一個階段是___________________，把燃料中的化學能變成工作物質(zhì)的內(nèi)能。第二個階段是工作物質(zhì)_____________________，把自己的內(nèi)能變成機械能。②熱機的效率：熱機輸出的機械功W與燃料產(chǎn)生的熱量Q的比值。用公式表示為______________________。（2）開爾文表述：不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。即機械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化具有___________________。（3）熱力學第二定律的其他描述①氣體向真空的自由膨脹是_______________的。②一切宏觀自然過程的進行都具有_____________________。 3．第二類永動機①定義只從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)橛杏霉Χ灰鹌渌兓腳__________。②第二類永動機不可能制成第二類永動機不違背______________________，但違背________________________。4．熱力學第一定律和熱力學第二定律的關(guān)系。（1）熱力學第一定律揭示了_________________和_______________對改變物體內(nèi)能的規(guī)律關(guān)系ΔU＝_____________________，指明內(nèi)能不但可以轉(zhuǎn)移，而且還能跟其他形式的能相互轉(zhuǎn)化。熱力學第一定律就是_____________與其他能量發(fā)生轉(zhuǎn)化時的能量守恒定律，是從能的角度揭示不同物質(zhì)運動形式相互轉(zhuǎn)化的可能性。告誡人們：第一類永動機不可能制成。熱力學第一定律只有一種表述形式。（2）熱力學第二定律的每一種表述都揭示了大量分子參與的宏觀過程的___________。如機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不可能全部轉(zhuǎn)化為機械能而不引起其他變化，進而使人們認識到自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性。告誡人們：第二類永動機不可能制成。熱力學第二定律有_____________表述形式。（3）兩定律的關(guān)系：熱力學第一定律是和熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程中能量守恒的表達形式，說明功及熱量與內(nèi)能改變的定量關(guān)系，而第二定律指出了能量轉(zhuǎn)化與守恒能否實現(xiàn)的條件和過程進行的方向，指出了一切變化過程的自然發(fā)展方向不可逆，除非靠外界影響。所以二者相互獨立，又相互補充。5．兩類永動機的比較分類第一類永動機第二類永動機設計要求_____________任何能量，可以不斷對外做功（或只給予很小的能量啟動后，可以永遠運動下去）。將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為____________，而不引起其他變化（或只有一個熱庫，實現(xiàn)內(nèi)能與機械能的轉(zhuǎn)化）。不可能的原因違背了______________________。違背了______________________。判一判（1）任何物體的內(nèi)能就是組成該物體的所有分子熱運動動能的總和。（）（2）滿足能量守恒定律的物理過程都能自發(fā)進行。（）（3）將海水溫度自動下降時釋放的內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為機械能。（）（4）能夠制成的熱機既不違背能量守恒定律，也不違背熱力學第二定律。（） 提示：（1）×（2）×（3）×（4）√二、能源是有限的根據(jù)熱力學第二定律，分散在環(huán)境中的內(nèi)能不管數(shù)量多么巨大，它也只不過能使地球、大氣稍稍變暖一點，卻再也不能自動聚集起來驅(qū)動機器做功了。這樣的轉(zhuǎn)化過程叫作“___________________”。能源的使用過程中雖然能的總量保持守恒，但能量的品質(zhì)下降了。雖然能量總量不會減少，但____________________會逐步減少，因此______________是有限的資源。三、熵與熵增加原理自然界的很多過程是________________的。例如，一個容器被隔板均分為A、B兩部分，一定量的氣體處于容器A中，而B為真空。抽取隔板K，A中的氣體就會擴散到B中，最后整個容器的A、B兩部分都均勻地分布了這種氣體。這個過程顯然是不可逆的。1850年，克勞修斯首次提出熵的概念，熵可用來表達一個系統(tǒng)的無序程度，系統(tǒng)從有序向無序的發(fā)展過程中熵在增加。在物理學中，不與外界進行物質(zhì)和能量交換的系統(tǒng)叫做孤立系統(tǒng)。在自發(fā)過程中，系統(tǒng)總是自發(fā)地向無序方向發(fā)展，即一個孤立系統(tǒng)的熵值總是不減少的，這就是____________________?！眷柟叹毩暋?．下列說法正確的是（）A．機械能全部變成內(nèi)能是不可能的B．第二類永動機不可能制造成功的原因是因為能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，或從一種形式轉(zhuǎn)化成另一種形式C．根據(jù)熱力學第二定律可知，熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體D．從單一熱源吸收的熱量全部變成功是可能的答案：D2．根據(jù)熱力學第二定律，下列判斷正確的（）A．熱機中燃氣的內(nèi)能不可能全部變成機械能B．電流的能不可能全部變成內(nèi)能 C．在火力發(fā)電機中，燃氣的內(nèi)能不可能全部變成電能D．在熱傳導中，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體答案：ACD3．下列說法正確的是（）A．在自然條件下，熱傳遞的過程是不可逆的B．熱量不可能由高溫物體傳遞給低溫物體C．氣體的擴散過程具有方向性D．一切形式能量轉(zhuǎn)化都不具有方向性答案：AC4．下列說法中可行的是（）①將地球上所有海水的溫度降低0.1℃，以放出大量內(nèi)能供人類使用②制造一種機器，把物體與地面摩擦所產(chǎn)生的熱量全部收集起來再全部加以使用③建造一只可以從海洋中提取熱量的船，把熱量轉(zhuǎn)化為機械能，驅(qū)動螺旋槳旋轉(zhuǎn)④制造一種效率為100％的熱機A．①可行B．①④可行C．②④可行D．①②③④都不可行答案：D5．根據(jù)熱力學第二定律，可知下列說法中正確的是（）A．不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其它變化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，而不引起其它的變化的熱機是可實現(xiàn)的C．致冷系統(tǒng)能將冰箱里的熱量傳給外界較高溫度的空氣中而不引起其它變化D．不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化答案：AD6．根據(jù)熱力學定律和分子動理論，可知下列說法中正確的是（）A．我們可以利用高科技手段，將流散到周圍環(huán)境中的內(nèi)能重新收集起來加以利用而不引起其它變化B．利用淺層海水和深層海水之間的溫度差制造一種熱機，將海水的一部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能，這在原理上是可行的C．分子間的作用力總是隨分子間的距離增大而減小D．溫度升高時，物體中每個分子的運動速率都將增大答案：B 7．根據(jù)熱力學第二定律，可知下列說法中正確的有（）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(zhuǎn)化為熱能，但熱能不可能全部轉(zhuǎn)化為機械能D．機械能可以全部轉(zhuǎn)化為熱能，熱能也可能全部轉(zhuǎn)化為機械能答案：BD8．下列說法中，正確的是（）A．一切形式的能量間的相互轉(zhuǎn)化都具有方向性B．熱量不可能由低溫物體傳給高溫物體C．氣體的擴散過程具有方向性D．一切形式的能量間的相互轉(zhuǎn)化都不具有可逆性答案：C