高中物理 3.4 熱力學(xué)第二定律課件 粵教版選修33.ppt

目標(biāo)導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 目標(biāo)導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 四 五 一 熱傳導(dǎo)的方向性兩個(gè)溫度不同的物體互相接觸時(shí) 熱量會(huì)自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體 但不會(huì)自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體 這說(shuō)明 熱傳導(dǎo)過(guò)程是有方向性的 熱量不能從低溫物體傳遞到高溫物體嗎 答案 熱量能從低溫物體傳遞到高溫物體 只不過(guò)不能自發(fā)進(jìn)行 即需要其他能量的介入 目標(biāo)導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 四 五 二 機(jī)械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化過(guò)程的方向性1 機(jī)械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化過(guò)程具有方向性 即機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過(guò)程是可以自發(fā)進(jìn)行的 內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過(guò)程 是不能自發(fā)進(jìn)行的 要將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 必然會(huì)引起其他影響 2 第二類(lèi)永動(dòng)機(jī) 1 定義 從單一熱源吸熱全部用來(lái)做功 而不引起其他變化的熱機(jī) 2 第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成 原因是內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能是不可能自發(fā)進(jìn)行的 目標(biāo)導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 四 五 三 熱力學(xué)第二定律的表述1 第一種表述 克勞修斯表述 熱量不能自動(dòng)地從低溫物體傳遞到高溫物體 或者說(shuō) 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 按照熱傳導(dǎo)的方向性來(lái)表述 2 第二種表述 開(kāi)爾文表述 不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來(lái)做功 而不引起其他變化 按照機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過(guò)程的方向性來(lái)表述 熱力學(xué)第二定律的這兩種表述是等價(jià)的 3 自然界中一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的自然過(guò)程都具有方向性 目標(biāo)導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 四 五 有可能制成第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)嗎 答案 第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成 盡管機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 但內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而不引起其他變化 機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過(guò)程具有方向性 目標(biāo)導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 四 五 四 熱力學(xué)第二定律的微觀實(shí)質(zhì)1 做功總是與分子群體的有序運(yùn)動(dòng)聯(lián)系在一起 內(nèi)能是和分子的無(wú)序運(yùn)動(dòng)聯(lián)系在一起的 機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過(guò)程 從微觀上來(lái)說(shuō) 是大量分子的有序運(yùn)動(dòng)朝無(wú)序運(yùn)動(dòng)的方向轉(zhuǎn)換的過(guò)程 其相反方向的過(guò)程是大量分子從無(wú)序運(yùn)動(dòng)朝有序運(yùn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)換的過(guò)程 2 熱傳導(dǎo)過(guò)程是使物體內(nèi)部分子的熱運(yùn)動(dòng)由比較有序的狀態(tài)向無(wú)序的狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過(guò)程 3 熱力學(xué)第二定律的微觀實(shí)質(zhì)是與熱現(xiàn)象有關(guān)的自發(fā)的宏觀過(guò)程 總是朝著分子熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)序性增加的方向進(jìn)行的 目標(biāo)導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 四 五 五 熵意義 描述物體的無(wú)序程度 物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序程度越高 物體的熵就越大 一 二 知識(shí)精要 思考探究 典題例解 遷移應(yīng)用 一 對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解1 在熱力學(xué)第二定律的表述中 正確地理解 自發(fā)地 不引起其他變化 的確切含義是理解熱力學(xué)第二定律的關(guān)鍵所在 1 自發(fā)地 是指熱量從高溫?zé)嵩醋园l(fā)地傳給低溫?zé)嵩吹姆较蛐?在傳遞過(guò)程中不會(huì)對(duì)其他物體產(chǎn)生影響或借助其他物體提供能量等 2 不引起其他變化 的含義是指熱量從低溫?zé)嵩磦鬟f到高溫?zé)嵩椿驈膯我粺嵩次諢崃咳坑脕?lái)做功 不需通過(guò)第三方的幫助 這里的幫助就是第三方提供能量等方式 一 二 知識(shí)精要 思考探究 典題例解 遷移應(yīng)用 2 熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì) 熱力學(xué)第二定律的每一種表述 都揭示了大量分子參與宏觀過(guò)程的方向性 使人們認(rèn)識(shí)到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都是有方向性的 3 兩種表述是等價(jià)的 如果克勞修斯表述不成立 則開(kāi)爾文表述也不成立 一 二 知識(shí)精要 思考探究 典題例解 遷移應(yīng)用 熱量能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體 我們所說(shuō)的 自發(fā)地 指的是沒(méi)有任何的外界影響或者幫助 電冰箱是讓 熱 由低溫環(huán)境傳遞到高溫環(huán)境 這是不是自發(fā)進(jìn)行的 說(shuō)明理由 答案 電冰箱能夠把熱量從低溫物體傳給高溫物體 在該過(guò)程中電冰箱要消耗電能 電冰箱能夠把熱量從低溫物體傳給高溫物體 一旦切斷電源 電冰箱就不能把其內(nèi)部的熱量傳給外界的空氣了 相反 外界的熱量會(huì)自發(fā)地傳給電冰箱 使其溫度逐漸升高 一 二 知識(shí)精要 思考探究 典題例解 遷移應(yīng)用 例1 多選 下列有關(guān)能量轉(zhuǎn)化的說(shuō)法中 錯(cuò)誤的是 a 不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量并把它全部用來(lái)做功 而不引起其他的變化b 只要對(duì)內(nèi)燃機(jī)不斷改進(jìn) 就可以把內(nèi)燃機(jī)得到的全部?jī)?nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能c 滿足能量守恒定律的物理過(guò)程不一定能自發(fā)地進(jìn)行d 外界對(duì)物體做功 物體的內(nèi)能必然增加 一 二 知識(shí)精要 思考探究 典題例解 遷移應(yīng)用 解析 逐項(xiàng)分析如下 答案 bd 一 二 知識(shí)精要 思考探究 典題例解 遷移應(yīng)用 一 二 知識(shí)精要 思考探究 典題例解 遷移應(yīng)用 下列說(shuō)法正確的是 a 機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能是不可能的b 第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制造成功的原因是能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生 也不會(huì)憑空消失 只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體 或從一種形式轉(zhuǎn)化成另一種形式c 根據(jù)熱力學(xué)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?yōu)楣κ强赡艿拇鸢?d 一 二 知識(shí)精要 思考探究 典題例解 遷移應(yīng)用 解析 機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 故a錯(cuò)誤 第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制造成功是因?yàn)樗`背了熱力學(xué)第二定律 故b錯(cuò)誤 熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體 但如果不是自發(fā)地 是可以進(jìn)行的 故c錯(cuò)誤 從單一熱源吸收的熱量全部用來(lái)做功而不引起其他變化 是不可能的 但如果是從單一熱源吸收的熱量全部變?yōu)楣Φ耐瑫r(shí)也引起了其他的變化 是可能的 故d正確 一 二 知識(shí)精要 典題例解 遷移應(yīng)用 二 熱力學(xué)第二定律的微觀解釋1 熱力學(xué)第二定律的微觀解釋 1 一切自發(fā)過(guò)程總是大量分子從有序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向無(wú)序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過(guò)程 2 自發(fā)過(guò)程是不可逆轉(zhuǎn)的過(guò)程 即不可能使大量分子無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為有序的運(yùn)動(dòng) 3 大量分子無(wú)序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的方向是向無(wú)序性增大的方向進(jìn)行的 而一切自然過(guò)程總是沿著無(wú)序性增大的方向進(jìn)行的 2 熵的意義熵較大的宏觀狀態(tài)就是無(wú)序程度較大的宏觀狀態(tài) 也就是出現(xiàn)概率較大的宏觀狀態(tài) 在自發(fā)過(guò)程中 熵總是增加的 3 用熵表示的熱力學(xué)第二定律在任何自然過(guò)程中 一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)減少 一 二 知識(shí)精要 典題例解 遷移應(yīng)用 例2 多選 關(guān)于熱力學(xué)第二定律的微觀意義 下列說(shuō)法正確的是 導(dǎo)學(xué)號(hào)51140037 a 大量分子無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)能夠自動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蜻\(yùn)動(dòng)b 熱傳遞的自然過(guò)程是大量分子從有序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向無(wú)序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過(guò)程c 熱傳遞的自然過(guò)程是大量分子從無(wú)序程度小的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向無(wú)序程度大的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過(guò)程d 一切自然過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性增大的方向進(jìn)行 一 二 知識(shí)精要 典題例解 遷移應(yīng)用 解析 分子熱運(yùn)動(dòng)是大量分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng) 系統(tǒng)的一個(gè)宏觀過(guò)程包含著大量的微觀狀態(tài) 這是一個(gè)無(wú)序的運(yùn)動(dòng) 根據(jù)熵增加原理 熱運(yùn)動(dòng)的結(jié)果只能使分子熱運(yùn)動(dòng)更加無(wú)序 而不是變成了無(wú)序 熱傳遞的自然過(guò)程從微觀上講就是大量分子從無(wú)序程度小的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向無(wú)序程度大的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過(guò)程 故選項(xiàng)c d正確 答案 cd 一 二 知識(shí)精要 典題例解 遷移應(yīng)用 質(zhì)量相同 溫度相同的水 如圖所示分別處于固態(tài) 液態(tài)和氣態(tài)三種狀態(tài)下 它們的熵的大小有什么關(guān)系 為什么 答案 見(jiàn)解析解析 根據(jù)大量分子運(yùn)動(dòng)對(duì)系統(tǒng)無(wú)序程度的影響 熱力學(xué)第二定律又有一種表述 由大量分子組成的系統(tǒng)自發(fā)變化時(shí) 總是向著無(wú)序程度增加的方向發(fā)展 至少無(wú)序程度不會(huì)減少 這也就是說(shuō) 任何一個(gè)系統(tǒng)自發(fā)變化時(shí) 系統(tǒng)的熵要么增加 要么不變 但不會(huì)減少 質(zhì)量相同 溫度相同的水 可以由固態(tài)自發(fā)地向液態(tài) 氣態(tài)轉(zhuǎn)化 所以 氣態(tài)時(shí)的熵最大 其次是液態(tài) 固態(tài)時(shí)的熵最小 案例探究 方法規(guī)律 理解熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì) 多選 根據(jù)熱力學(xué)第二定律 下列判斷正確的有 a 熱機(jī)中燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部變成機(jī)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(jī)中 燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部變成電能d 在熱傳導(dǎo)中 熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體 思悟升華 案例探究 方法規(guī)律 解析 凡是與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀熱現(xiàn)象都具有方向性 無(wú)論采用任何設(shè)備和手段進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化 總是遵循 機(jī)械能可全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 而內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 故a正確 火力發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí) 能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程為內(nèi)能 機(jī)械能 電能 因?yàn)閮?nèi)能 機(jī)械能的轉(zhuǎn)化過(guò)程中會(huì)對(duì)外放出熱量 故燃?xì)獾膬?nèi)能必然不能全部變?yōu)殡娔?c正確 熱量從低溫物體傳遞到高溫物體不能自發(fā)進(jìn)行 必須借助外界的幫助 結(jié)果會(huì)帶來(lái)其他影響 這正是熱力學(xué)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(yīng)中的焦耳定律可知 電流的能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 故b錯(cuò)誤 答案 acd 思悟升華 案例探究 方法規(guī)律 熱力學(xué)第二定律