高中物理 10.4熱力學(xué)第二定律2課件 人教版選修33.ppt

2020 2 9 10 4熱力學(xué)第一定律 2020 2 9 一 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 了解熱傳導(dǎo)過(guò)程的方向性 2 了解什么是第二類永動(dòng)機(jī) 為什么第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成 3 了解熱力學(xué)第二定律的兩種不同的表述 以及這兩種表述的物理實(shí)質(zhì) 2020 2 9 二 重點(diǎn)和難點(diǎn) 重點(diǎn) 熱力學(xué)第二定律的物理實(shí)質(zhì)和兩種常見的表述 難點(diǎn) 兩類永動(dòng)機(jī)的區(qū)別 第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因 2020 2 9 三 教學(xué)過(guò)程 引入新課 任何物體都具有內(nèi)能 在地球上貯存量十分豐富的海水總質(zhì)量約達(dá)1 4 1018噸 它的溫度只要降低1oc 就能釋放相當(dāng)于1800萬(wàn)個(gè)功率為100萬(wàn)千瓦的核電站一年的發(fā)電量 足夠全世界使用4000年 而人類都不能利用這種 新能源 究其原因 是因?yàn)樯婕拔锢韺W(xué)的一個(gè)基本定律 熱力學(xué)第二定律 2020 2 9 新課教學(xué) 一 熱傳導(dǎo)的方向性1 實(shí)例 熱量會(huì)自動(dòng)地從高溫物體傳給低溫度物體 2 熱傳導(dǎo)的過(guò)程具有方向性3 自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性 2020 2 9 1 實(shí)例 熱量會(huì)自動(dòng)地從高溫物體傳給低溫度物體 注意 這里所說(shuō) 自發(fā)地 是指沒(méi)有任何外界的影響或幫助 電冰箱工作時(shí)能將冰箱內(nèi) 溫度較低 的熱量 傳給外界空氣 溫度較高 是因?yàn)殡姳湎牧穗娔?對(duì)制冷系統(tǒng)做了功 2020 2 9 2 熱傳導(dǎo)的過(guò)程具有方向性熱傳導(dǎo)的過(guò)程可以向一個(gè)方向自發(fā)地進(jìn)行 熱量從高溫物體自發(fā)地傳給低溫物體 但向相反的方向不會(huì)自發(fā)地產(chǎn)生 熱量不會(huì)自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體 只有借助外界的幫助才能進(jìn)行 2020 2 9 熱機(jī) 是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置 熱機(jī) 效率 由能量守恒定律知道q1 w q2熱機(jī)的效率 內(nèi)燃機(jī) 原理 燃料燃燒產(chǎn)生熱量q1 高溫?zé)釒?kù) 推動(dòng)活塞對(duì)外做功w 排出廢氣向外界 低溫?zé)釒?kù) 放熱q2 熱機(jī)的效率小于100 就不可能把從高溫?zé)嵩次盏臒崃咳哭D(zhuǎn)化為機(jī)械能 總有一部分熱量散發(fā)到冷凝器中 二 機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性 2020 2 9 二 第二類永動(dòng)機(jī) 1 第二類永動(dòng)機(jī) 人們把想象中能夠從單一熱源吸收熱量 全部用來(lái)做功而不引起其他變化的熱機(jī)叫做第二類永動(dòng)機(jī) 2 第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成表示機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過(guò)程具有方向性 盡管機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能 同時(shí)不引起其他變化 2020 2 9 3 第一類永動(dòng)機(jī)和第二類永動(dòng)機(jī)它們都不可能制成 第一類永動(dòng)機(jī)的設(shè)想違反了能量守恒定律 第二類永動(dòng)機(jī)的設(shè)想雖不違反能量守恒定律 但違背了跟熱現(xiàn)象相聯(lián)系的宏觀自然過(guò)程具有方向性的規(guī)律 2020 2 9 三 熱力學(xué)第二定律 舉例 兩種不同的氣體擴(kuò)散可以自發(fā)地進(jìn)入對(duì)方 最后成為一種均勻的混合氣體 思考 如圖所示 容器a中裝有氣體 容器b是真空 打開閥門k 容器a中的氣體會(huì)自發(fā)地向b中膨脹 最后兩個(gè)容器都充滿氣體 會(huì)不會(huì)氣體自發(fā)地從容器b流向容器a 最后使容器b恢復(fù)成真空呢 大量自然現(xiàn)象說(shuō)明 有些物理過(guò)程具有方向性 2020 2 9 三 熱力學(xué)第二定律 1 熱力學(xué)第二定律常見的兩種表述 1 按熱傳遞的方向性來(lái)表述 不可能使熱量從低溫物體傳到高溫物體 而不引起其他變化 克勞修斯表述 2 按機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過(guò)程的方向性來(lái)表述 不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量并把它全部用來(lái)做功 而不引起其他變化 開爾文表述 2020 2 9 2 兩種表述是等價(jià)的 可以從一種表述導(dǎo)出另一種表述 兩種表述都稱為熱力學(xué)第二定律3 熱力學(xué)第二定律的意義提示了有大量分子參與的宏觀過(guò)程的方向性 是獨(dú)立于熱力學(xué)第一定律的一個(gè)重要自然規(guī)律 2020 2 9 五 例題分析 例1 根據(jù)熱力學(xué)第二定律 下列判斷正確的是a 電流的能不可能全部變?yōu)閮?nèi)能b 在火力發(fā)電機(jī)中 燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部變?yōu)殡娔躢 熱機(jī)中 燃?xì)鈨?nèi)能不可能全部變?yōu)闄C(jī)械能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度物體 2020 2 9 解析 根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知 凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程都具有方向性 電流的能可全部變?yōu)閮?nèi)能 由電流熱效應(yīng)中的焦耳定律可知 而內(nèi)能不可能全部變成電流的能 機(jī)械能可全部變?yōu)閮?nèi)能 而內(nèi)能不可能全部變成機(jī)械能 在熱傳導(dǎo)中 熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體 而不能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體 所以選項(xiàng)b c d正確 2020 2 9 例2 第二類永動(dòng)機(jī)不可以制成 是因?yàn)?a 違背了能量的守恒定律b 熱量總是從高溫物體傳遞到低溫物體c 機(jī)械能不能全部轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能d 內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 同時(shí)不引起其他變化 2020 2 9 解析 第二類永動(dòng)機(jī)設(shè)想雖然符合能量守恒定律 但是違背了能量轉(zhuǎn)化中有些過(guò)程是不可逆的規(guī)律 所以不可能制成 選項(xiàng)d正確 2020 2 9 例3 試對(duì)熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律做一簡(jiǎn)單的評(píng)析 解析 熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律是構(gòu)成熱力學(xué)知識(shí)的理論基礎(chǔ) 前者對(duì)自然過(guò)程沒(méi)有任何限制 只指出在任何熱力學(xué)過(guò)程中能量不會(huì)有任何增加或損失 反映的是物體內(nèi)能的變化與熱量 做功的定量關(guān)系 后者則是解決哪些過(guò)程可以自發(fā)地發(fā)生 哪些過(guò)程必須借助于外界條件才能進(jìn)行 2020 2 9 六 小結(jié) 熱力學(xué)第二定律有常見的兩種表述 提示了有大量分子參與的宏觀過(guò)程 即與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程 的方向性 第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成 2020 2 9 七 鞏固練習(xí) 1 下列哪些物理過(guò)程具有方向性a 熱傳導(dǎo)過(guò)程b 機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過(guò)程c 氣體的擴(kuò)散過(guò)程d 氣體向真空中膨脹的過(guò)程 答案 2020 2 9 上題答案 abcd 2 熱機(jī)是一種 的裝置 熱機(jī)做的功和它從熱源吸收熱量的比值叫做熱機(jī)的 答案 2020 2 9 2答案 把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 效率 3 熱力學(xué)第二定律使人們認(rèn)識(shí)到 自然界中進(jìn)行的涉及 現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有 性 例如機(jī)械能可以 轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 但內(nèi)能 全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 而不引起其他變化 2020 2 9 3答案 熱 方向 全部 不能 4 什么是第二類永動(dòng)機(jī) 為什么第二類永動(dòng)機(jī)不可能造成 答 能夠從單一熱源吸收熱量并把它全部用來(lái)做功 而不引起其他變化的熱機(jī)稱為第二類永動(dòng)機(jī) 第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因是因?yàn)闄C(jī)械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化過(guò)程具有方向性 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 2020 2 9 6 試述熱力學(xué)第一