人教版高中物理選修性必修第三冊3.4《熱力學第二定律》課件

1、熱力學第二定律新知導入新知導入將一塊燒紅的鐵塊投入冷水中，會發(fā)將一塊燒紅的鐵塊投入冷水中，會發(fā)生什么現(xiàn)象？生什么現(xiàn)象？鐵塊的溫度降低，水的溫度升高，最終兩者溫度相最終兩者溫度相同同。會不會出現(xiàn)鐵塊溫度更高，水的溫度更低的情況？新知導入新知導入 電冰箱的內部溫度比外部溫度低，為什么致冷系統(tǒng)還能不斷地把箱內熱量傳給外界的空氣？ 因為電冰箱消耗了電能，對制冷系統(tǒng)做了功，一旦切斷電源，電冰箱就不能把其內部的熱量傳給外界的空氣了。相反，外界的熱量會自發(fā)地傳給電冰箱，使其溫度逐漸升高。新知講解新知講解電冰箱制冷系統(tǒng)貯藏的食品大氣熱量熱量熱量熱量電源新知講解新知講解 熱傳導的過程是有方向性的，這個過程可以向

2、一個方向自發(fā)地進行，但是向相反的方向卻不能自發(fā)地進行。 要實現(xiàn)相反方向的過程，必須借助外界的幫助，因而產生其它影響或引起其它變化。熱傳導的方向性熱傳導的方向性新知講解新知講解 思考：均勻混合的空氣與溴氣過一段時間會不會自發(fā)地變的界線分明？氣體擴散具有方向性氣體擴散具有方向性新知講解新知講解 一個在水平地面上運動的物體，由于克服摩擦力做功，最后要停下來。在這個過程中，物體的動能轉化成物體的動能轉化成為內能為內能，使物體和地面的溫度升高。新知講解新知講解 我們能不能看到這樣的現(xiàn)象：一個放在水平地面上的物體，靠降低溫度，可以把內能自發(fā)地轉化為動能，使這個物體運動起來。新知講解新知講解 有人提出這樣一

3、種設想，發(fā)明一種熱機，用它把物體與地面摩擦所生的熱量都吸收過來并對物體做功，將內能全部轉化為動能，使因摩擦停止運動的物體在地面上重新運動起來，而不引起其它變化。新知講解新知講解 一切與熱現(xiàn)象有關的宏觀自然過程都是不可逆的。 在物理學中，反映宏觀自然過程的方向性的定律就是熱力學第二定律。共同特征：共同特征：新知講解新知講解1熱力學第二定律的克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。一、熱力學第二定律一、熱力學第二定律（Rudolf Julius Emanuel Clausius，1822年1月2日1888年8月24日）（1）在不引起其它的變化的條件下，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫

4、物體。（2）熱量可以從低溫物體傳到高溫物體上，但會引起其它變化，比如冷機做功。說明：典例探究典例探究例題1：下列說法中，正確的是（ ）A一切形式的能量間的相互轉化都具有方向性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化都不具有可逆性C新知講解新知講解一、熱力學第二定律一、熱力學第二定律第一個階段是燃燒燃料，把燃料中的化學能變成工作物質的內能；第二個階段是工作物質對外做功，把自己的內能變成機械能。熱機新知講解新知講解一、熱力學第二定律一、熱力學第二定律2熱力學第二定律的開爾文表述：不可能從單一熱庫吸收，使之完全變成功，而不產生其他影響。（1）不僅要從一

5、個熱庫吸熱，而且一定會向另一個熱庫放熱。（2）機械能可以全部轉化成內能，但這個過程是不可逆的。說明：新知講解新知講解一、熱力學第二定律一、熱力學第二定律熱力學第二定律兩種表述的比較熱力學第二定律兩種表述的比較 開爾文表述實質說明功變熱過程的不可逆性，克勞修斯表述則說明熱傳導過程的不可逆性，兩種表述是等價的，可用反證法證明。違背開爾文表述一定違背克勞修斯表述違背開爾文表述一定違背克勞修斯表述 如果開爾文表述不成立，可制成一個單熱源熱機，將它同另一個制冷機組成復合機，如圖所示，其總效果相當于一個無功致冷機，于是克勞修斯表述也就不成立。新知講解新知講解一、熱力學第二定律一、熱力學第二定律 3熱力學第

6、二定律的實質 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方向性，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。 4與熱力學第一定律的關系 熱力學第一定律是和熱現(xiàn)象有關的物理過程中能量守恒的特殊表達形式，說明功及熱量與內能改變的定量關系，而第二定律指出了能量轉化與守恒能否實現(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。典例探究典例探究例題2：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

7、到高溫物體C機械能可以全部轉化為熱能，但熱能不可能全部轉化為機械能D機械能可以全部轉化為熱能，熱能也可能全部轉化為機械能BD新知講解新知講解二、能源是有限的二、能源是有限的 能量在數(shù)量上雖然守恒，但其轉移和轉化卻具有方向性。在各種各樣的活動中，機械能、電能、光能、聲能、化學能、核能、生物能最終都轉化成內能，流散到周圍的環(huán)境中。 根據(jù)熱力學第二定律，分散在環(huán)境中的內能不管數(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動機器做功了。這樣的轉化過程叫作“能量耗散”。 能源的使用過程中雖然能的總量保持守恒，但能量的品質下降了。雖然能量總量不會減少，但能源會逐步減少，因此能

8、源是有限的資源。新知講解新知講解三、熵與熵增加原理三、熵與熵增加原理 自然界的很多過程是不可逆的 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，不與外界進行物質和能量交換的系統(tǒng)叫作孤立系統(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，這就是熵增加原理。課堂練習課堂練習1下列說法正確的是（ ）A機械

9、能全部變成內能是不可能的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生，也不會憑空消失，只能從一個物體轉移到另一個物體，或從一種形式轉化成另一種形式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D課堂練習課堂練習2根據(jù)熱力學第二定律，下列判斷正確的（ ）A熱機中燃氣的內能不可能全部變成機械能B電流的能不可能全部變成內能C在火力發(fā)電機中，燃氣的內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ACD課堂練習課堂練習3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

10、溫物體C氣體的擴散過程具有方向性D一切形式能量轉化都不具有方向性AC課堂練習課堂練習4下列說法中可行的是（ ）將地球上所有海水的溫度降低0.1，以放出大量內能供人類使用制造一種機器，把物體與地面摩擦所產生的熱量全部收集起來再全部加以使用建造一只可以從海洋中提取熱量的船，把熱量轉化為機械能，驅動螺旋槳旋轉制造一種效率為100的熱機A可行 B可行 C可行 D都不可行D課堂練習課堂練習5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AD課堂練習課堂練習6根據(jù)熱力學定律和