物理選修人教新課標(biāo)熱力學(xué)第二定律精品課件

1、12 一、一、學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo): 1.了解熱傳導(dǎo)過(guò)程的方向性。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。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，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)。以及這兩種表述的物理實(shí)質(zhì)。3 二、重點(diǎn)和難點(diǎn)：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)和兩種常重點(diǎn)：熱力學(xué)第二定律的物理實(shí)質(zhì)和兩種常見(jiàn)的表述見(jiàn)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)不可能制成的原因可能制成的原因4三、教學(xué)過(guò)程：三、教學(xué)過(guò)程： 引

2、入新課：引入新課： 任何物體都具有內(nèi)能，在地球上貯存量十分任何物體都具有內(nèi)能，在地球上貯存量十分豐富的海水總質(zhì)量約達(dá)豐富的海水總質(zhì)量約達(dá)1.41018噸，它的噸，它的溫度只要降低溫度只要降低1oC，就能釋放相當(dāng)于，就能釋放相當(dāng)于1800萬(wàn)萬(wàn)個(gè)功率為個(gè)功率為100萬(wàn)千瓦的核電站一年的發(fā)電量，萬(wàn)千瓦的核電站一年的發(fā)電量，足夠全世界使用足夠全世界使用4000年。而人類都不能利年。而人類都不能利用這種用這種“新能源新能源”，究其原因，是因?yàn)樯婕?，究其原因，是因?yàn)樯婕拔锢韺W(xué)的一個(gè)基本定律物理學(xué)的一個(gè)基本定律熱力學(xué)第二定熱力學(xué)第二定律律5 新課教學(xué)：新課教學(xué)： (一一)、熱傳導(dǎo)的方向性、熱傳導(dǎo)的方向性 1

3、實(shí)例：熱量會(huì)自動(dòng)地從高溫物體傳給低實(shí)例：熱量會(huì)自動(dòng)地從高溫物體傳給低溫度物體。溫度物體。 2熱傳導(dǎo)的過(guò)程具有方向性熱傳導(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。都具有方向性。6 1實(shí)例：熱量會(huì)自動(dòng)地從高溫物體傳給低實(shí)例：熱量會(huì)自動(dòng)地從高溫物體傳給低溫度物體。溫度物體。 注意注意這里所說(shuō)這里所說(shuō)“自發(fā)地自發(fā)地”是指沒(méi)有任何外是指沒(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)界的影響或幫助，電冰箱工作時(shí)能將冰箱內(nèi)(溫度較低溫度較低)的熱量，傳給外界空氣的熱量，傳給外界空氣(溫度較溫度較高高)，是因?yàn)殡姳湎牧穗娔?，?duì)制冷系，是因?yàn)殡?/p>

4、冰箱消耗了電能，對(duì)制冷系統(tǒng)做了功。統(tǒng)做了功。7 2熱傳導(dǎo)的過(guò)程具有方向性熱傳導(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)地傳給低溫物體熱量從高溫物體自發(fā)地傳給低溫物體)；但；但向相反的方向不會(huì)自發(fā)地產(chǎn)生向相反的方向不會(huì)自發(fā)地產(chǎn)生(熱量不會(huì)自熱量不會(huì)自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體)，只有借助，只有借助外界的幫助才能進(jìn)行。外界的幫助才能進(jìn)行。8熱機(jī)：是一種把熱機(jī)：是一種把內(nèi)能內(nèi)能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為機(jī)械能機(jī)械能的裝置。的裝置。熱機(jī)熱機(jī)效率：效率： 由能量守恒定律知道由能量守恒定律知道 Q1 = W +Q2 熱機(jī)的效

5、率熱機(jī)的效率1QW內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)原理：燃料燃燒產(chǎn)生熱量原理：燃料燃燒產(chǎn)生熱量 Q1（高溫?zé)釒?kù)）（高溫?zé)釒?kù)）推動(dòng)活塞對(duì)外做功推動(dòng)活塞對(duì)外做功 W排出廢氣向外界（低溫?zé)釒?kù)）放熱排出廢氣向外界（低溫?zé)釒?kù)）放熱 Q2高溫?zé)釒?kù)高溫?zé)釒?kù)低溫?zé)釒?kù)低溫?zé)釒?kù)Q1Q2對(duì)外做功對(duì)外做功熱機(jī)W熱機(jī)的效率小于熱機(jī)的效率小于100%，就不可能把從，就不可能把從高溫?zé)嵩次盏臒崃咳哭D(zhuǎn)化為機(jī)械能，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?？傆幸徊糠譄崃可l(fā)到冷凝器中。（二）機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性（二）機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性9(二二)第二類永動(dòng)機(jī)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第二

6、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)。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)不引起其他卻不能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，同時(shí)不引起其他變化變化 10 3第一類永動(dòng)機(jī)和第二類永動(dòng)機(jī)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

7、二類永動(dòng)機(jī)的設(shè)想雖反了能量守恒定律；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。聯(lián)系的宏觀自然過(guò)程具有方向性的規(guī)律。1112(三三)熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律 1熱力學(xué)第二定律常見(jiàn)的兩種表述：熱力學(xué)第二定律常見(jiàn)的兩種表述： (1)按熱傳遞的方向性來(lái)表述：不可能使熱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，而不引起其他量從低溫物體傳到高溫物體，而不引起其他變化變化-克勞修斯表述克勞修斯表述 (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

8、量并把它全部述：不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量并把它全部用來(lái)做功，而不引起其他變化用來(lái)做功，而不引起其他變化-開(kāi)爾文表開(kāi)爾文表述述13 2兩種表述是等價(jià)的兩種表述是等價(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)第二定律述都稱為熱力學(xué)第二定律 3熱力學(xué)第二定律的意義熱力學(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)律然規(guī)律14五、例題分析：五、例題分析： 例例1根據(jù)熱力學(xué)第二定律，下列判斷正確根據(jù)熱力學(xué)第二定律，下列判斷正確的是的是

9、 A. 電流的能不可能全部變?yōu)閮?nèi)能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)能不可能全在火力發(fā)電機(jī)中，燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部變?yōu)殡娔懿孔優(yōu)殡娔?C熱機(jī)中，燃?xì)鈨?nèi)能不可能全部變?yōu)闄C(jī)械熱機(jī)中，燃?xì)鈨?nèi)能不可能全部變?yōu)闄C(jī)械能能 D在熱傳導(dǎo)中，熱量不可能自發(fā)地從低溫在熱傳導(dǎo)中，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫度物體物體傳遞給高溫度物體15 解析解析根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，凡與熱現(xiàn)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)能可全部變?yōu)閮?nèi)能(由電流熱效應(yīng)中的焦耳定由電流熱效應(yīng)中的焦耳定律可知律可知)，而內(nèi)能不可能全部

10、變成電流的，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)發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體，所以選項(xiàng)B、C、D正確正確16例例2第二類永動(dòng)機(jī)不可以制成，是第二類永動(dòng)機(jī)不可以制成，是因?yàn)橐驗(yàn)?A. 違背了能量的守恒定律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?zé)崃靠偸菑母邷匚矬w傳遞到低溫物體物體 C機(jī)械能不能全部轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能機(jī)械能不能全部轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能 D內(nèi)

11、能不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，同內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，同時(shí)不引起其他變化時(shí)不引起其他變化17 解析解析第二類永動(dòng)機(jī)設(shè)想雖然符合能量第二類永動(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，過(guò)程是不可逆的規(guī)律。所以不可能制成，選項(xiàng)選項(xiàng)D正確正確18 例例3試對(duì)熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定試對(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)析律做一簡(jiǎn)單的評(píng)析 解析解析熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律是熱力學(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)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

12、熱力學(xué)過(guò)程程沒(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。過(guò)程必須借助于外界條件才能進(jìn)行。19六、小結(jié)六、小結(jié) ： 熱力學(xué)第二定律有常見(jiàn)的熱力學(xué)第二定律有常見(jiàn)的兩種表述，提示了有大量?jī)煞N表述，提示了有大量分子參與的宏觀過(guò)程分子參與的宏觀過(guò)程(即即與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程)的方向性，第二類永動(dòng)機(jī)的方向性，第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成。不

13、可能制成。 20七、 鞏固練習(xí) 1.下列哪些物理過(guò)程具有方向性下列哪些物理過(guò)程具有方向性 A. 熱傳導(dǎo)過(guò)程熱傳導(dǎo)過(guò)程 B機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過(guò)程機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過(guò)程 C氣體的擴(kuò)散過(guò)程氣體的擴(kuò)散過(guò)程 D氣體向真空中膨脹的過(guò)程。氣體向真空中膨脹的過(guò)程。答案：答案：21上題答案：A B C D 2.熱機(jī)是一種熱機(jī)是一種_的裝置，熱機(jī)的裝置，熱機(jī)做的功和它從熱源吸收熱量的比值做的功和它從熱源吸收熱量的比值叫做熱機(jī)的叫做熱機(jī)的_答案：答案：222答案：把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；效答案：把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；效率率 3.熱力學(xué)第二定律使人們認(rèn)識(shí)到，熱力學(xué)第二定律使人們認(rèn)識(shí)到，自然界中進(jìn)行的涉及自然界中進(jìn)行的涉及_

14、現(xiàn)現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有象的宏觀過(guò)程都具有_性，性，例如機(jī)械能可以例如機(jī)械能可以_轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能內(nèi)能，但內(nèi)能_全部轉(zhuǎn)化為全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，而不引起其他變化機(jī)械能，而不引起其他變化233答案：熱；方向；全部；不能。 4.什么是第二類永動(dòng)機(jī)什么是第二類永動(dòng)機(jī)?為什么第二類永動(dòng)機(jī)不可為什么第二類永動(dòng)機(jī)不可能造成能造成? 答：答：能夠從單一熱源吸收熱量并把它全部用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，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。不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，而不引起其他變化。246.試述熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第試述熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律的區(qū)別與聯(lián)系二定律的區(qū)別與聯(lián)系 解答：熱力學(xué)第一定律指