2020-2021學年新教材高中物理第三章熱力學定律4熱力學第二定律學案新人教版選擇性必修32021

1、熱學二律必備知識素養(yǎng)奠基一、熱力學第二定律的克勞修斯表述熱傳的向:切與熱現(xiàn)象有關的宏觀自然過程都不可的熱力第定的勞修表:國物理學家克勞修斯在 1850 年出熱不能自發(fā)地從 低物體傳高物體。力學第二定律的克勞修斯表,闡述的是傳熱的方性二、熱力學第二定律的開爾文表述熱機(1)熱機工作的兩個階段:第一個段是燃燒燃料把燃料中化學能成工作物質(zhì)內(nèi)能第 二個階段是工作物質(zhì)對外做功把己的內(nèi)能變機能(2)熱機用于做功的熱量一小于從高溫熱庫吸收的熱量。開爾表 :不可從單一熱庫吸收熱量使之完全變功,而產(chǎn)生其他影響。 (該述闡 述了機械能與內(nèi)能轉化的方向)關鍵能力素養(yǎng)形成一 熱學第二定律的應用單一庫:指溫度均勻并且恒

2、定不變的系統(tǒng)。若一系統(tǒng)各部分溫不相同或者溫度不穩(wěn)定則成機器的工作物質(zhì)可以在不同溫度的兩部分之間工,從而可以對外做功。據(jù)報道有些國家已在研究利用海水上下溫度不同來發(fā)電。其他響:(1)除了從單一熱庫吸收的熱量以及所做的功以外的其他一切影響。(2)除了從低溫物體吸收熱量、高溫物體得到熱量,他一切影響和變化。關于不能: 際上熱機或制冷機系統(tǒng)循環(huán)終了時 ,除從單一熱庫吸收熱量對外做功 ,以及熱量從低溫熱庫傳到高溫熱庫以外 ,過程產(chǎn)生的其他一切影響 ,不論任何曲折復雜的 辦法都不可能加以消除。適用件只能用于由很大數(shù)目分子所構成的系統(tǒng)及有限范圍內(nèi)的宏觀過程 ,而不適用于 少量的微觀體系,也不能把它擴到無限的

3、宇宙。- 1 -【思考討論】如圖是熱量在傳遞過程中的情景。討論:(1)在自然過程中熱量是如何傳遞?提示:熱量由溫度高的物體傳遞溫度低的物,由溫度高的地方傳遞到溫度低的地方。 (2)空調(diào)和冰箱是如何傳遞熱量?提示 :空和冰箱可以通過電機功 ,把熱從溫度比較低的房間內(nèi)或冰箱內(nèi)傳遞到房間外或 冰箱外?！镜淅痉丁?多選下列關于宏觀物體的熱現(xiàn)的說法中正確的( )A.一切涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都有方向性B.一切不違背能量守恒定律的物過程都是可能實現(xiàn)的C.由熱力學第二定律可以判斷物過程能否自發(fā)進行D.一切物理過程都不可能自發(fā)地行E.功轉變?yōu)闊岬膶嶋H宏觀過程是可逆的【解析】選 A、E。熱力學第定律是反映宏觀自

4、然過程的方向性的定,熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體 ,但以自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體 ;并不是所有符合能量守恒定律的宏觀過程都能實現(xiàn),故 A、C 正確B、D 錯誤一切與熱現(xiàn)象有關的宏觀過程都是不可逆 的故 E 正確。【誤區(qū)警示對熱力學第二定律理解的兩個誤區(qū)(1)誤認為熱量只能由高溫物體傳到低溫物,不能由低溫物體傳到高溫物體。熱量可以由高溫物體傳到低溫物體 ,也可由低溫物體傳到高溫物體 ; 但 ,前者可以自發(fā)完 成而者則必須有外界參與。(2)誤認為機械能可以完全轉化為內(nèi),而內(nèi)能不能完全轉化為機械能。機械能可以完全轉化為內(nèi)能 ,內(nèi)能可以完全轉化為機械能 ;但是前者以不產(chǎn)生其他影響 , 而后

5、者一定會產(chǎn)生其他影響。- 2 -【素養(yǎng)訓練】(多選用兩種不同材料的金屬絲成一個回,接觸點 插在水,接點 2 插冷水中如圖所示電計指針會發(fā)生偏,就是溫差發(fā)電現(xiàn)象。關于這一現(xiàn)象的正確說法( )A.這一實驗不違背熱力學第二定B.在實驗過程,熱水溫度降,水溫度升高C.在實驗過程,熱水的內(nèi)能全轉化成電電能則部分轉化成冷水的內(nèi)能D.在實驗過程,熱水的內(nèi)能只部分轉化成電,能則全部轉化成冷水的內(nèi)能【解析選 A。然界中的任自然現(xiàn)象或過程都不違反熱力學定,本實驗現(xiàn)象也不違反熱力學第二定律,A 正確;整個過中能量守恒且傳熱有方向,B 正確在驗過程中,熱水中的內(nèi)能除轉化為電能外 ,還升了金屬絲的溫度 內(nèi)能不能全部轉化

6、為電能 ; 電除轉化為冷 水的內(nèi)能外還高了金屬絲的溫,能不能全部轉化為冷水的內(nèi),C、D 錯誤。【補償訓練】(多選下列現(xiàn)象不可能發(fā)生的( )A.在一與外界絕熱的房間,將臺正在工作的電冰箱的門打,能該房間降溫B.蒸汽機把蒸汽的內(nèi)能全部轉化機械能C.一個在粗糙的水平地面上運動物體最終要停下,物體的動能全部轉化為內(nèi)能D.在熱傳導中熱量可以自發(fā)地高溫物體傳向低溫物體【解析選 A。一與外界絕的房間,一臺正在工作的電冰箱的門打開,消耗了電能,產(chǎn)生了焦耳,所以房間溫度不僅不能降低還會升故 不可發(fā);蒸汽機把蒸汽的內(nèi)能不可能全部轉化為機械,轉化過程中必然存在能量耗,故 B 不能發(fā)生一個在粗糙的水平地面上運動的物體

7、最終要停下來 ,物體的動能全部轉化為內(nèi)能 ,C 可發(fā)生 ;在傳導中,熱量可 以自發(fā)地從高溫物體傳向低溫物,D 可能生。二 熱和第二類永動機熱機特:- 3 -(1)熱機不僅僅只有一個熱庫。(2)熱機的效率不可能達到 100%第二永機能成的因違了熱力學第二定不違反能量守恒定)。第二永機能成的義(1)機械能可全部轉化成內(nèi)能,但能不能全部轉化成機械能。(2)機械能和內(nèi)能的轉化過程具有方向性。(3)兩類永動機的比較。第一類永動機 :不消耗任何能量,以不斷做功 (只給予很小的能量啟動后 ,可永遠運動下 去。第二類永動機 :將內(nèi)能全部轉化機械能 而不起其他變化 (或只有一個熱源 ,實現(xiàn)內(nèi)能與機 械能的轉化。

8、【思考討論】如圖所示是制冷機和熱機的工作過程示意,在圖片基礎上思考以下問題:討論:(1)制冷機工作時熱量是自發(fā)地從低溫熱庫傳到高溫熱庫?(2)熱機工作時是否將從高溫熱庫吸收的熱量全部用來做?提示:(1)不。熱量從低溫熱庫傳到高溫熱庫時需要有外界做功。(2)否。熱機工作時只將從高溫熱庫吸收熱量的一部分用來做,剩的釋放到低溫熱庫。 【典例示范】在熱學中下列說法正確的是 ( )A.第一類永動機不可制成是由于違背了能量守恒定律B.第二類永動機不可制成是由于違背了能量守恒定律C.熱力學第二定律告訴我們機械可以轉化為內(nèi)能而內(nèi)能不能轉化為機械能D.熱量只能從高溫物體傳向低溫,而不能從低溫物體傳向高溫物體-

9、4 -【解析】選 A。不消耗能量而不對外做功的第一類永動機是不可能制成,因為它違背了能量守恒定律故 A 正確從一熱庫吸收熱量而對外做功的第二類永動機不違反能量守恒定,但違反了熱力學第二定律,故 B 錯;熱力學第二定律告訴我們機械能可以轉化為內(nèi),而內(nèi)能在“一定的條件下”也能轉化為機械故 誤;量能從高溫物體傳向低溫物,在“一定 的條件下”也能從低溫物體傳向高溫物體。故 誤?！舅仞B(yǎng)訓練】1.(多選關于第二類永動,下說法正確的( A.沒冷凝器 ,只單一的熱源 ,將從單一熱源吸收的熱量全部用來做功 ,而引起其他變 化的熱機叫作第二類永動機B.第二類永動機違反了能量守恒,所以不可能制成C.第類永動機不可能

10、制成 ,說明械能可以全部轉化為內(nèi)能 內(nèi)能不可能全部轉化為機械 能D.第類永動機不可能制成 ,說明械能可以全部轉化為內(nèi)能 內(nèi)能不可能全部轉化為機械 能同不引起其他變化【解析】選 A、D。據(jù)第二類永動機的定義可知 正第二類永動機不違反能量守恒定,而是違反熱力學第二定律,所以 B 錯誤。機械能可以全部轉化為內(nèi),內(nèi)在引起其他變化時 可能全部轉化為機械, 錯, 正確2.下列有關熱學知識的論述正確( )A.兩溫度不同的物體相互接觸 ,熱量既能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體 ,也可以自發(fā)地 從低溫物體傳給高溫物體B.無論用什么方式都不可能使能從低溫物體向高溫物體傳遞C.第類永動機違背能的轉化和恒定律 ,第二類

11、永動機不違背能的轉化和守恒定律 ,隨著科 技的進步和發(fā)展,第二類永動機以制造出來D.溫度是物體分子熱運動平均動的標志【解析選 D兩溫度不同的體相互接觸,熱量能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物,但不能自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物故 誤在外界的影響,能使能量從低溫物體向高溫物 體傳遞空、冰箱就是這個原,故 誤第一類永動機違背能的轉化和守恒定不能制造出,第二類永動機不違背能的轉化和守恒定,但違反了物理過程的方向,同樣不能制造成故 錯;溫度是物體分子熱運動激烈程度的反映 , 是物體分熱運動平均動能的標志 溫越高 ,分子運動平均動能越- 5 -大故 D 正確?！狙a償訓練】1.第二類永動機不可以制,是為 )A.違

12、背了能量守恒定律B.熱量總是從高溫物體傳遞到低物體C.機械能不能全部轉變?yōu)閮?nèi)能D.內(nèi)能不能全部轉化為機械,時不引起其他變化【解析】選 D。第二類永動機設雖然符合能量守恒定,但是違背了能量轉化中有些過程是 不可逆的規(guī),所以不可能制成。2.(多)如所示為電冰箱的工作原理示意圖 ,壓縮工作時,強迫冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán)。在蒸發(fā)器中制冷劑汽化吸收箱體內(nèi)的熱量 ,經(jīng)冷凝器時制冷劑液化 ,放出熱量 到箱體外。下列說法正確的是( )A.熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到箱外B.電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地冰箱內(nèi)的熱量傳到外,因為其消耗了電能C.電冰箱的工作原理不違反熱力第一定律D.電冰箱的工作原理違反熱力學一

13、定律【解析】選 B。據(jù)熱力學第二定熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物,必須借助于其他系統(tǒng)做功,A 錯誤,B 正;力學第一定律是熱現(xiàn)象中內(nèi)能與其他形式能的轉化規(guī),是 能量守恒定律的具體表現(xiàn),適用所有的熱現(xiàn)象故 C 正確D 錯誤?！就卣估}考查內(nèi):熱力學律的綜合應用【典例】一種暖兩用型空調(diào)銘牌標注輸入功率 1 kW,制冷能力 1.210 kJ/h,制能力1.310 kJ/h。這樣該空調(diào)在制熱時每消耗 J 電將放出 J 的熱。標注是否錯誤?【解析空調(diào)制冷、制熱是靠壓縮機做,過內(nèi)部的制冷劑將熱量從溫度低的地方向溫度高的地方傳遞。在制熱,室內(nèi)溫度室外溫度,熱量不會自發(fā)地從室外向室內(nèi)傳遞。要實現(xiàn)- 6 -

14、這一過程就會引起其他的變化 ,這里的其他變化正是通過壓縮機做功消耗電能的過程 ,題中放出 3 J 的熱是指將 3 J 的能從室外傳遞到室需消耗 1 J 的能。整個過程既不違背熱力學第一定律的能量守,又合熱力學第二定律的方向性。因此標注沒有錯誤。 答案:見解析課堂檢測素養(yǎng)達標1.(多選關于熱機的效率下說法正確的( A.有可能達到 80% B.可能達到 100%C.有可能超過 80% D.定能達到 100%【解析選 A。根據(jù)熱力學第二定,機效率永遠也達不到 。2.關于能源和能,下列說法正確的( )A.自然界的能量是守恒,所以球上的能源永不枯竭B.能源的利用過程中有能量耗散,以自然界的能量在不斷減少

15、C.能量耗散遵循能量守恒定律D.人類在不斷地開發(fā)和利用新能所以能量可以被創(chuàng)造【解析選 C自界中的能量守恒但地球上的化石能源的存儲量是有限,如果過量開采這些能源就存在能源危, A 錯誤能源的利用過程中有能量耗,但自然界中的能量是守恒的所以自然界中的能量會減故 B 誤C 正確能量既不會憑空產(chǎn),也不會憑空消失,它只能從一種形式轉化為他形或者從一個物體轉移到別的物,故 D 錯。3.如所示 ,汽缸內(nèi)盛有一定量理想氣體 ,缸壁是導熱的 缸外境保持恒溫,活與汽缸壁的接觸是光滑,但不漏氣?，F(xiàn)將活塞桿與外界連,其緩慢地向右移動這樣氣體將等溫膨脹并通過桿對外做功。若已知理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關 , 則下說法正確

16、的是 ( )- 7 -A.氣體是從單一熱源吸,全用對外做,因此此過程違反熱力學第二定律B.氣體從單一熱源吸熱,但并未用來對外做,所以此過程不違反熱力學第二定律C.氣體是從單一熱源吸,全用對外做,但此過程不違反熱力學第二定律D.A、B 三種說法都不對【解析選 C熱學第二定律機械能與內(nèi)能轉化過程的方向性來描述是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他變化。本題中如果沒有外界的幫,比如外力拉動活塞桿使活塞向右移動 ,使氣膨脹對外做功 , 導致氣體溫度略微降低 是不可能從外界吸收熱量的,即這一過程雖然是氣體單一熱源吸熱 ,全用來對外做功 ,但起了其他變化 所以此 過程不違反熱力學第二定律。4.對于永動機的認識,下列說法正確的( )A.第一類永動機和第二類永動機違背了能量守恒定所以都不可能制成B.第類永動機違背了能量守恒律 ,第二永動機沒有違背能量守恒定律 , 因 ,隨科學 技術的迅猛發(fā)展,第二類永動機可以制成的C.第類永動機違反了熱力學第定律 第二永動機違反了熱力學第二定律 ,這類永動機 都不可能制成D.兩類永動機的實質(zhì)和工作原理相同,都是人們的美好設,是遠不會實現(xiàn)的?！窘馕鲞x C第類永動機違了能量的轉化與守,可能實現(xiàn)第類永動機不違反能量守恒定律 ,但違反了熱力學第二律 能在轉化為機械能的過程中要生熱 , 所要引起其他 變化。這兩類永動機都不可能制故