高中物理-熱力學第二定律課件-新人教版選修

1高中物理-熱力學第二定律課件-新人教版選修2345678910111.單一熱庫：指溫度均勻并且恒定不變的系統(tǒng).假設一系統(tǒng)各局部溫度不相同或者溫度不穩(wěn)定，那么構成機器的工作物質(zhì)可以在不同溫度的兩局部之間工作，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.122.其他影響：指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；或者除了從低溫物體吸收熱量、高溫物體得到相同的熱量外，其他一切影響和變化.不是不能從單一熱庫吸收熱量而對外做功，而是這樣做的過程中，一定伴隨著其他變化或影響.同樣，也不是熱量不能從低溫物體傳到高溫物體，而是此過程的完成不產(chǎn)生其他影響的自發(fā)熱傳遞是不可能的.133.關于“不可能〞：實際上熱機或制冷機系統(tǒng)循環(huán)終了時，除了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，過程所產(chǎn)生的其他一切影響，不管用任何曲折復雜的方法都不可能加以消除.4.適用條件：只能適用于由很大數(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，也不能把它擴展到無限的宇宙.5.兩種表述是等價的：兩種表述都揭示了熱現(xiàn)象宏觀過程的方向性.兩種表述可以相互推導.14【典例1】隨著世界經(jīng)濟的快速開展，能源短缺問題日顯突出，近期油價不斷攀升，已對各國人民的日常生活造成了各種影響，如排長隊等待加油的情景已經(jīng)屢次在世界各地發(fā)生，能源成為困擾世界經(jīng)濟開展的重大難題之一，以下有關能量轉(zhuǎn)化的說法中正確的選項是()A.不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他的變化B.只要對內(nèi)燃機不斷改進，就可以把內(nèi)燃機得到的全部內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能D.外界對物體做功，物體的內(nèi)能必然增加15【解題指導】解答此題時應注意以下三點：16【標準解答】選A.由熱力學第二定律的開爾文表述可知A對.熱機效率總低于100%，B錯；滿足能量守恒的過程未必能自發(fā)進行，任何過程一定滿足熱力學第二定律，C錯；由熱力學第一定律ΔU=W+Q可知，W>0，ΔU不一定大于0，即內(nèi)能不一定增加，D錯.17【規(guī)律方法】理解熱力學第二定律的方法(1)理解熱力學第二定律的實質(zhì)，即自然界中進行的所有涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性.理解的關鍵在于“自發(fā)〞和“不引起其他變化〞.(2)還要正確理解哪些過程不會到達(100%的轉(zhuǎn)化而不產(chǎn)生其他影響).18【變式訓練】根據(jù)熱力學第二定律，以下判斷正確的選項是()C.在火力發(fā)電機中，燃氣的內(nèi)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19【解析】選A、C、D.但凡與熱現(xiàn)象有關的宏觀自然過程都具有方向性.無論采用任何設備和手段進行能量轉(zhuǎn)化，總是遵循“機械能可全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為機械能〞，故A正確；火力發(fā)電機發(fā)電時，能量轉(zhuǎn)化的過程為內(nèi)能→機械能→電能，因為內(nèi)能→機械能的轉(zhuǎn)化過程中會對外放出熱量，故燃氣的內(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)進行，必須借助外界的幫助，結(jié)果會帶來其他影響，這正是熱力學第二定律第一種(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錯誤.20【變式備選】以下說法正確的選項是()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21【解析】選D.熱力學第二定律只是說熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體，通過外力做功是可以把熱量從低溫物體傳到高溫物體的，例如電冰箱的制冷過程就是這一情況，顯然這種情況已引起了其他變化.機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故A、C錯；第二類永動機不可能制造成功是因為它違背了熱力學第二定律，故B錯；從單一熱庫吸收熱量全部用來做功而不引起其他變化，是不可能的，但如果是從單一熱庫吸收熱量全部變?yōu)楣Φ耐瑫r也引起了其他的變化，是可能的，故D對.222324252627

熱力學第二定律是在提高熱機效率的生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn)的，但它對實踐的指導意義卻不局限于熱機.它與熱力學第一定律一起構成了熱力學的主要理論根底.除對熱力學研究外，其他如在化學反響中，研究化學能與其他形式能量的轉(zhuǎn)化及各種化學過程進行的條件和方向等都有著重要的指導意義.28【典例2】關于兩類永動機和熱力學兩個規(guī)律，以下說法正確的選項是()C.由熱力學第一定律可知做功不一定改變內(nèi)能，熱傳遞也不一定改變內(nèi)能，但同時做功和熱傳遞一定會改變內(nèi)能D.由熱力學第二定律可知熱從低溫物體傳向高溫物體是可能的，從單一熱庫吸收熱量，完全變成功也是可能的

【解題指導】掌握兩類永動機的概念以及深刻理解熱力學兩大定律是解答此題的關鍵.29【標準解答】選D.第一類永動機違反熱力學第一定律，第二類永動機違反熱力學第二定律，A、B錯；由熱力學第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU=W+Q可以等于0，C錯；由熱力學第二定律可知D中現(xiàn)象是可能的，但不引起其他變化是不可能的，D對.30【規(guī)律方法】解決此類問題要深入理解好熱力學第一定律和熱力學第二定律.(1)熱力學第一定律是能量守恒定律在熱學中的一種表述形式，是從能的角度揭示不同物質(zhì)運動形式相互轉(zhuǎn)化的可能性.告誡人們：第一類永動機不可能制成.(2)熱力學第二定律揭示了大量分子參與的宏觀過程的方向性.如機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不可能全部轉(zhuǎn)化為機械能而不引起其他變化，進一步揭示了各種物質(zhì)過程及其運動形式的轉(zhuǎn)化過程都具有方向性.告誡人們：第二類永動機不可能制成.31【變式訓練】關于熱現(xiàn)象和熱學規(guī)律，以下說法中正確的選項是

()A.隨著低溫技術的開展，我們可以使溫度逐漸降低，并到達絕對零度，最終實現(xiàn)熱機效率為100%C.第二類永動機遵從能量守恒，故能做成D.用活塞壓縮汽缸里的空氣，對空氣做功2.0×105J，同時空氣向外界放出熱量1.5×105J，那么空氣的內(nèi)能增加了0.5×105J【解析】選D.由熱力學第二定律知B、C錯；絕對零度不可能到達，A錯；由熱力學第一定律知D正確.32【典例3】(2019·綿陽高二檢測)一種冷暖兩用型空調(diào)，銘牌標注：輸入功率1kW，制冷能力1.2×104kJ/h,制熱能力1.3×104kJ/h.這樣，該空調(diào)在制熱時，每消耗1J電能，將放出3J多熱量.指標是否錯誤？【解題指導】空調(diào)機不管制冷還是制熱都是將內(nèi)能從溫度低的地方向溫度高的地方傳遞，即熱量從低溫物體向高溫物體傳遞.33【標準解答】空調(diào)制冷、制熱是靠壓縮機做功，通過內(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.在制熱時，室內(nèi)溫度高，室外溫度低，熱量不會自發(fā)地從室外向室內(nèi)傳遞.要實現(xiàn)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，題中放出了3J的熱量是指將3J的內(nèi)能從室外傳遞到室內(nèi)，需消耗1J的電能.整個過程既不違背熱力學第一定律的能量守恒，又符合熱力學第二定律的方向性.因此題中指標沒有錯誤.答案:見標準解答34一、選擇題1.(2019·煙臺高二檢測)熱力學第二定律使人們認識到自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程()35【解析】選A.自然界中所有涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性，如表所示：362.以下過程中，可能發(fā)生的是()A.某工作物質(zhì)從高溫熱源吸收20kJ的熱量，全部轉(zhuǎn)化為機械能，而沒有產(chǎn)生其他任何影響B(tài).翻開一高壓密閉容器，其內(nèi)氣體自發(fā)溢出后又自發(fā)跑進去，恢復原狀C.利用其他手段，使低溫物體的溫度更低，高溫物體的溫度更高D.兩瓶不同液體自發(fā)混合，然后又自發(fā)地各自分開37【解析】選C.根據(jù)熱力學第二定律，熱量不可能從低溫物體自發(fā)地傳給高溫物體，而不引起其他的變化，但通過一些物理過程是可以實現(xiàn)的，故C項對；內(nèi)能自發(fā)地全部轉(zhuǎn)化為機械能是不可能的，故A項錯；氣體膨脹具有方向性，故B項錯；擴散現(xiàn)象也有方向性，D項也錯.383.關于熱機的效率，以下說法正確的選項是()A.有可能達80%B.有可能達100%C.有可能超過80%D.有可能超過100%【解析】選A、C.因為第二類永動機不能實現(xiàn)，所以熱機的效率永遠也達不到100%.394.關于熱力學第二定律，以下說法正確的選項是()D.由于熱力學第二定律沒有理論和實驗的依據(jù)，因此沒有實際意義40【解析】選B.熱力學第二定律是物理學家通過對大量自然現(xiàn)象的分析，又總結(jié)了生產(chǎn)和生活經(jīng)驗得到的結(jié)論，是一個經(jīng)驗定律，它并不能通過理論和實驗來證明，但它符合客觀事實，因此是正確的，它揭示了宏觀過程的方向性，使人們認識到第二類永動機不可能制成，對我們認識自然和利用自然有著重要的指導意義.415.關于熱力學第一定律和熱力學第二定律，以下論述正確的是()A.熱力學第一定律指出內(nèi)能可以與其他形式的能相互轉(zhuǎn)化，而熱力學第二定律那么指出內(nèi)能不可能完全轉(zhuǎn)化為其他形式的能，故這兩條定律是相互矛盾的B.內(nèi)能可以完全轉(zhuǎn)化為其他形式的能，只是會產(chǎn)生其他影響，故兩條定律并不矛盾C.兩條定律都是有關能量的轉(zhuǎn)化規(guī)律，它們不但不矛盾，而且沒有本質(zhì)區(qū)別D.其實，能量守恒定律已經(jīng)包含了熱力學第一定律和熱力學第二定律42【解析】選B.熱力學第一定律和熱力學第二定律并不矛盾，對于機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化所具有的方向性也是存在的，故B正確.436.(2019·深圳高二檢測)以下說法正確的選項是()B.隨著高科技的開展，絕對零度是可以到達的44【解析】選C.內(nèi)能的改變有兩種方式：做功和熱傳遞.做功是不同形式的能之間的轉(zhuǎn)化，熱傳遞是同種形式能間的轉(zhuǎn)移，故它們的形式不同，C項正確；內(nèi)能是所有分子動能和勢能的總和，故A項錯誤；絕對零度是達不到的，故B項錯誤；在人為干預的情況下，過程可以向無序性減小的方向進行，故D項錯誤.457.如圖為電冰箱的工作原理示意圖.壓縮機工作時，強迫制冷劑在冰箱內(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)過冷凝器時制冷劑液化，放出熱量到箱體外.以下說法正確的選項是()46B.電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界，是因為其消耗了電能【解析】選B、C.熱力學第一定律適用于所有的熱學過程，C正確，D錯誤；由熱力學第二定律可知A錯誤，B正確.47【方法技巧】熱力學第二定律的解題關鍵(1)解決有關熱力學第二定律問題的關鍵是熟記兩種表述，并理解兩種表述的等效性.(2)抓住熱力學第二定律的實質(zhì)是自然界中所有涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性.(3)熱量可以從高溫物體傳到低溫物體，也可以從低溫物體傳到高溫物體，只不過前者能自發(fā)地進行，后者必須借助外界的幫助.(4)機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能要全部轉(zhuǎn)化為機械能的話，勢必會引起其他變化.488.(2019·三亞高二檢測)以下說法中正確的選項是()【解析】選C.熱力學第二定律反映的是所有與熱現(xiàn)象有關的宏觀過程都具有方向性，A、D錯；熱量不是不能從低溫物體傳給高溫物體，關鍵是看能否還產(chǎn)生其他影響，B錯；氣體的擴散過程具有方向性，C對.49二、非選擇題9.用兩種不同的金屬絲組成一個回路，接觸點1插在熱水中，接觸點2插在冷水中，如以下圖，電流計指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這就是溫差發(fā)電現(xiàn)象.這一實驗是否違反熱力學第二定律？熱水和冷水的溫度是否會發(fā)生變化？簡述這一過程中能的轉(zhuǎn)化情況.50【解析】溫差發(fā)電現(xiàn)象中產(chǎn)生了電能是因為熱水中的內(nèi)能減少，一局部轉(zhuǎn)化為電能，一局部傳遞給冷水，不違反熱力學第二定律.答案：不違反熱水溫度降低，冷水溫度升高一局部內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能5110.