物理粵教版選修3-3學(xué)案第三章第四節(jié)熱力學(xué)第二定律Word版含答案

第四節(jié)熱力學(xué)第二定律1.了解熱現(xiàn)象中宏觀自然過程的方向性．2.理解熱力學(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)．3．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．4.了解熵是反映系統(tǒng)無序程度的物理量．一、熱傳導(dǎo)的方向性1．兩個(gè)溫度不同的物體互相接觸時(shí)，熱量會(huì)自發(fā)地從___________高溫物體傳給___________低溫物體，但不會(huì)自發(fā)地從___________低溫物體傳給___________高溫物體．這說明：熱傳導(dǎo)過程是有___________方向性的．2．熱力學(xué)第二定律是一條反映自然界過程進(jìn)行___________方向和___________條件的規(guī)律．1．自然界中除熱傳遞之外是否還有其他過程具有方向性？提示：有．例如破鏡不能自動(dòng)地重圓；一滴墨水滴入一杯清水中，墨水?dāng)U散均勻之后，不可能再自動(dòng)地聚集成一滴墨水．二、機(jī)械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向性1．機(jī)械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程具有___________方向性，即機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程是可以___________自發(fā)進(jìn)行的，內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過程，是不能___________自發(fā)進(jìn)行的，要將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，必然會(huì)引起其他影響．2．第二類永動(dòng)機(jī)(1)定義：從___________單一熱源吸熱全部用來___________做功，而不引起其他變化的熱機(jī)．(2)第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成．原因是它違背了熱力學(xué)第二定律．2．第一類永動(dòng)機(jī)和第二類永動(dòng)機(jī)有何不同？提示：第一類永動(dòng)機(jī)是違背能量守恒定律的機(jī)器，因此不可能制成．第二類永動(dòng)機(jī)是違背了能量轉(zhuǎn)化的方向性，因此也不可能制成．三、熱力學(xué)第二定律1．第一種表述(克勞修斯表述)：熱量不能___________自動(dòng)地從低溫物體傳遞到高溫物體．或者說，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．(按照熱傳導(dǎo)的方向性來表述)．2．第二種表述(開爾文表述)：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．(按照機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向性來表述)熱力學(xué)第二定律的這兩種表述是等價(jià)的．熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性．3．“水往低處流”是一個(gè)自發(fā)過程，在無外界影響時(shí)，它的逆過程可否實(shí)現(xiàn)？你由這一自然現(xiàn)象受到什么啟發(fā)？提示：不能實(shí)現(xiàn)．自然界中出現(xiàn)的自發(fā)過程一般都是不可逆的.四、熱力學(xué)第二定律的微觀實(shí)質(zhì)1．做功是與分子群體的___________有序運(yùn)動(dòng)聯(lián)系在一起的，內(nèi)能是和分子的___________無序運(yùn)動(dòng)聯(lián)系在一起的．機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程，從微觀上來說，是大量分子的___________有序運(yùn)動(dòng)朝___________無序運(yùn)動(dòng)的方向轉(zhuǎn)換的過程，其相反方向的過程是大量分子從___________無序運(yùn)動(dòng)朝___________有序運(yùn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)換的過程．2．熱傳導(dǎo)過程是使物體內(nèi)部分子的熱運(yùn)動(dòng)由比較___________有序的狀態(tài)向___________無序的狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程．3．熱力學(xué)第二定律的微觀實(shí)質(zhì)：與熱現(xiàn)象有關(guān)的自發(fā)的宏觀過程，總是朝著分子熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)___________無序性增加的方向進(jìn)行的．五、熵意義：描述物體的無序程度，物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)無序程度越高，物體的熵就越大．4．隨著科技的不斷發(fā)展，假如能夠使熱機(jī)沒有漏氣沒有摩擦也沒有機(jī)體熱量損失，是不是能夠使熱機(jī)效率達(dá)100%?提示：不能，原因是熱機(jī)的工作物質(zhì)吸收的熱量不能全部用來做功，如汽車尾氣會(huì)帶走一部分熱量．對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解1．克勞修斯表述指明熱傳遞等熱力學(xué)宏觀現(xiàn)象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助，其物理本質(zhì)是揭示了熱傳遞過程是不可逆的．2．開爾文表述中的“單一熱源”指溫度恒定且均勻的熱源．“不引起其他變化”是指唯一效果是熱量全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣Χ饨缂跋到y(tǒng)都不發(fā)生任何變化．其物理實(shí)質(zhì)揭示了熱變功過程是不逆的．3．熱力學(xué)第二定律的每一種表述都揭示了大量分子參與的宏觀過程的方向性，進(jìn)而使人們認(rèn)識(shí)到自然界中一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性，都是不可逆的．(1)在可以引起其他影響的情況下，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，如空調(diào)、冰箱等．(2)分析熱力學(xué)第二定律的應(yīng)用問題時(shí)都不能忽視“自發(fā)性”和“不引起其他變化”的物理意義．(多選)根據(jù)熱力學(xué)第二定律，下列說法正確的是()A．電流的電能不可能全部變成內(nèi)能B．不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體C．在熱機(jī)中，燃?xì)獾膬?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物體[思路點(diǎn)撥]熱力學(xué)第二定律反映了與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程的方向性問題，理解熱傳導(dǎo)的方向性和能量轉(zhuǎn)化的方向性，就可以解決問題．[解析]電能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，如純電阻電路，而燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故A錯(cuò)誤，C正確．根據(jù)熱力學(xué)第二定律關(guān)于熱傳導(dǎo)的描述，B錯(cuò)誤、D正確．[答案]CD1.(多選)關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說法正確的是()A．氣體吸熱后溫度一定升高B．對(duì)氣體做功可以改變其內(nèi)能C．理想氣體等壓膨脹過程一定放熱D．熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體E．如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，那么這兩個(gè)系統(tǒng)彼此之間也必定達(dá)到熱平衡解析：選BDE.根據(jù)熱力學(xué)第一定律，氣體吸熱的同時(shí)若對(duì)外做功，則內(nèi)能不一定增大，溫度不一定升高，選項(xiàng)A錯(cuò)誤．對(duì)氣體做功可以改變其內(nèi)能，選項(xiàng)B正確．理想氣體等壓膨脹過程，對(duì)外做功，由理想氣體狀態(tài)方程可知，氣體溫度升高，內(nèi)能增大，故氣體一定吸熱，選項(xiàng)C錯(cuò)誤．根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，選項(xiàng)D正確．根據(jù)熱平衡定律，如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，那么這兩個(gè)系統(tǒng)彼此之間也必定達(dá)到熱平衡，選項(xiàng)E正確．對(duì)熱力學(xué)第二定律的微觀解釋1．有序和無序有序：只要確定了某種規(guī)則，符合這個(gè)規(guī)則的就叫做有序．無序：不符合某種確定規(guī)則的稱為無序.無序意味著各處都一樣，平均、沒有差別，有序則相反．有序和無序是相對(duì)的．2．宏觀態(tài)和微觀態(tài)宏觀態(tài)：符合某種規(guī)定、規(guī)則的狀態(tài)，叫做熱力學(xué)系統(tǒng)的宏觀態(tài)．微觀態(tài)：在宏觀狀態(tài)下，符合另外的規(guī)定、規(guī)則的狀態(tài)叫做這個(gè)宏觀態(tài)的微觀態(tài)．系統(tǒng)的宏觀態(tài)所對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)的多少表現(xiàn)為宏觀態(tài)無序程度的大小．如果一個(gè)“宏觀態(tài)”對(duì)應(yīng)的“微觀態(tài)”比較多，就說這個(gè)“宏觀態(tài)”是比較無序的，同時(shí)也決定了宏觀過程的方向性——從有序到無序．3．熱力學(xué)第二定律的微觀意義：一切自然過程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無序性增大的方向進(jìn)行．4．熵一個(gè)系統(tǒng)的熵是隨著系統(tǒng)狀態(tài)的變化而變化的．在自然過程中，系統(tǒng)的熵是增加的．在絕熱過程或孤立系統(tǒng)中，熵是增加的，叫做熵增加原理．對(duì)于其他情況，系統(tǒng)的熵可能增加，也可能減小．從微觀的角度看，熱力學(xué)第二定律是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律：一個(gè)孤立系統(tǒng)總是從熵小的狀態(tài)向熵大的狀態(tài)發(fā)展，而熵值較大代表著較為無序，所以自發(fā)的宏觀過程總是向無序程度更大的方向發(fā)展．關(guān)于熱力學(xué)第二定律的微觀意義，下列說法正確的是()A．大量分子無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)能夠自動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蜻\(yùn)動(dòng)B．傳熱的自然過程是大量分子從有序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向無序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程C．傳熱的自然過程是大量分子從無序程度小的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向無序程度大的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程D．一切自然過程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)無序性減小的方向進(jìn)行[解析]分子熱運(yùn)動(dòng)是大量分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)的一個(gè)宏觀過程包含著大量的微觀狀態(tài)，這是一個(gè)無序的運(yùn)動(dòng)，根據(jù)熵增加原理，熱運(yùn)動(dòng)的結(jié)果只能使分子熱運(yùn)動(dòng)更加無序，而不是變成了有序，傳熱的自然過程從微觀上講就是大量分子從無序程度小的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向無序程度大的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程，故選C.[答案]Ceq\a\vs4\al()一切自然過程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)無序性增大的方向進(jìn)行．2.(多選)下列關(guān)于熱力學(xué)第二定律微觀意義的說法正確的是()A．從微觀的角度看，熱力學(xué)第二定律是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律B．少數(shù)分子也遵守?zé)崃W(xué)第二定律C．有的自然過程沿著分子熱運(yùn)動(dòng)無序性增大的方向進(jìn)行，有的自然過程沿著分子熱運(yùn)動(dòng)無序性減小的方向進(jìn)行D．在任何自然過程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)減小解析：選AD.從熱力學(xué)第二定律的微觀本質(zhì)看，一切不可逆過程總是沿著大量分子熱運(yùn)動(dòng)無序程度增大的方向進(jìn)行，我們知道熱力學(xué)第二定律是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，A正確．任何自然過程總是朝著無序程度增大的方向進(jìn)行，也就是熵增加的方向進(jìn)行，則D正確．所以選AD.熱力學(xué)第一定律和第二定律的比較關(guān)于熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律，下列論述正確的是()A．熱力學(xué)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(xué)第二定律則指出內(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)能可以全部轉(zhuǎn)化為其他形式的能，只是會(huì)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(guān)能量轉(zhuǎn)化的規(guī)律，它們不但不矛盾，而且沒有本質(zhì)的區(qū)別D．其實(shí)，能量守恒定律已包含了熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律[解析]熱力學(xué)第一定律是能量守恒在熱現(xiàn)象中的體現(xiàn)，而熱力學(xué)第二定律則指出內(nèi)能和其他形式能發(fā)生轉(zhuǎn)化的方向性，兩者并不矛盾，故A、C、D錯(cuò)誤，B正確．[答案]Beq\a\vs4\al()(1)熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在熱學(xué)中的一種表述形式，是從能的角度揭示不同物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式相互轉(zhuǎn)化的可能性．告誡人們：第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成．(2)熱力學(xué)第二定律揭示了大量分子參與的宏觀過程的方向性．如機(jī)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(jī)械能而不引起其他變化，進(jìn)一步揭示了各種物質(zhì)過程及其運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)化過程都具有方向性．告誡人們：第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成．(3)兩定律都是熱力學(xué)基本定律，分別從不同角度揭示了與熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程所遵循的規(guī)律，二者相互獨(dú)立，又相互補(bǔ)充，都是熱力學(xué)的理論基礎(chǔ)．3.(多選)關(guān)于兩類永動(dòng)機(jī)和熱力學(xué)兩大定律，下列說法正確的是()A．熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律是相互獨(dú)立的B．熱力學(xué)第二定律的兩種表述是等效的C．由熱力學(xué)第一定律可知做