2024-2025學(xué)年高中物理第十章熱力學(xué)定律第4節(jié)熱力學(xué)第二定律學(xué)案新人教版選修3-3

PAGE1-第4節(jié)熱力學(xué)其次定律1.了解熱傳遞、擴(kuò)散現(xiàn)象、機(jī)械能與內(nèi)能的轉(zhuǎn)化等都具有方向性．知道具有方向性的過(guò)程為不行逆的．2.了解熱力學(xué)其次定律的兩種表述，并能用熱力學(xué)其次定律說(shuō)明其次類(lèi)永動(dòng)機(jī)不能制造勝利的緣由．3.能用熱力學(xué)其次定律說(shuō)明自然界中的能量轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移及方向性問(wèn)題．4.嘗試運(yùn)用熱力學(xué)其次定律解決一些實(shí)際問(wèn)題．一、熱力學(xué)其次定律的一種表述1．熱傳導(dǎo)的方向性：一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過(guò)程都是不行逆的．2．克勞修斯表述：德國(guó)物理學(xué)家克勞修斯在1850年提出：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體．熱力學(xué)其次定律的克勞修斯表述，闡述的是傳熱的方向性．1．(1)一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過(guò)程都是不行逆的．()(2)熱量不會(huì)從低溫物體傳給高溫物體．()(3)由冰箱能自發(fā)地把熱量從低溫物體傳給高溫物體．()提示：(1)√(2)×(3)×二、熱力學(xué)其次定律的另一種表述1．熱機(jī)(1)熱機(jī)工作的兩個(gè)階段：第一個(gè)階段是燃燒燃料，把燃料中的化學(xué)能變成工作物質(zhì)的內(nèi)能．其次個(gè)階段是工作物質(zhì)對(duì)外做功，把自己的內(nèi)能變成機(jī)械能．(2)熱機(jī)的效率：熱機(jī)輸出的機(jī)械功W與燃料產(chǎn)生的熱量Q的比值．用公式表示為η＝eq\f(W,Q)．2．開(kāi)爾文表述：不行能從單一熱庫(kù)汲取熱量，使之完全變勝利，而不產(chǎn)生其他影響．(該表述闡述了機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性)3．熱力學(xué)其次定律的其他描述(1)一切宏觀自然過(guò)程的進(jìn)行都具有方向性．(2)氣體向真空的自由膨脹是不行逆的．(3)其次類(lèi)永動(dòng)機(jī)是不行能制成的．4．其次類(lèi)永動(dòng)機(jī)(1)定義：只從單一熱庫(kù)汲取熱量，使之完全變?yōu)楣Χ灰鹌渌兏臒釞C(jī)．(2)其次類(lèi)永動(dòng)機(jī)不行能制成的緣由：雖然其次類(lèi)永動(dòng)機(jī)不違反能量守恒定律，但大量的事實(shí)證明，在任何狀況下，熱機(jī)都不行能只有一個(gè)熱庫(kù)，熱機(jī)要不斷地把吸取的熱量變?yōu)橛杏玫墓?，就不行避開(kāi)地將一部分熱量傳給低溫?zé)釒?kù)．2．(1)可以從單一熱庫(kù)汲取熱量，使之完全變?yōu)楣Γ?)(2)其次類(lèi)永動(dòng)機(jī)違反了能量守恒定律．()(3)其次類(lèi)永動(dòng)機(jī)違反了熱力學(xué)其次定律．()提示：(1)√(2)×(3)√對(duì)熱力學(xué)其次定律的理解在熱力學(xué)其次定律的表述中，“自發(fā)地”“不行能”“不產(chǎn)生其他影響”的涵義1．“自發(fā)地”是指熱量從高溫物體“自發(fā)地”傳給低溫物體的方向性．在傳遞過(guò)程中不會(huì)對(duì)其他物體產(chǎn)生影響或不需借助其他物體供應(yīng)能量等．2．關(guān)于“不行能”：事實(shí)上熱機(jī)或制冷機(jī)系統(tǒng)循環(huán)終了時(shí)，除了從單一熱庫(kù)汲取熱量對(duì)外做功，以及熱量從低溫?zé)釒?kù)傳到高溫?zé)釒?kù)以外，過(guò)程所產(chǎn)生的其他一切影響，不論用任何曲折困難的方法都不行能加以消退．3．“不產(chǎn)生其他影響”的涵義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過(guò)程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對(duì)四周環(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響．如吸熱、放熱、做功等．下列說(shuō)法正確的是()A．機(jī)械能全部變成內(nèi)能是不行能的B．其次類(lèi)永動(dòng)機(jī)不行能制造勝利是因?yàn)槟芰考炔粫?huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消逝，只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或從一種形式轉(zhuǎn)化成另一種形式C．依據(jù)熱力學(xué)其次定律可知，熱量不行能從低溫物體傳到高溫物體D．從單一熱源汲取的熱量全部變勝利是可能的[解析]機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故A錯(cuò)；其次類(lèi)永動(dòng)機(jī)不行能制造勝利是因?yàn)樗`反了熱力學(xué)其次定律，故B錯(cuò)；熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，但假如不是自發(fā)地，是可以進(jìn)行的，故C錯(cuò)；從單一熱源汲取熱量全部用來(lái)做功而不引起其他變更，是不行能的，但假如是從單一熱源汲取熱量全部變?yōu)楣Φ耐瑫r(shí)也引起了其他的變更，是可能的，故D項(xiàng)對(duì)．[答案]Deq\a\vs4\al()對(duì)熱力學(xué)其次定律理解的兩個(gè)誤區(qū)(1)誤認(rèn)為熱量只能由高溫物體傳到低溫物體，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，也可以由低溫物體傳到高溫物體；但是，前者可以自發(fā)完成，而后者則必需有外界參加．(2)誤認(rèn)為機(jī)械能可以完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能不能完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能．機(jī)械能可以完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能也可以完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；但是，前者可以不產(chǎn)生其他影響，而后者肯定會(huì)產(chǎn)生其他影響．1.下列說(shuō)法正確的是()A．熱量不能由低溫物體傳遞到高溫物體B．外界對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能必定增加C．其次類(lèi)永動(dòng)機(jī)不行能制成，是因?yàn)檫`反了能量守恒定律D．不行能從單一熱庫(kù)汲取熱量，使之完全變勝利，而不產(chǎn)生其他影響解析：選D.依據(jù)熱力學(xué)其次定律，熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，但在外界幫助下，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，例如電冰箱制冷時(shí)，壓縮機(jī)工作，消耗了電能，同時(shí)熱量由冰箱內(nèi)的低溫物體傳遞到冰箱外的高溫物體，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤；外界對(duì)物體做功的同時(shí)，物體可能放熱，物體的內(nèi)能不肯定增加，所以選項(xiàng)B錯(cuò)誤；其次類(lèi)永動(dòng)機(jī)不行能制成，雖不違反能量守恒定律，但它違反了熱力學(xué)其次定律，因此它不行能制成，所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤；而D選項(xiàng)中的表述就是熱力學(xué)其次定律的一種表述形式，所以選項(xiàng)D正確．熱力學(xué)第肯定律與熱力學(xué)其次定律的比較1．兩個(gè)定律的區(qū)分：熱力學(xué)第肯定律是能量守恒定律在熱力學(xué)中的詳細(xì)表現(xiàn)形式，在轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，總的能量保持不變．熱力學(xué)其次定律是指在有限的時(shí)間和空間內(nèi)，一切和熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過(guò)程具有不行逆性．2．兩個(gè)定律的聯(lián)系：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(guò)程所遵循的規(guī)律．二者既相互獨(dú)立，又相互補(bǔ)充，都是熱力學(xué)的理論基礎(chǔ)．關(guān)于熱力學(xué)第肯定律和熱力學(xué)其次定律，下列論述正確的是()A．熱力學(xué)第肯定律指出內(nèi)能可以與其他形式的能相互轉(zhuǎn)化，而熱力學(xué)其次定律則指出內(nèi)能不行能完全轉(zhuǎn)化為其他形式的能，故這兩條定律是相互沖突的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，故兩條定律并不沖突C．兩條定律都是有關(guān)能量的轉(zhuǎn)化規(guī)律，它們不但不沖突，而且沒(méi)有本質(zhì)區(qū)分D．其實(shí)，能量守恒定律已經(jīng)包含了熱力學(xué)第肯定律和熱力學(xué)其次定律[解析]熱力學(xué)第肯定律揭示了內(nèi)能與其他形式能量之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，是能量守恒定律在熱力學(xué)中的詳細(xì)體現(xiàn)．熱力學(xué)其次定律則進(jìn)一步闡明白內(nèi)能與其他形式能量轉(zhuǎn)化時(shí)的方向性，二者表述的角度不同，本質(zhì)不同，相互補(bǔ)充，并不沖突，故C、D錯(cuò)誤，B正確．內(nèi)能在肯定條件下可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，熱量也可以由低溫物體傳遞到高溫物體，但是要引起其他變更，如電冰箱制冷機(jī)工作要消耗電能，故A錯(cuò)誤．[答案]B2.(多選)關(guān)于兩類(lèi)永動(dòng)機(jī)和熱力學(xué)兩大定律，下列說(shuō)法正確的是()A．熱力學(xué)第肯定律和熱力學(xué)其次定律是相互獨(dú)立的B．熱力學(xué)其次定律的兩種表述是等效的C．由熱力學(xué)第肯定律可知做功不肯定變更內(nèi)能，熱傳遞也不肯定變更內(nèi)能，但同時(shí)做功和熱傳遞肯定會(huì)變更內(nèi)能D．由熱力學(xué)其次定律可知熱量從低溫物體傳向高溫物體是可能的，從單一熱庫(kù)汲取熱量，完全變勝利也是可能的解析：選ABD．熱力學(xué)其次定律有幾種不同的表述形式，但它們是等效的，它與熱力學(xué)第肯定律是各自獨(dú)立的，故A、B正確．由熱力學(xué)第肯定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝W＋Q可以等于0，C錯(cuò)誤；由熱力學(xué)其次定律可知D中現(xiàn)象是可能的，但不引起其他變更是不行能的，D正確.[隨堂檢測(cè)]1．熱力學(xué)其次定律使人們相識(shí)到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程()A．都具有方向性 B．只是部分具有方向性C．沒(méi)有方向性 D．無(wú)法確定解析：選A．一切涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性．2．下列說(shuō)法正確的是()A．物體放出熱量，溫度肯定降低B．物體內(nèi)能增加，溫度肯定上升C．熱量能自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體D．熱量能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體解析：選D．熱量和內(nèi)能之間沒(méi)有必定的聯(lián)系，A錯(cuò)；內(nèi)能與宏觀的溫度和體積有關(guān)，所以B錯(cuò)；熱量能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，不能自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體，所以C錯(cuò)、D對(duì)．3．我們絕不會(huì)看到：一個(gè)放在水平地面上的物體，靠降低溫度，可以把內(nèi)能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，使這個(gè)物體運(yùn)動(dòng)起來(lái)，其緣由是()A．違反了能量守恒定律B．在任何條件下內(nèi)能不行能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，只有機(jī)械能才能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能C．機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過(guò)程具有方向性，內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能是有條件的D．以上說(shuō)法均不正確解析：選C．機(jī)械能和內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化，必需通過(guò)做功來(lái)實(shí)現(xiàn)．機(jī)械能可以自發(fā)地轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能不能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為機(jī)械能．4．(多選)依據(jù)熱力學(xué)其次定律，下列說(shuō)法正確的是()A．熱機(jī)中燃?xì)獾膬?nèi)能不行能全部變成機(jī)械能B．電流的能不行能全部轉(zhuǎn)變成內(nèi)能C．在火力發(fā)電機(jī)中，燃?xì)獾膬?nèi)能不行能全部轉(zhuǎn)變成電能D．在傳熱中，熱量不行能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體解析：選ACD．任何熱機(jī)效率都不行能是100%，故A正確；由電流熱效應(yīng)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(cuò)誤；火力發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí)，能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程為內(nèi)能→機(jī)械能→電能，因?yàn)閮?nèi)能→機(jī)械能的轉(zhuǎn)化過(guò)程中會(huì)對(duì)外放出熱量，故燃?xì)獾膬?nèi)能必定不能全部變?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(jìn)行，必需借助外界的幫助，故D正確．5．(多選)電冰箱能夠不斷地把熱量從溫度較低的冰箱內(nèi)部傳給溫度較高的外界空氣，這說(shuō)明白()A．熱量能自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體B．在肯定條件下，熱量可以從低溫物體傳給高溫物體C．熱量的傳遞過(guò)程不具有方向性D．在自發(fā)的條件下熱量的傳遞過(guò)程具有方向性解析：選BD.一