物理10.4.熱力學第二定律人教選修33

1、4.熱力學第二定律,一、熱力學第二定律的一種表述 1熱傳導的方向性 (1)凡是實際的過程，只要涉及熱現(xiàn)象，都有特定的 性；這些過程可以自發(fā)地朝某個 進行，而相反的過程即使不違背能量守恒定律，它們也不會 地進行 (2)一切與熱現(xiàn)象有關的宏觀自然過程都是 的 2熱力學第二定律的一種表述 熱量不能 地從低溫物體傳到高溫物體這是熱力學第二定律的克勞修斯表述，闡述的是 的方向性,方向,方向,自發(fā),不可逆,自發(fā),傳熱,二、熱力學第二定律的另一種表述 1熱機 (1)熱機工作的兩個階段 第一個階段是 ，把燃料中的 變成工作物質(zhì)的內(nèi)能 第二個階段是工作物質(zhì)對外 ，把自己的內(nèi)能變成 (2)熱機的效率：熱機輸出的

2、與燃料產(chǎn)生的 的比值用公式表示為 .,燃燒燃料,化學能,做功,機械能,機械功,熱量,2開爾文表述：不可能從 吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響(即機械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化具有方向性),單一熱源,一、熱力學第二定律理解中的幾個問題 1單一熱庫：指溫度均勻并且恒定不變的系統(tǒng)若一系統(tǒng)各部分溫度不相同或者溫度不穩(wěn)定，則構(gòu)成機器的工作物質(zhì)可以在不同溫度的兩部分之間工作，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,2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

3、而對外做功，而是這樣做的結(jié)果，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，而是指不產(chǎn)生其他影響的自動熱傳遞是不可能的 3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，不論用任何曲折復雜的辦法都不可能加以消除,4兩種表述是等價的 如果克勞修斯表達不成立，則開爾文表述也不成立,5熱力學第二定律的實質(zhì) 熱力學第二定律的每一種描述，都揭示了大量分子參與宏觀過程的方向性，使人們認識到自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性,二、熱力學第一、第二定律的比較及兩類永動機的比較 1熱

4、力學第一定律與熱力學第二定律的比較,2.兩類永動機的比較,關于兩類永動機和熱力學的兩個定律，下列說法正確的是() A第二類永動機不可能制成是因為違反了熱力學第一定律 B第一類永動機不可能制成是因為違反了熱力學第二定律 C由熱力學第一定律可知做功不一定改變內(nèi)能，傳熱也不一定改變內(nèi)能，但同時做功和傳熱一定會改變內(nèi)能 D由熱力學第二定律可知熱量從低溫物體傳向高溫物體是可能的，從單一熱源吸收熱量，完全變成功也是可能的,解析： 答案：D 【反思總結(jié)】第一類永動機違反能量守恒定律，第二類永動機不違反能量守恒定律，但違反熱力學第二定律熱力學第一定律是能量守恒定律的一種具體形式，而熱力學第二定律反映的是熱現(xiàn)象

5、的方向性, 教材資料分析 思考與討論 地球上海水的總質(zhì)量達1.41021 kg.如果把這些海水的溫度降低1 ，放出的熱量就達91018 kWh，足夠全世界使用4 000年這個設想不違背能量守恒定律，但是不能實現(xiàn)，所以叫做第二類永動機前面學到的，違背能量守恒定律的永動機，叫做第一類永動機 學過熱力學第二定律之后，你能說出為什么不能制成第二類永動機嗎？,【點撥】雖然第二類永動機不違反能量守恒定律，大量的事實證明，在任何情況下熱機都不可能只有一個熱源，熱機要不斷地把吸取的熱量變?yōu)橛杏玫墓?，就不可避免地將一部分熱量傳給低溫熱源,根據(jù)熱力學第二定律分析，下列說法中正確的是() A熱量能夠從高溫物體傳到低

6、溫物體，但不能從低溫物體傳到高溫物體 B熱量能夠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 C機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但變化的內(nèi)能不可以全部轉(zhuǎn)化為機械能 D機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，變化的內(nèi)能也可以全部轉(zhuǎn)化為機械能,解析： 答案：BD,【反思總結(jié)】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；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，肯定會引起其他變化,【跟蹤發(fā)散】11：關于永動機和熱力學定律的討論，下列敘述正確的是() A第二類永動機違反能量守恒定律 B如果物體從外界吸收了熱量，則物體的內(nèi)能一定增加 C外界對

7、物體做功，則物體的內(nèi)能一定增加 D做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能，但從能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的觀點來看這兩種改變方式是有區(qū)別的,解析：第二類永動機違反熱力學第二定律，并不是違反能量守恒定律，故A錯據(jù)熱力學第二定律UQW知內(nèi)能的變化由做功W和熱傳遞Q兩個方面共同決定，只知道做功情況或只知道傳熱情況無法確定內(nèi)能的變化情況，故B、C項錯誤做功和熱傳遞都可改變物體內(nèi)能但做功是不同形式能的轉(zhuǎn)化，而熱傳遞是同種形式能間的轉(zhuǎn)移，這兩種方式是有區(qū)別的，故D正確 答案：D,如圖所示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

8、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)傳到冰箱外 B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 C電冰箱的工作原理不違反熱力學第一定律 D電冰箱的工作原理違反熱力學第一定律,解析：熱力學第一定律是熱現(xiàn)象中內(nèi)能與其他形式能的轉(zhuǎn)化規(guī)律，是能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的具體表現(xiàn)，適用于所有的熱學過程，故C正確，D錯誤；再根據(jù)熱力學第二定律，熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，必須借助于其他系統(tǒng)做功A錯誤，B正確，故選B、C. 答案：BC,【跟蹤發(fā)散】21：關于熱現(xiàn)象和熱學規(guī)律，下列說法中正確的是() A隨著低溫技術的發(fā)展，我們可以使溫度逐漸降低，并達到絕對零

9、度，最終實現(xiàn)熱機效率100% B熱量是不可能從低溫物體傳遞給高溫物體的 C第二類永動機遵守能量守恒定律故能制成 D用活塞壓縮汽缸里的空氣，對空氣做功2.0105 J，同時空氣向外界放出熱量1.5105 J，則空氣的內(nèi)能增加了0.5105 J,解析：絕對零度不可能達到，A錯誤；由熱力學第二定律知，B、C錯誤；由熱力學第一定律知，D正確 答案：D,1下列哪些物理過程具有方向性() A熱傳導過程 B機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程 C氣體的擴散過程 D氣體向真空中膨脹的過程 解析：一切與熱現(xiàn)象有關的自然現(xiàn)象都具有方向性，應選ABCD. 答案：ABCD,2關于熱傳導的方向性，下列說法正確的是() A熱量只能由高

10、溫物體傳給低溫物體 B熱量能自發(fā)地由低溫物體傳給高溫物體 C在一定條件下，熱量也可以從低溫物體傳給高溫物體 D熱量一定不可能從低溫物體傳給高溫物體 解析：在有外力做功情況下，熱量可以從低溫物體傳遞給高溫物體，而熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，故C選項正確 答案：C,3關于熱力學定律，下列說法正確的是() A在一定條件下物體的溫度可以降到0 K B物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功 C吸收了熱量的物體，其內(nèi)能一定增加 D壓縮氣體總能使氣體的溫度升高,解析：熱力學零度，即我們所說的273.15 ，這個溫度只能無限接近而不能達到，A錯；由熱力學第二定律知，物體不可能從單一熱源吸收熱量全部用

11、來做功而不引起其他變化，換句話說，在引起其他變化的情況下，物體可以從單一熱源吸收熱量全部用來做功，所以B正確；根據(jù)熱力學第一定律，UWQ知，改變物體內(nèi)能的方式是做功和熱傳遞，所以物體吸收了熱量或?qū)ξ矬w做功其內(nèi)能都不一定增加，故C、D錯 答案：B,4下列宏觀過程能用熱力學第二定律解釋的是() A大米和小米混合后小米能自發(fā)地填充到大米空隙中而經(jīng)過一段時間大米、小米不會自動分開 B將一滴紅墨水滴入一杯清水中，會均勻擴散到整杯水中，經(jīng)過一段時間，墨水和清水不會自動分開 C冬季的夜晚，放在室外的物體隨氣溫的降低，不會由內(nèi)能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為機械能而動起來 D隨著節(jié)能減排措施的不斷完善，最終也不會使汽車熱機的效

12、率達到100%,解析：熱力學第二定律反映的是與熱現(xiàn)象有關的宏觀過程的方向性的規(guī)律，A不屬于熱現(xiàn)象，A錯；由熱力學第二定律可知B、C、D正確 答案：BCD,5關于熱力學第一定律和熱力學第二定律，下列論述正確的是() 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 答案：BCD,6隨著世界經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源短缺問題

13、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)多次在世界各地發(fā)生，能源成為困擾世界經(jīng)濟發(fā)展的重大難題之一，下列有關能量轉(zhuǎn)化的說法中錯誤的是(),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 C滿足能量守恒定律的物理過程都能自發(fā)的進行 D外界對物體做功，物體的內(nèi)能必然增加,解析：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UWQ可知，W0，U不一定大于0，即內(nèi)能不一定增加，D錯 答案：BCD,7(2011大綱全國卷14)關于一定量的氣體，下列敘述正確的是() A氣體吸收的熱量可以完全轉(zhuǎn)化為功 B氣體體積增大時，其內(nèi)能一定減少 C氣體從外界吸收熱量，其內(nèi)能一定增加 D外界對氣體做功，氣體內(nèi)能可能減少,解析：由熱力學第二定律知，熱量可以完全轉(zhuǎn)化為功，但要引起其他變化，A選項對由熱力學第一定律UWQ知，改變物體內(nèi)能的兩種方式是做功和熱傳遞，B項只說明氣體對外做功，沒有考慮熱傳遞；C項只說明氣體從外界吸收熱量，沒有考慮做功情況，故B、C選項均錯，D選