2015-2016高中物理 第3章 第4节 热力学第二定律课件 粤教版选修3-3

第四节热力学第二定律考点一热力学第二定律目标篇预习篇考点篇栏目链接1．两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，结果使高温物体的温度降低，低温物体的温度升高，这一过程可逆吗？提示：不可逆．2．热传导的方向性能否简单理解为“热量不会从低温物体传给高温物体”？提示：不能．“自发地”是指没有第三者影响，例如空调、冰箱等制冷机就是把热量从低温物体传到了高温物体，但是却产生了影响．3．在水平地面上运动的物体，由于克服摩擦力做功，最后停下来．物体的机械能全部转化为内能，使物体和地面温度升高．能不能通过降低物体和地面的温度，使物体重新运动起来呢？提示：不能．目标篇预习篇考点篇栏目链接1．热力学第二定律的概念反映自然界过程进行方向和条件的定律．2．自然过程的方向性(1)热传导：两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，而低温物体不可能自发地将热量传给高温物体，要实现低温物体向高温物体传递热量，必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起其他变化．目标篇预习篇考点篇栏目链接(2)机械能和内能的转化过程：物体在水平面上运动，因摩擦而逐渐停止下来，但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后，在地面上重新运动起来．要想将内能全部转化为机械能，必然会引起其他影响．(3)气体的扩散现象：两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为均匀的混合气体，但这种均匀的混合气体，决不会自发地分开，成为两种不同的气体，除非使用物理或化学手段，但这必然要引起其他的变化．(4)气体向真空的膨胀：气体可自发地向真空容器内膨胀，但绝不可能出现气体自发地从容器中流出，使容器内变为真空．若借助于抽气机就能实现，但要引起其他变化．(5)在整个自然界中，无论是有生命的还是无生命的，所有的宏观自发过程都有方向性，都是一种不可逆过程．3．第二类永动机(1)定义：从单一热源吸热全部用来做功，而不引起其他变化，把它得到的内能全部转化为机械能，热机效率达100%.这种想象中的热机称为第二类永动机．(2)第二类永动机不可能制成的原因．尽管这类永动机不违反热力学第一定律，也不违反能量守恒定律，但由于内能全部转化为机械能不能自发地进行，所以由单一热源吸热把内能全部转化为机械能而不引起其他变化的这类永动机是不可能造成的．4．热力学第二定律(1)两种表述：①克劳修斯表述：热量不能自动地从低温物体传递到高温物体，或表述为，不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化．即热传导的过程具有方向性．②开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化．即机械能与内能的转化具有方向性．(2)对热力学第二定律的理解：①热力学第二定律的实质．揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性．如机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能而不引起其他变化，进一步揭示了各种物质运动形式的转化过程都具有方向性．告诫人们：第二类永动机不可能制成．热力学第二定律有多种表述形式．②定律中几个关键词的理解．“自发地”是指热量从高温物体“自发地”传给低温物体的方向性．在传递过程中不会对其他物体产生影响或借助其他物体提供能量等．“不引起其他变化”的含义是使热量从低温物体传递到高温物体或从单一热源吸收热量全部用来做功，不须通过第三者的帮助．这里的帮助是指提供能量等方式．“不可能”既包括从单一热源吸收热量全部用来对外做功、热量从低温热源传到高温热源，也包括过程产生的其他变化，即不论用任何手段都不可能消除其他变化．目标篇预习篇考点篇栏目链接例1下列说法不正确的是()A．热量能自发地从高温物体传给低温物体B．热量不能从低温物体传到高温物体C．热传递是有方向性的D．气体向真空中膨胀的过程是有方向性的解析：如果是自发地进行，热量只能从高温物体传到低温物体，但这并不是说热量不能从低温物体传到高温物体，只是不能自发地进行，在外界条件的帮助下，热量也能从低温物体传到高温物体，A、C对，B错；气体向真空中膨胀的过程也是不可逆，具有方向性的，D对．答案：B方法总结：两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，使高温物体的温度降低，低温物体的温度升高，这个过程是自发进行的，不需要任何外界的影响或者帮助，有时我们也能实现热量从低温物体传给高温物体，如电冰箱，但这不是自发地进行的，需要消耗电能，其实自然界中所有的热现象都是具有单向性的．►课堂训练1．下列哪个过程具有方向性(D)①热传导过程②机械能向内能的转化过程③气体的扩散过程④气体向真空中的膨胀A．①②B．②③C．①②③D．①②③④解析：这四个过程都是与热现象有关的宏观过程，根据热力学第二定律可知，它们都是不可逆的，具有方向性．考点二热力学第二定律的微观实质熵固体自发地熔化为液体，固体结晶要比液体整齐有序；液体自发地蒸发为气体，液体分子的分布比气体分子要集中有序．两种不同气体相互扩散，由有序变为无序，这些现象都说明了什么问题？提示：自发过程总是向着无序性增加的方向进行．目标篇预习篇考点篇栏目链接1．热力学第二定律的微观理解(1)有序和无序：确定某种规则后，符合这个规则的就是有序的，不符合这个规则和要求的分布就是无序的，无序意味着各处都一样、平均、没有差别；而有序则正好相反，有序和无序是相对的．(2)热力学第二定律的微观解释：①系统的热力学过程就是大量分子无序运动状态的变化．从微观上看，在通过做功使系统内能增加的过程中，自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程，但其逆过程却不能自发地进行，即不可能由大量分子无规则的热运动自发转变为有序运动．②高温物体和低温物体中的分子都在做无规则的热运动，但是高温物体中分子热运动的平均速率要大于低温物体．所以在高温物体分子与低温物体分子的碰撞过程中，低温物体分子运动的剧烈程度会逐渐加剧，即低温物体的温度升高了．而高温物体分子运动的剧烈程度会减缓，即高温物体的温度降低了．所以从宏观热现象角度来看，热传导具有方向性，达到热平衡后，物体内部分子热运动剧烈程度趋向一致，原来那种分子按动能大小有序分布的状态变为所有分子相同的无序状态，因此，系统的无序性增加了．(3)热力学第二定律的微观实质：与热现象有关的自发的宏观过程，总是朝着分子热运动状态无序性增加的方向进行的．2．熵(1)熵的物理意义：熵是反映系统无序程度的物理量，正如温度反映物体内分子平均动能大小一样．系统越混乱，无序程度越大，就称这个系统的熵越大．(2)热力学系统中熵的变化：系统自发变化时，总是向着无序程度增加的方向发展，至少无序程度不会减少．从熵的意义上来说，系统自发变化时，总是向着熵增加的方向进行，不会使熵减小．例2(多选)关于热力学第二定律的微观意义，下列说法正确的是()A．大量分子无规则的热运动能够自动转变为有序运动B．热传递的自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程C．热传递的自然过程是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程D．一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行解析：分子热运动是大量分子的无规则运动，系统的一个宏观过程包含着大量的微观状态，这是一个无序的运动，根据熵增加原理，热运动的结果只能使分子热运动更加无序，而不是变成了有序，热传递的自然过程从微观上讲就是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程，故选C、D.答案：CD方法总结：解此类题目要理解好有序和无序，确定某种规则，符合这个规则的就是有序的，不符合确定的规则和要求的分布是无序的．无序意味着各处平均没有差别；而有序则相反，是按照某种规则排列的，有序与无序是相对的．►课堂训练2．(多选)关于孤立体系中发生的实际过程，下列说法中正确的是(AC)A．系统的总熵只能增大，不可能减小B．系统的总熵可能增大，可能不变，还可能减小C．系统逐渐从比较有序的状态向更无序的状态发展D．系统逐渐从比较无序的状态向更加有序的状态发展解析：在孤立体系中发生的实际过程，其系统的总熵总是增加的，它不可能减小，故A正确、B错误．根据熵增加原理，该系统只能是从比较有序的状态向更无序的状态发展，故C正确、D错误．