2019-2020学年高中物理 第10章 热力学定律 4 热力学第二定律课件 新人教版选修3-3

4热力学第二定律在热传递中我们知道两个相互接触的物体，如果它们的温度不同，热量就会自发地从高温物体传到低温物体，而不是相反．有关热现象的方向问题是热学的重要内容，下面就让我们一起探讨这个问题．一、热力学第二定律的一种表述1．一切宏观热现象的自发过程都具有方向性．如热量从________物体自发传递到________物体的特征，而要实现其逆过程．则一定会产生________．【答案】高温低温其他影响2．热力学第二定律的克劳修斯表述是________不能自发地从________传到________．【答案】热量低温物体高温物体二、热力学第二定律的另一种表述1．热机(1)热机工作的两个阶段第一个阶段是________，把燃料中的________变成工作物质的内能．第二个阶段是工作物质对外________，把自己的内能变成________．(2)热机的效率：热机输出的________与燃料产生的________的比值．用公式表示为________．2．开尔文表述：不可能从________吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响．(即机械能与内能转化具有方向性)【答案】单一热库【答案】(1)燃烧燃料化学能做功机械能(2)机械功热量η＝WQ1．热传导具有方向性：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，而产生其他影响或引起其他变化．热传导的方向性(自然过程的方向性)2．气体的扩散现象具有方向性：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，绝不会自发地分开，成为两种不同的气体．3．机械能和内能的转化过程具有方向性：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．4．气体向真空膨胀具有方向性：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．5．自然过程的方向性：在整个自然界中，无论有生命的还是无生命的，所有的宏观自发过程都具有单向性，都有一定的方向性，都是一种不可逆过程．如河水向下流，重物向下落，山岳被侵蚀，房屋衰朽倒塌，人的一生从婴儿到老年到死亡等．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【答案】B【解析】如果是自发的过程，热量只能从高温物体传向低温物体，但这并不是说热量不能从低温物体传向高温物体，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；气体向真空中膨胀的过程是不可逆的，具有方向性的．1．单一热库指温度均匀并且恒定不变的系统．若一系统各部分温度不相同或者温度不稳定，则构成机器的工作物质可以在不同温度的两部分之间工作，从而可以对外做功．据报道，有些国家已在研究利用海水上下温度不同来发电．热力学第二定律理解中的几个关键问题2．其他影响指除了从单一热库吸收的热量，以及所做的功以外的其他一切影响；或者除了从低温物体吸收热量、高温物体得到相同的热量外，其他一切影响和变化．不是不能从单一热库吸收热量而对外做功，而是这样做的结果，一定伴随着其他变化或影响．同样，也不是热量不能从低温物体传到高温物体，而是指不产生其他影响的自动热传递是不可能的．3．关于“不可能”实际上热机或制冷机系统循环终了时，除了从单一热库吸收热量对外做功，以及热量从低温热库传到高温热库以外，过程所产生的其他一切影响，不论用任何曲折复杂的办法都不可能加以消除．4．适用条件只能适用于由很大数目分子所构成的系统及有限范围内的宏观过程．而不适用于少量的微观体系，也不能把它扩展到无限的宇宙．2．(2019启东名校期中)对热力学第二定律，下列理解正确的是()A．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功，而不产生其他影响B．自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性C．热量不可能由低温物体传递到高温物体D．第二类永动机违背了能量守恒定律，因此不可能制成【答案】B解析：热力学第二定律可以表示为：不可能制成一种循环动作的热机，从单一热源取热，使之完全变为功而不引起其他变化．这句话强调的是不可能“不产生其他变化”；即在引起其他变化时是可能的，故A错误．根据热力学第二定律可知，自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，故B正确．热量不能自发地由低温物体传递到高温物体，但在引起外界一定变化的情况下，热量可以由低温物体传到高温物体，故C错误．第二类永动机并不违背能量守恒定律，但其违背了热力学第二定律，因此不可能制成，故D错误．1．热力学第二定律与热力学第一定律的比较热力学第一、第二定律的比较及两类永动机的区别比较热力学第一定律热力学第二定律区别热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的表现，否定了创造能量和消灭能量的可能性，从而否定了第一类永动机热力学第二定律是关于在有限空间和时间内，一切和热现象有关的物理过程、化学过程具有不可逆性的经验总结，从而否定了第二类永动机联系两定律都是热力学基本定律，分别从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律，二者相互独立，又相互补充，都是热力学的理论基础2.两类永动机的比较分类第一类永动机第二类永动机设计要求不消耗任何能量，可以不断做功(或只给予很小的能量启动后，可以永远运动下去)将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化(或只有一个热源，实现内能与机械能的转化)不可能的原因违背了能的转化与守恒定律违背了热力学第二定律3．关于两类永动机和热力学两个规律，下列说法正确的是()A．第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律B．第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律C．由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能D．由热力学第二定律可知热从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的【答案】D【解析】第一类永动机违反热力学第一定律，第二类永动机违反热力学第二定律，A、B错；由热力学第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝W＋Q可以等于0，C错；由热力学第二定律可知D中现象是可能的，只是一定会引起其他变化，D正确．例1根据热力学第二定律可知，下列说法中正确的是()A．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B．没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机是可以实现的对热力学第二定律的理解与辨析C．制冷系统将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气中，而不引起其他变化D．不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化解析：热力学第二定律揭示了与热现象有关的物理过程的方向性，机械能和内能的转化过程具有方向性，机械能可以全部转化为内能，而内能要转化为机械能必须借助外部的帮助，即会引起其他变化，A选项正确，B选项错误；热传递过程也具有方向性，热量能自发地从高温物体传给低温物体，但是热量要从低温物体传到高温物体，必然要引起其他变化(外界对系统做功)，故C选项错误，D选项正确．答案：AD反思领悟：(1)一切物理过程均遵守能量转化与守恒定律，但遵守能量守恒的物理过程不一定均能实现．(2)热力学第二定律的关键在于“自发性”和“方向性”．1．(2019南岔名校期中)关于热力学第二定律，下列表述正确的是()A．不可能使热量从低温物体传递到高温物体B．不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功C．第二类永动机是不可能制成的D．热力学第二定律是热力学第一定律的推论【答案】C解析：不可能自发把热量从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，但在引起其他方面的影响时，可以使热量从低温物体传到高温物体，故A错误．不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，如果在产生其他影响的情况下，是可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功，故B错误．根据热力学第二定律可知，第二类永动机是不可能制成的，故C正确．热力学第一定律的本质是物体内能改变；而热力学第二定律与热运动的方向性有关，二者的本质不同，故D错误．例2第二类永动机不可能制成的原因是()A．违背了能量守恒定律B．热量总是从高温物体传递到低温物体C．机械能不能全部转化为内能D．内能不能全部转化为机械能而不引起其他变化解析：第二类永动机的设想并不违背能量守恒定律，但是违背了热力学第二定律，所以不可能制成．答案：D有关第二类永动机的问题反思领悟：凡是与热现象有关的宏观过程都具有方向性，机械能可全部转化成内能，而内能不能全部转化成机械能，而不引起其他变化．2．我们绝不会看到：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度可以把内能自发地转化为机械能，使这个物体运动起来，其原因是()A．违反了能量守恒定律B．在任何条件下热能都不可能转化成机械能，只有机械能才能转化成热能C．机械能和内能的转化过程具有方向性，内能转化成机械能是有条件的D．以上说法均不正确【答案】C【解析】热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与的宏观过程的不可逆性，使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性．