2015-2016学年高中物理 第三章 4 热力学第二定律课件 粤教版选修3-3

学案4热力学第二定律[学习目标定位]1.通过自然界中传热的方向性等实例，初步了解热力学第二定律，并能用热力学第二定律解释第二类永动机不能制成的原因.2.能运用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移以及宏观自然过程的方向性问题.3.了解热力学第二定律的微观实质.4.知道熵的概念．本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区1．温度是物体分子热运动的平均动能的标志．2．不同物质能够彼此进入对方的现象叫．3．能量既不会凭空，也不会凭空，它只能从一种形式为另一种形式，或者从一个物体到别的物体；在和转移过程中其总量不变，这就是能量守恒定律．扩散产生消失转化转移转化本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区4．热力学第二定律的两种表述(1)克劳修斯表述：热量不能地从物体传递到物体．或者说，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．(2)开尔文表述：不可能从吸收热量并把它全部用来，而不引起．4．热力学第二定律的微观实质是：与热现象有关的宏观过程，总是朝着分子热运动状态增加的方向进行．5．熵：描述物体的无序程度．物体内部分子热运动无序程度越高，物体的熵就.自动低温高温单一热源做功其他变化自发的无序性越大本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区一、热传导的方向性[问题设计]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？`答案不可逆本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区[要点提炼]热传导过程具有方向性：热量从高温物体向低温物体的热传导过程是能进行的；而其相反方向的进程是进行的，要使热量从低温物体传给高温物体，必须借助外界的作用．自发不能自发[延伸思考]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”？答案不能．“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．本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区二、机械能和内能转化过程的方向性[问题设计]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？答案不能本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区[要点提炼]1．机械能和内能的转化过程具有方向性，即机械能全部转化为内能的过程是可以自发进行的，而内能全部转化为机械能的过程，是不能自发进行的，要将内能全部转化为机械能，必然会引起其他影响．2．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，热机效率达到100%，这种想象中的热机称为第二类永动机．本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区(2)第二类永动机不可能制成虽然第二类永动机不违反能量守恒定律，但是大量的事实证明，在任何情况下，热机都不可能只有一个热源，热机要不断地把吸取的热量变为有用的功，就不可避免地将一部分热量传给低温热源．即任何热机的效率都不可能达到100%.本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区三、热力学第二定律[要点提炼]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．(阐述的是热传递的)(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．(阐述的是机械能与内能转化的)2．两种表述的等价性两种表述看上去似乎没有联系，然而实际上它们是的，即由其中一个可以推导出另一个．3．热力学第二定律的实质自然界中一切与热现象有关的宏观过程都具有．方向性方向性等价方向性本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区四、热力学第二定律的微观实质、熵[问题设计]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？答案自发过程总是向着无序性增加的方向进行．本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区[要点提炼]1．机械能和内能的转化过程的微观实质做功是与分子群体的运动联系在一起的，内能是和分子的运动联系在一起的，机械能转化为内能的过程，从微观上来说，是大量分子的有序运动朝无序运动的方向转换的过程；其相反方向的过程是大量分子从无序运动朝有序运动方向转换的过程．2．热传导过程的微观实质热量由高温物体传递给低温物体，从微观上看，是分子按动能大小有序分布的状态消失了，所有分子处于相同的无序运动状态；其相反过程是分子按动能大小有序分布向分子按动能大小更加有序分布的状态转化．有序无序本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区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．4．熵(1)含义：“有序”和“无序”是相对而言的，是从有序程度上讲的，熵是宏观态的量度，熵越高越，熵越低越．(2)熵增加原理：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减少．这就是熵增加原理，也是热力学第二定律的另一种表述．无序程度无序有序本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区例1(单选)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．热传导是有方向性的D．气体向真空自由膨胀的过程是有方向性的B解析如果是自发的过程，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，选项A、C对，B错；气体向真空自由膨胀的过程也是不可逆的，具有方向性，选项D对．本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区例2(单选)如图1中汽缸内盛有一定质量的理想气体，汽缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与汽缸壁的接触是光滑的，但不漏气，现将活塞杆缓慢向右移动，这样气体将等温膨胀并通过杆对外做功．若已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法正确的是()图1A．气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，此过程违反热力学第二定律B．气体是从单一热源吸热，但并未全部用来对外做功，此过程不违反热力学第二定律本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区C．气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，此过程不违反热力学第二定律D．以上三种说法都不对解析由于汽缸壁是导热的，外界温度不变，活塞杆与外界连接并使其缓慢地向右移动过程中，有足够时间进行热交换，所以汽缸内的气体温度也不变，要保持其内能不变，该过程气体是从单一热源即外部环境吸收热量，即全部用来对外做功才能保证内能不变，但此过程不违反热力学第二定律．此过程由外力对活塞做功来维持，如果没有外力对活塞做功，此过程不可能发生．答案C本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区例3(双选)第二类永动机不可能制成是因为()A．违背了能量守恒定律B．违背了热力学第二定律C．机械能不能全部转变为内能D．内能不可能全部转化为机械能，而不引起其他变化BD本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区例4(单选)下列关于熵的说法中错误的是()A．熵是系统内分子运动无序性的量度B．在自然过程中一个孤立系统的熵总是增加或不变的C．熵越小代表越无序D．熵值越大代表着越无序C本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区1．(双选)下列说法中正确的是()A．一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性B．一切不违反能量守恒定律的物理过程都是可能实现的C．由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行D．一切物理过程都不可能自发地进行AC解析热力学第二定律指出了热现象的方向性，而同时也指出了发生这些单一方向的过程的条件——自发，这也就说明了这些过程中的一些，其逆过程在某些条件下是可以发生的，但也有的是不可能发生的．本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区2．(单选)如图2所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片．轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动．离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动．下列说法正确的是()图2A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区解析轻推转轮后，叶片开始转动，由能量守恒定律可知，叶片在热水中吸收的热量一部分释放到空气中，另一部分使叶片在热水中膨胀做功，所以叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量，D正确．答案D本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区3．(单选)关于热现象和热学规律，下列说法中正确的是()A．随着低温技术的发展，我们可以使温度逐渐降低，并最终达到绝对零度B．热量是不可能从低温物体传递给高温物体的C．第二类永动机遵从能量守恒定律，故能制成D．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功2.0×105J，同时空气向外界放出热量1.5×105J，则空气的内能增加了0.5×105JD解析由热力学第二定律知B、C错误；绝对零度不可达到，A错误；由热力学第一定律知D正确．本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区4．(双选)关于熵，下列说法中正确的是()A．熵值越大，意味着系统越“混乱”和“分散”，无序程度越高B．熵值越小，意味着系统越“混乱”和“分散”，无序程度越高C．熵值越大，意味着系统越“整齐”和“集中”，也就是越有序D．熵值越小，意味着系统越“整齐”和“集中”，也就是越有序AD本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区自我·检测区