高中物理《熱力學(xué)第二定律》 課件（人教版選修3-3）

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歡迎進(jìn)入物理課堂 第四節(jié)熱力學(xué)第二定律 核心要點(diǎn)突破 課堂互動(dòng)講練 知能優(yōu)化訓(xùn)練 第四節(jié) 課前自主學(xué)案 課標(biāo)定位 課標(biāo)定位 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 知道任何有關(guān)熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性 2 知道熱力學(xué)第二定律并能解釋自然界中的能量變化 轉(zhuǎn)移及方向性問(wèn)題 3 知道什么是第二類(lèi)永動(dòng)機(jī) 為什么第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成 重點(diǎn)難點(diǎn) 1 理解傳熱的方向性及任何熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都是不可逆的 2 運(yùn)用熱力學(xué)第二定律解決一些實(shí)際問(wèn)題 課前自主學(xué)案 一 傳熱的方向性1 溫度不同的兩個(gè)物體接觸時(shí) 熱量會(huì)自發(fā)地從 物體傳給 物體 但不會(huì)自發(fā)地從 物體傳給 物體 這說(shuō)明 傳熱過(guò)程具有 2 一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過(guò)程都是 的 二 熱力學(xué)第二定律的兩種表述1 克勞修斯表述 高溫 低溫 低溫 高溫 方向性 不可逆 熱量不能自發(fā)地從 物體傳到 物體 揭示 的方向性 2 開(kāi)爾文表述不可能從 吸收熱量 使之完全變成 而不產(chǎn)生其他 揭示了機(jī)械能與 能轉(zhuǎn)化的方向性 3 熱力學(xué)第二定律的其他描述 低溫 高溫 傳熱 單一熱庫(kù) 功 影響 內(nèi) 1 一切宏觀自然過(guò)程的進(jìn)行都具有 2 氣體向真空的自由膨脹是 的 三 第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可制成第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成 表示盡管機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 但內(nèi)能卻 轉(zhuǎn)化成機(jī)械能而不引起其他變化 方向性 不可逆 不能全部 核心要點(diǎn)突破 一 對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解1 在熱力學(xué)第二定律的表述中 自發(fā) 不引起其他影響 的涵義 1 自發(fā) 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)生影響或借助其他物體提供能量等的幫助 2 不引起其他變化 的涵義是使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體或從單一熱源吸收熱量全部用來(lái)做功 必須通過(guò)第三者的幫助 這里的幫助是指提供能量等方式 否則是不可能實(shí)現(xiàn)的 2 熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)第二定律的每一種表述 都揭示了大量分子參與宏觀過(guò)程的方向性 使人們認(rèn)識(shí)到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性 都是不可逆的 3 自然過(guò)程的方向性舉例 1 傳熱過(guò)程的方向性 2 擴(kuò)散現(xiàn)象的方向性 3 機(jī)械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性 4 氣體向真空中膨脹的方向性 5 電能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性 總之 在整個(gè)自然界中 無(wú)論是有生命的還是無(wú)生命的 所有的宏觀自發(fā)過(guò)程都具有單向性 都有一定的方向性 都是一種不可逆過(guò)程 如河水向下流 重物向下落 山岳被侵蝕 房屋 衰朽倒塌 人的一生從嬰兒到老年到死亡等 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 1 下列宏觀過(guò)程能用熱力學(xué)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(guò)一段時(shí)間大米 小米不會(huì)自動(dòng)分開(kāi)B 將一滴紅墨水滴入一杯清水中 會(huì)均勻擴(kuò)散到整杯水中 經(jīng)過(guò)一段時(shí)間 墨水和清水不會(huì)自動(dòng)分開(kāi) C 冬季的夜晚 放在室外的物體隨氣溫的降低 不會(huì)由內(nèi)能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而動(dòng)起來(lái)D 隨著節(jié)能減排措施的不斷完善 最終也不會(huì)使汽車(chē)熱機(jī)的效率達(dá)到100 解析 選BCD 熱力學(xué)第二定律反映的是與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程的方向性的規(guī)律 A不屬于熱現(xiàn)象 A錯(cuò) 由熱力學(xué)第二定律可知B C D正確 二 熱力學(xué)第二定律與熱力學(xué)第一定律的關(guān)系1 熱力學(xué)第一定律揭示了做功和傳熱對(duì)改變物體內(nèi)能的規(guī)律關(guān)系 U W Q 指明內(nèi)能不但可以轉(zhuǎn)移 而且還能跟其他形式的能相互轉(zhuǎn)化 熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在熱學(xué)中的一種表述形式 是從能的角度揭示不同物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式相互轉(zhuǎn)化的可能性 告誡人們 第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成 熱力學(xué)第一定律只有一種表述形式 2 熱力學(xué)第二定律揭示了大量分子參與的宏觀過(guò)程的方向性 如機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 內(nèi)能卻不可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而不引起其他變化 進(jìn)一步揭示了各種物質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程及其運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)化過(guò)程都具有方向性 告誡人們 第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成 熱力學(xué)第二定律有多種表述形式 3 兩定律的關(guān)系 熱力學(xué)第一定律是和熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過(guò)程中能量守恒的特殊表達(dá)形式 說(shuō)明功及熱量與內(nèi)能改變的定量關(guān)系 而第二定律指出了能量轉(zhuǎn)化與守恒能否實(shí)現(xiàn)的條件和過(guò)程進(jìn)行的方向 指出了一切變化過(guò)程的自然發(fā)展方向不可逆 除非靠外界影響 所以二者相互獨(dú)立 又相互補(bǔ)充 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 2 關(guān)于兩類(lèi)永動(dòng)機(jī)和熱力學(xué)兩個(gè)定律 下列說(shuō)法正確的是 A 第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了熱力學(xué)第一定律B 第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反熱力學(xué)第二定律C 由熱力學(xué)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(shí)做功和傳熱一定會(huì)改變內(nèi)能 D 由熱力學(xué)第二定律可知熱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 選D 第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)違反熱力學(xué)第一定律 第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)違反熱力學(xué)第二定律 A B錯(cuò) 由熱力學(xué)第一定律可知W 0 Q 0 但 U W Q可以等于0 C錯(cuò) 由熱力學(xué)第二定律可知D中現(xiàn)象是可能的 但不引起其他變化是不可能的 D對(duì) 課堂互動(dòng)講練 2011年廣州高二檢測(cè) 隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展 能源短缺問(wèn)題日顯突出 近期油價(jià)不斷攀升 已對(duì)各國(guó)人民的日常生活造成了各種影響 如排長(zhǎng)隊(duì)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(jì)發(fā)展的重大難題之一 下列有關(guān)能量轉(zhuǎn)化的說(shuō)法中錯(cuò)誤的是 A 不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來(lái)做功 而不引起其他的變化B 只要對(duì)內(nèi)燃機(jī)不斷改進(jìn) 就可以把內(nèi)燃機(jī)得到的全部?jī)?nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能C 滿足能量守恒定律的物理過(guò)程都能自發(fā)的進(jìn)行D 外界對(duì)物體做功 物體的內(nèi)能必然增加 精講精析 由熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文表述可知A對(duì) 熱機(jī)效率總低于100 B錯(cuò) 滿足能量守恒的過(guò)程未必能自發(fā)進(jìn)行 任何過(guò)程一定滿足熱力學(xué)第二定律 C錯(cuò) 由熱力學(xué)第一定律 U W Q可知 W 0 U不一定大于0 即內(nèi)能不一定增加 D錯(cuò) 答案 BCD 易誤警示 與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀物理過(guò)程具有方向性 是不可逆的 分析問(wèn)題時(shí)要注意哪些過(guò)程可以 自發(fā)地 進(jìn)行 哪些過(guò)程不會(huì)達(dá)到100 的轉(zhuǎn)化而不產(chǎn)生其他影響 變式訓(xùn)練1根據(jù)熱力學(xué)第二定律 下列說(shuō)法正確的是 A 熱機(jī)中燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部變成機(jī)械能B 電能不可能全部轉(zhuǎn)變成內(nèi)能C 在火力發(fā)電機(jī)中 燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部轉(zhuǎn)變成電能D 在傳熱中 熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體 解析 選ACD 凡是與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀熱現(xiàn)象都具有方向性 無(wú)論采用任何設(shè)備和手段進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化 總是遵循 機(jī)械能可全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 而內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 故A正確 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)能必然不能全部變?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 必須借助外界的幫助 結(jié)果會(huì)帶來(lái)其他影響 這正是熱力學(xué)第二定律第一種 克氏 表述的主要思想 故D正確 由電流熱效應(yīng)中的焦耳定律可知 電能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 故B錯(cuò)誤 如圖10 4 1所示為電冰箱的工作原理示意圖 壓縮機(jī)工作時(shí) 強(qiáng)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(guò)冷凝器時(shí)制冷劑液化 放出熱量到箱體外 下列說(shuō)法正確的是 圖10 4 1 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?yàn)槠湎牧穗娔蹸 電冰箱的工作原理不違反熱力學(xué)第一定律D 電冰箱的工作原理違反熱力學(xué)第一定律 自主解答 熱力學(xué)第一定律適用于所有的熱學(xué)過(guò)程 C正確 D錯(cuò)誤 由熱力學(xué)第二定律可知A錯(cuò)誤 B正確 答案 BC 方法總結(jié) 電冰箱工作時(shí)既不違反熱力學(xué)第一定律 也不違反熱力學(xué)第二定律 它通過(guò)電流做功完成了熱從低溫物體向高溫物體的傳遞 變式訓(xùn)練2用兩種不同的金屬絲組成一個(gè)回路 接觸點(diǎn)1插在熱水中 接觸點(diǎn)2插在冷水中 如圖10 4 2所示 電流計(jì)指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn) 這就是溫差發(fā)電現(xiàn)象 關(guān)于這一現(xiàn)象 正確的說(shuō)法是 圖10 4 2 A 這一實(shí)驗(yàn)過(guò)程不違反熱力學(xué)第二定律B 在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中 熱水一定降溫 冷水一定升溫C 在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中 熱水內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化成電能 電能則部分轉(zhuǎn)化成冷水的內(nèi)能D 在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中 熱水的內(nèi)能只有部分轉(zhuǎn)化成電能 電能則全部轉(zhuǎn)化成冷水的內(nèi)能解析 選AB 溫差發(fā)電現(xiàn)象中產(chǎn)生了電能是因?yàn)闊崴械膬?nèi)能減少 一部分轉(zhuǎn)化為電能 一部分傳遞給冷水 轉(zhuǎn)化效率低于100 不違反熱力學(xué)第二定律 熱水溫度降低 冷水溫度升高 故A B正確 C D錯(cuò)誤 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全