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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歡迎進入物理課堂 第四節(jié)熱力學(xué)第二定律 核心要點突破 課堂互動講練 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)移及方向性問題 3 知道什么是第二類永動機 為什么第二類永動機不可能制成 重點難點 1 理解傳熱的方向性及任何熱現(xiàn)象的宏觀過程都是不可逆的 2 運用熱力學(xué)第二定律解決一些實際問題 課前自主學(xué)案 一 傳熱的方向性1 溫度不同的兩個物體接觸時 熱量會自發(fā)地從 物體傳給 物體 但不會自發(fā)地從 物體傳給 物體 這說明 傳熱過程具有 2 一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是 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 功 影響 內(nèi) 1 一切宏觀自然過程的進行都具有 2 氣體向真空的自由膨脹是 的 三 第二類永動機不可制成第二類永動機不可能制成 表示盡管機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 但內(nèi)能卻 轉(zhuǎn)化成機械能而不引起其他變化 方向性 不可逆 不能全部 核心要點突破 一 對熱力學(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 在傳遞過程中不會對其他物體產(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做功 必須通過第三者的幫助 這里的幫助是指提供能量等方式 否則是不可能實現(xiàn)的 2 熱力學(xué)第二定律的實質(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程的方向性 使人們認(rèn)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 都是不可逆的 3 自然過程的方向性舉例 1 傳熱過程的方向性 2 擴散現(xiàn)象的方向性 3 機械能和內(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 在整個自然界中 無論是有生命的還是無生命的 所有的宏觀自發(fā)過程都具有單向性 都有一定的方向性 都是一種不可逆過程 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 即時應(yīng)用 即時突破 小試牛刀 1 下列宏觀過程能用熱力學(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率達到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)的宏觀過程的方向性的規(guī)律 A不屬于熱現(xiàn)象 A錯 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)運動形式相互轉(zhuǎn)化的可能性 告誡人們 第一類永動機不可能制成 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程的方向性 如機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 內(nèi)能卻不可能全部轉(zhuǎn)化為機械能而不引起其他變化 進一步揭示了各種物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程及其運動形式的轉(zhuǎn)化過程都具有方向性 告誡人們 第二類永動機不可能制成 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)的物理過程中能量守恒的特殊表達形式 說明功及熱量與內(nèi)能改變的定量關(guān)系 而第二定律指出了能量轉(zhuǎn)化與守恒能否實現(xiàn)的條件和過程進行的方向 指出了一切變化過程的自然發(fā)展方向不可逆 除非靠外界影響 所以二者相互獨立 又相互補充 即時應(yīng)用 即時突破 小試牛刀 2 關(guān)于兩類永動機和熱力學(xué)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(xué)第一定律B 第一類永動機不可能制成是因為違反熱力學(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 但同時做功和傳熱一定會改變內(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 第一類永動機違反熱力學(xué)第一定律 第二類永動機違反熱力學(xué)第二定律 A B錯 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 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 課堂互動講練 2011年廣州高二檢測 隨著世界經(jīng)濟的快速發(fā)展 能源短缺問題日顯突出 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(guān)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 精講精析 由熱力學(xué)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(xué)第二定律 C錯 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 答案 BCD 易誤警示 與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀物理過程具有方向性 是不可逆的 分析問題時要注意哪些過程可以 自發(fā)地 進行 哪些過程不會達到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 下列說法正確的是 A 熱機中燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部變成機械能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 無論采用任何設(shè)備和手段進行能量轉(zhuǎn)化 總是遵循 機械能可全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 而內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為機械能 故A正確 火力發(fā)電機發(fā)電時 能量轉(zhuǎn)化的過程為內(nèi)能 機械能 電能 因為內(nèi)能 機械能的轉(zhuǎn)化過程中會對外放出熱量 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)進行 必須借助外界的幫助 結(jié)果會帶來其他影響 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錯誤 如圖10 4 1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 放出熱量到箱體外 下列說法正確的是 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 是因為其消耗了電能C 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)過程 C正確 D錯誤 由熱力學(xué)第二定律可知A錯誤 B正確 答案 BC 方法總結(jié) 電冰箱工作時既不違反熱力學(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回路 接觸點1插在熱水中 接觸點2插在冷水中 如圖10 4 2所示 電流計指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn) 這就是溫差發(fā)電現(xiàn)象 關(guān)于這一現(xiàn)象 正確的說法是 圖10 4 2 A 這一實驗過程不違反熱力學(xué)第二定律B 在實驗過程中 熱水一定降溫 冷水一定升溫C 在實驗過程中 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 在實驗過程中 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)生了電能是因為熱水中的內(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錯誤 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全