高中物理第十章热力学定律4热力学第二定律5热力学第二定律的微观解释课堂互动学案新人教选修.docx

4热力学第二定律5热力学第二定律的微观解释课堂互动三点剖析1.热传导的方向性和热力学第二定律(1)热传导的方向性 温度不同的两个物体接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，但不会自发地从低温物体传给高温物体.这说明：热传导的过程是具有方向性的.这个过程可以自发地进行，但是向相反的方向却不能自发地进行.要实现相反方向的过程，必须借助外界的帮助，因而会产生其他影响或引起其他变化.(2)热力学第二定律常见的两种表述 按热传递的方向性来表述(克劳修斯表述)：不可能使热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化. 按机械能与内能转化过程的方向性来表述(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.两种表述是等价的可以从一种表述导出另一种表述，两种表述都称为热力学第二定律.热力学第二定律的意义提示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，是独立于热力学第一定律的一个重要自然规律.(3)热机效率热机做的功W和它从热源吸收的热量Q的比值叫做热机的效率=热机的效率不可能达到100%2.对永动机和热力学第二定律的认识(1)对永动机的认识第二类永动机：人们把想象中能够从单一热源吸收热量，全部用来做功而不引起其他变化的热机叫做第二类永动机.第二类永动机不可能制成表示机械能和内能的转化过程具有方向性.尽管机械能可以全部转化为内能，内能却不能全部转化成机械能，同时不引起其他变化.(2)对热力学第二定律的微观解释几个概念：微观态和宏观态如果对某一问题事先规定了一定的限制，实际上就规定了一个“宏观态”.如果满足条件的情况有很多，每一种情况就称为一个“微观态”，此时，一个“宏观态”对应着多个“微观态”.有序和无序如果一个“宏观态”对应着的“微观态”非常少，说明这个“宏观态”比较有序，反之，如果一个“宏观态”对应着的“微观态”非常多，说明这个“宏观态”比较无序.熵：熵是一个与微观态的数目有关的物理量.用字母S表示.熵是系统内分子运动无序性的量度.熵较大的宏观状态就是无序程度较大的宏观状态，也就是出现概率较大的宏观状态.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.热力学第二定律的微观解释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.一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序度更大的方向发展.各个击破【例1】 下列说法正确的是( )A.热量不能由低温物体传递到高温物体B.外界对物体做功，物体的内能必定增加C.第二类永动机不可能制成，是因为违反了能量守恒定律D.不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化解析：根据热力学第二定律，热量不能自发地由低温物体传递到高温物体，但在一定条件下，热量可以由低温物体传向高温物体，例如电冰箱的工作过程，故选项A错.根据热力学第一定律，物体内能的变化取决于吸收或放出的热量和做功的正负两个因素，所以选项B错.第二类永动机不违反能量守恒定律，而违反了热力学第二定律，选项C错.选项D是热力学第二定律的表述形式之一，是正确的.答案：D类题演练1 根据热力学第二定律，可知下列说法中正确的是( )A.热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体B.热量能够从高温物体传到低温物体，也可能从低温物体传到高温物体C.机械能可以全部转化为热量，但热量不可能全部转化为机械能D.机械能可以全部转化为热量，热量也可能全部转化为机械能解析：根据热传导的规律可知热量能够从高温物体传到低温物体，当外界对系统做功时，可以使系统从低温物体吸取热量传到高温物体上去，制冷机(例如冰箱和空调)就是这样的装置.但是热量不能自发的从低温物体传到高温物体.选项A错误，B正确. 一个运动的物体，克服摩擦力做功，最终静止；在这个过程中机械能全部转化为热量.外界条件变化时，热量也可以全部转化机械能.例如在等温膨胀过程中，系统吸收的热量全部通过对外做功转化成对外界做的功.选项C错误，D正确.答案:BD【例2】 关于热机的效率，下列说法正确的是( )A.有可能达到80% B.有可能达到100%C.有可能超过80% D.一定能达到100%解析：因为第二类永动机不能实现，所以热机效率永远也达不到100%.答案：AC【例3】 第二类永动机不可以制成，是因为( )A.违背了能量的守恒定律B.热量总是从高温物体传递到低温物体C.机械能不能全部转变为内能D.内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化解析：第二类永动机设想虽然符合能量守恒定律，但是违背了能量转化中有些过程是不可逆的规律.所以不可能制成，选项D正确.答案：D类题演练2 下列说法正确的有( )A.第二类永动机和第一类永动机一样，都违背了能量守恒定律B.第二类永动机违背了能量转化的方向性C.自然界中的能量是守恒的，所以不用节约能源D.自然界中的能量尽管是守恒的，但有的能量便于利用，有的不便于利用，故要节约能源解析：第一类永动机违背了能量守恒定律，第二类永动机违背了能量转化的方向性.答案:BD【例4】 对于孤立体系中发生的实际过程，下列说法中正确的是( )A.系统的总熵只能增大或不变，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加无序的状态发展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：根据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可知，A对，B错.根据热力学第二定律的微观解释可知，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，所以C对，D错.答案：AC类题演练3 一定质量的理想气体在一容器中推动活塞绝热向外膨胀，下列说法正确的是( )A.气体的熵减少，但由于是绝热过程，内能不变B.气体的熵减少，同时对外做功，内能减