高中物理第十章热力学定律第四节热力学第二定律名师导航学案新人教选修.docx

第四节 热力学第二定律名师导航知识梳理1.热传导的方向性：热传导的过程是有_的(从高温物体到低温物体)，这个过程可以向一个方向自发地进行，但是向相反的方向却不能_进行，要实现相反方向的过程，要有_.2.第二类永动机；从单一热库吸收热量_而不引起其他变化的热机.第二类永动机不违反_定律，但不可能制成，表示机械能和内能的转化过程具有_，尽管机械能可以全部转化成内能，内能却不能全部转化成机械能，同时不引起其他变化.3.热力学第二定律的两种表述一种表述是：_.另一种表述是：_.疑难突破1.怎样理解热力学第二定律剖析：(1)两种表述的内容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，这是按照热传导的方向性来表述的.不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化，也可以表述为：第二类永动机是不可能制成的.这是按照机械能与内能转化过程的方向性来表述的.(2)热力学第二定律的实质和实际意义热力学第二定律的几种表述是等价的，可以从一种表述导出另一种表述，所以它们实质上说的是同一件事.自然界中的各种过程是有内在联系的，这使得热力学第二定律的意义和应用远远超出了热传导以及机械能和内能转化的范围.应用热力学第二定律可以导出其他过程的方向性，在热力学第二定律的基础上经过推理可以判断出某个过程能否自发地进行，以及在什么条件下过程能够进行，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.2.热力学第一、第二定律意义的比较剖析：(1)热力学第一定律揭示了做功和热传递对改变物体内能的规律关系U=WQ，指明内能不但可以转移，而且还能跟其他形式的能相互转化.热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的一种表述形式，是从能的角度揭示不同物体运动形式相互转化的可能性，告诫人们：第一类永动机不可能制成，热力学第一定律只有一种表述形式.(2)热力学第二定律揭示了有大量分子参与宏观过程的方向性，如机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能而不引起其他变化，进一步揭示了各种物质运动过程及其运动形式的转化过程都具有方向性，告诉人们：第二类永动机不可能制成，热力学第二定律有多种表述形式.问题探究问题：第二类永动机为什么不可能制成？探究：热机从高温热库吸收热量Q1，其中一部分转化为对外所做的机械功W，另一部分热量Q2随废气放出到冷凝器中，根据能的转化和守恒定律，应有Q1=WQ2，热机效率=1 可见，任何热机(即使是理想热机，没有摩擦，也没有漏气等能量损失)都不可能把吸收的能量百分之百地转化成机械能，总有一部分热量Q2散发到冷凝器中.也就是说，那种没有冷凝器，只有单一热库，从这个单一热库吸收的热量能全部用来做功而不引起其他变化的热机是不存在的.探究结论：第二类永动机是永远不可能制造成功的.典题精讲【例1】 根据热力学第二定律，下列判断正确的是( )A.电流的能不可能全部变为内能B.在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变为电能C.热机中，燃气内能不可能全部变为机械能D.在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体思路解析：根据热力学第二定律可知，凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，电流的能可全部变为内能(由电流热效应中的焦耳定律可知)，而内能不可能全部变成电流的能机械能可全部变为内能，而内能不可能全部变成机械能.在热传导中，热量只能自发地从高温物体传递给低温物体，而不能自发地从低温物体传递给高温物体.答案：BCD【例2】 第二类永动机不可以制成，是因为( )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思路解析：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.答案：D知识导学 学习本节知识应对上节知识有很深的理解，这样才能学好这节课的知识，而且要明确不论是哪种表述，都是揭示了自然界的基本规律：一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的.热量的传导有方向性，前提是两系统存在温度差，当两个温度不同的物体接触，就会有热量从高温物体传向低温物体，相反的过程是不会自发进行的，这就说明热量传递具有方向性.疑难导析 1.热力学第二定律的两种表述是等效的，都揭示了自然界的基本规律，即热量只能自发性地从高温物体传递给低温物体，而不能自发地由低温物体传给高温物体，而不引起任何影响，这说明它的能量传递是有方向的.我们知道，热量传递的前提是存在温度差，当两个温度不同的物体相互接触，热量总是从高温物体流向低温物体，相反的过程不会自发发生，也就是说热传导过程是不可逆的.相反的过程并非不能发生，而是不能自发地发生，即不能仅通过热传递过程实现热量的反方向流动且不发生其他变化，若辅以其他手段(如外界做功)，热量是可以从低温物体流向高温物体的.例如，制冷机的原理就是这样.2.热力学第二定律的实质，就是指出了宏观过程的不可逆性，也就是说，自然界的一切宏观过程都是循着一定的方向进行，这个方向也就是俗称的时间箭头，为了细致地描述宏观过程的方向性，克劳修斯引入了“熵”的概念. 热力学第二定律是独立于热力学第一定律的又一条热力学基本定律，也是自然界中具有深远意义的一条规律.热力学第二定律有两种等价的表述，它们分别从热传导过程与热机效率中总结得出，第二类永动机是违反热力学第二定律的设想，但不违背能量守恒定律，热力学第二定律指出了能量传递与转换过程中一个重要事实能量耗散.问题导思 第二类永动机违背了能量传递的方向性，能量不可能由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化.机械能可以完全转化为内能，但是内能不可能完全转化为机械能，因为在这个过程中有能量损失，一部分能量以热能的形式流失了，最后只有一部分能量转化为机械能，根据能量守恒定律可以知道，用来做功的能量小于从热库吸收的热量，所以永动机是不可能制成的.绿色通道：此类题主要考查的是热力学第二定律的内涵，解题的关键是要对热力学第二定律有深刻的认识，并且能灵活地做相应的变换.【典题变式1】 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与转化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绿色通道：热力学第二定律表明，凡与热现象有关的宏观过程都具方向性，机械能可全部变为内能，而内能不可能全部变成机械能，而不引起其他变