高中物理 3.4 热力学第二定律课件 粤教版选修33.ppt

目标导航 预习导引 目标导航 预习导引 一 二 三 四 五 一 热传导的方向性两个温度不同的物体互相接触时 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 热传导过程是有方向性的 热量不能从低温物体传递到高温物体吗 答案 热量能从低温物体传递到高温物体 只不过不能自发进行 即需要其他能量的介入 目标导航 预习导引 一 二 三 四 五 二 机械能和内能转化过程的方向性1 机械能和内能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 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 而不引起其他变化的热机 2 第二类永动机不可能制成 原因是内能全部转化为机械能是不可能自发进行的 目标导航 预习导引 一 二 三 四 五 三 热力学第二定律的表述1 第一种表述 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 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 按照热传导的方向性来表述 2 第二种表述 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 按照机械能与内能转化过程的方向性来表述 热力学第二定律的这两种表述是等价的 3 自然界中一切与热现象有关的自然过程都具有方向性 目标导航 预习导引 一 二 三 四 五 有可能制成第二类永动机吗 答案 第二类永动机不可能制成 尽管机械能可以全部转化为内能 但内能却不能全部转化为机械能而不引起其他变化 机械能和内能的转化过程具有方向性 目标导航 预习导引 一 二 三 四 五 四 热力学第二定律的微观实质1 做功总是与分子群体的有序运动联系在一起 内能是和分子的无序运动联系在一起的 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 热传导过程是使物体内部分子的热运动由比较有序的状态向无序的状态转化的过程 3 热力学第二定律的微观实质是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 目标导航 预习导引 一 二 三 四 五 五 熵意义 描述物体的无序程度 物体内部分子热运动无序程度越高 物体的熵就越大 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 一 对热力学第二定律的理解1 在热力学第二定律的表述中 正确地理解 自发地 不引起其他变化 的确切含义是理解热力学第二定律的关键所在 1 自发地 是指热量从高温热源自发地传给低温热源的方向性 在传递过程中不会对其他物体产生影响或借助其他物体提供能量等 2 不引起其他变化 的含义是指热量从低温热源传递到高温热源或从单一热源吸收热量全部用来做功 不需通过第三方的帮助 这里的帮助就是第三方提供能量等方式 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 2 热力学第二定律的实质 热力学第二定律的每一种表述 都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性 使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都是有方向性的 3 两种表述是等价的 如果克劳修斯表述不成立 则开尔文表述也不成立 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 热量能自发地从高温物体传给低温物体 我们所说的 自发地 指的是没有任何的外界影响或者帮助 电冰箱是让 热 由低温环境传递到高温环境 这是不是自发进行的 说明理由 答案 电冰箱能够把热量从低温物体传给高温物体 在该过程中电冰箱要消耗电能 电冰箱能够把热量从低温物体传给高温物体 一旦切断电源 电冰箱就不能把其内部的热量传给外界的空气了 相反 外界的热量会自发地传给电冰箱 使其温度逐渐升高 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 例1 多选 下列有关能量转化的说法中 错误的是 a 不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功 而不引起其他的变化b 只要对内燃机不断改进 就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能c 满足能量守恒定律的物理过程不一定能自发地进行d 外界对物体做功 物体的内能必然增加 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 解析 逐项分析如下 答案 bd 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 下列说法正确的是 a 机械能全部转化为内能是不可能的b 第二类永动机不可能制造成功的原因是能量既不会凭空产生 也不会凭空消失 只能从一个物体转移到另一个物体 或从一种形式转化成另一种形式c 根据热力学第二定律可知 热量不可能从低温物体传到高温物体d 从单一热源吸收的热量全部变为功是可能的答案 d 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 解析 机械能可以全部转化为内能 故a错误 第二类永动机不可能制造成功是因为它违背了热力学第二定律 故b错误 热量不能自发地从低温物体传到高温物体 但如果不是自发地 是可以进行的 故c错误 从单一热源吸收的热量全部用来做功而不引起其他变化 是不可能的 但如果是从单一热源吸收的热量全部变为功的同时也引起了其他的变化 是可能的 故d正确 一 二 知识精要 典题例解 迁移应用 二 热力学第二定律的微观解释1 热力学第二定律的微观解释 1 一切自发过程总是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程 2 自发过程是不可逆转的过程 即不可能使大量分子无规则的热运动转化为有序的运动 3 大量分子无序运动状态变化的方向是向无序性增大的方向进行的 而一切自然过程总是沿着无序性增大的方向进行的 2 熵的意义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 在自发过程中 熵总是增加的 3 用熵表示的热力学第二定律在任何自然过程中 一个孤立系统的总熵不会减少 一 二 知识精要 典题例解 迁移应用 例2 多选 关于热力学第二定律的微观意义 下列说法正确的是 导学号51140037 a 大量分子无规则的热运动能够自动转变为有序运动b 热传递的自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程c 热传递的自然过程是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程d 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 二 知识精要 典题例解 迁移应用 解析 分子热运动是大量分子的无规则运动 系统的一个宏观过程包含着大量的微观状态 这是一个无序的运动 根据熵增加原理 热运动的结果只能使分子热运动更加无序 而不是变成了无序 热传递的自然过程从微观上讲就是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程 故选项c d正确 答案 cd 一 二 知识精要 典题例解 迁移应用 质量相同 温度相同的水 如图所示分别处于固态 液态和气态三种状态下 它们的熵的大小有什么关系 为什么 答案 见解析解析 根据大量分子运动对系统无序程度的影响 热力学第二定律又有一种表述 由大量分子组成的系统自发变化时 总是向着无序程度增加的方向发展 至少无序程度不会减少 这也就是说 任何一个系统自发变化时 系统的熵要么增加 要么不变 但不会减少 质量相同 温度相同的水 可以由固态自发地向液态 气态转化 所以 气态时的熵最大 其次是液态 固态时的熵最小 案例探究 方法规律 理解热力学第二定律的实质 多选 根据热力学第二定律 下列判断正确的有 a 热机中燃气的内能不可能全部变成机械能b 电流的能不可能全部变成内能c 在火力发电机中 燃气的内能不可能全部变成电能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 思悟升华 案例探究 方法规律 解析 凡是与热现象有关的宏观热现象都具有方向性 无论采用任何设备和手段进行能量转化 总是遵循 机械能可全部转化为内能 而内能不能全部转化为机械能 故a正确 火力发电机发电时 能量转化的过程为内能 机械能 电能 因为内能 机械能的转化过程中会对外放出热量 故燃气的内能必然不能全部变为电能 c正确 热量从低温物体传递到高温物体不能自发进行 必须借助外界的帮助 结果会带来其他影响 这正是热力学第二定律第一种 克氏 表述的主要思想 故d正确 由电流热效应中的焦耳定律可知 电流的能可以全部转化为内能 故b错误 答案 acd 思悟升华 案例探究 方法规律 热力学第二定律