高考物理 核心要点突破系列 第11章第七节《能源　环境》课件 新人教版选修33.ppt

第七节能源环境 课堂互动讲练 随堂达标自测 课时活页训练 第七节能源环境 基础知识梳理 核心要点突破 目标概览学习目标 1 知道热传导的方向性 2 知道什么是第二类永动机 为什么第二类永动机不可能制成 3 知道热力学第二定律的两种不同的表述 以及这两种表述的物理实质 4 了解什么是能量耗散 5 知道热力学零度不可能达到 6 知道能源的概念 知道哪些是常规能源 可再生能源 不可再生能源 清洁能源及新型能源 重点难点 1 重点 热力学第二定律的物理实质和两种常见的表述 2 难点 理解和应用热力学第二定律 学法指导 节约能源 开发新能源是社会热点 也将是高考热点 一 热力学第二定律1 热传导的方向性温度不同的两个物体相接触时 热量会自发的从 传给 但不会自发地从 传给 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 因而产生其他影响或引起其他变化 基础知识梳理 高温物体 低温物体 低温物体 高温物体 2 第二类永动机 1 热机 内能 机械能 2 第二类永动机只从单一热源吸取热量 使之全部用来做功 而不引起其他变化的热机 第二类永动机不可能制成 这说明机械能和内能的转化过程具有 性 机械能 全部转化成内能 内能却 全部转化成机械能 而不引起其他变化 3 热力学第二定律表述1 不可能使热量由 传递到 而不引起其他变化 方向 可以 不能 低温物体 高温物体 思考 1 热机的效率为什么不能达到100 2 热量不可能由低温物体传递到高温物体 这种说法对吗 表述2 不可能从单一热源吸收热量并把它 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 4 能量耗散 1 能量耗散 流散的内能无法重新收集起来加以利用的现象叫做能量耗散 2 能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有 全部 方向性 6 绝对零度不可达到 热力学第三定律 1 热力学温度 以 273 15 为下限起点的温度叫做热力学温度 用t表示 单位是开尔文 k 2 热力学温度t同摄氏温度t的换算关系t t 273 15k 思考 提示 1 任何热机都不可能把吸收的热量百分之百的转化为机械能 总有一部分热量散发到冷凝器中 2 不对 例如空调 冰箱 二 能源 环境1 能源 能够提供可利用 的物质叫能源 2 常规能源 人类目前消耗的能量主要来自煤 石油 天然气等 人们把 叫做常规能源 3 大量消耗常规能源带来了 问题 能量 煤 石油 天然气 环境 4 常规能源的短缺和由这类能源利用所带来的环境污染 使得新能源的开发成为当务之急 现在已开发利用的新能源有风能 水流能 太阳能 核能等 1 水流能 风能是可再生能源 2 石油 煤炭等能源物质 如果消耗完了就没有了 是不可再生能源 核心要点突破 一 对热力学第二定律的理解1 两种表述第一种表述的实质是揭示了热传递过程的不可逆性 热量可以由高温物体自发地传递给低温物体而不可以由低温物体传递给高温物体而不引起其他变化 如电冰箱的使用过程就是将热量由低温物体传给高温物体 但不是自发的 其过程中消耗了电能 而第二种表述说的是机械能和内能的转化的不可逆性 机械能可以完全转化为内能 而内能不能完全转化为机械能而不引起其他变化 2 热力学第二定律的实质热力学第二定律揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性 即一切和热现象有关的宏观过程都具有方向性 如机械能可以全部转化为内能 而内能要全部转化为机械能又不引起其他变化是不可能的 因此 第二类永动机不可能制成 热力学第二定律是独立于热力学第一定律的一个重要自然规律 特别提醒 3 热力学第二定律的意义指明了自然界中哪些过程可以自发实现 哪些过程不能自发实现 对人们认识自然 利用自然有重要的指导意义 在物理 化学 生物学领域也有重要的指导意义 4 两种表述的比较 1 描述的角度不同 第一种表述是从热传递的角度 揭示了热传递的不可逆性 第二种表述是从内能和机械能转化的角度 揭示了两者转化的不可逆性 2 两种表述是等效的热力学第二定律的表述除了上述两种形式外 还有很多表述 只要是能体现热力学过程具有方向性的事实都可以作为它的表述 这些表述看上去似乎没什么联系 然而它们都是等效的 理论上可以由其中一个推导出另一个 特别提醒1 自发地 过程是指不受外界干扰进行的自然过程 2 在整个自然界中 无论有生命的或无生命的 所有的宏观自发过程都具有单向性 都有一定的方向性 都是一种不可逆过程 如水向低处流 重物向下落 山岳被侵蚀 房屋衰朽倒塌 人的一生从婴儿到老年再到死亡等 2 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 只有单一热源 从这个单一热源吸收的热量能全部用来做功而不引起其他变化的热机 第二类永动机 是永远不可能制造成功的 3 热机能流图图11 6 1 三 热力学第一 第二定律的比较1 两定律揭示的问题不同 1 热力学第一定律从能量守恒的角度揭示了功 热量和内能改变量三者的定量关系 是普遍意义下的能量守恒定律的一种特殊形式 2 热力学第二定律则反映了自然过程进行的方向性和条件 指明并非所有遵守能量守恒的过程都能实现 2 两定律的表述形式不同 1 热力学第一定律只有一种表述形式 即 u w q 告诫人们 第一类永动机不可能制成 2 热力学第二定律有多种表述形式 告诫人们 第二类永动机不可能制成 3 在热力学中 两者既相互独立 又互为补充 共同构成了热力学知识的理论基础 特别提醒热力学第一 第二定律从不同角度揭示了热力学过程中遵守的规律 只有同时符合两定律的过程才能实现 即时应用下列说法正确的是 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 选d 在一定条件下热量可以由低温物体传递到高温物体 例如电冰箱的工作过程 这并不违背热力学第二定律 故a错 由热力学第一定律知外界对物体做正功 物体的内能不一定增加 故b错 第二类永动机并不违反能量守恒定律 而违反了热力学第二定律 选项c不正确 课堂互动讲练 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 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 答案 acd 思维升华 对热力学第二定律的理解可从以下几方面 1 热传导的方向性 2 内能和机械能转化的方向性 3 能量耗散的实质 下列说法中正确的是 a 第二类永动机跟第一类永动机一样 都违背了能量守恒定律b 第二类永动机不可能制成说明机械能可以全部转化为内能 而内能却不能完全转化为机械能c 第二类永动机违背了能量转化的方向性d 自然界中能量是守恒的 所以不用考虑节约能源 解析 第二类永动机虽不违背能量守恒定律 但违背了热传导中能量转化的方向性 a错 c对 机械能可以完全转化为内能 而内能在一定的条件下也可以完全转化为机械能 b选项错 自然界里可利用的能源是有限的 故仍需节约能源 d错 答案 c 思维升华 机械能和内能的转化具有方向性 内能不可能全部转化为机械能而不引起其他变化 取一个横截面积为3dm2的圆筒 筒内装水0 6kg 用来测量射到地面的太阳能 在太阳光垂直照射2min后温度升高1 已知射到大气顶层的太阳能只有45 到达地面 另