高中物理第三章热力学基础第四节热力学第二定律课件粤教版选修3_3

第三章 第四节热力学第二定律 目标定位1 通过自然界中传热的方向性等实例 初步了解热力学第二定律 并能用热力学第二定律解释第二类永动机不能制成的原因 2 能运用热力学第二定律解释自然界中的能量转化 转移以及宏观自然过程的方向性问题 3 了解熵的概念及熵增加原理 并能解释生活中的有关现象 内容索引 知识探究 题型探究 达标检测 知识探究 一 热力学第二定律 两个温度不同的物体相互接触时 热量会自发地从低温物体传给高温物体 结果使高温物体的温度升高 低温物体的温度降低吗 答案 答案不会 热传导具有方向性 1 两种常见表述 1 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 阐述的是热传导的 2 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 阐述的是机械能与内能转化的 方向性 方向性 2 热力学第二定律的理解 1 克劳修斯表述指明热传导等热力学宏观现象的方向性 不需要借助外界提供能量的帮助 其物理本质是揭示了热传导过程是 填 可逆 或 不可逆 的 2 开尔文表述中的 单一热源 指温度恒定且均匀的热库 不引起其他变化 是指惟一效果是热量全部转变为功而外界及系统都不发生任何变化 其物理实质揭示了机械能转化为内能的过程是不可逆的 3 热力学第二定律的每一种表述都揭示了大量分子参与的过程的 进而使人们认识到自然界中一切与热现象有关的宏观过程都具有 都是不可逆的 不可逆 方向性 方向性 二 两个热力学定律的比较与应用 地球上有大量的海水 它的总质量约为1 4 1018t 如果这些海水的温度降低0 1 将要放出5 8 1023J的热量 这相当于1800万个功率为100万千瓦的核电站一年的发电量 这么巨大的能量 人们为什么不去开发研究呢 答案 答案这种利用海水的内能发电的过程 违背了热力学第二定律 所以不会研究成功 1 两个定律比较 热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的具体表现形式 在转化的过程中 保持不变 热力学第二定律是指在有限的时间和空间内 一切和热现象有关的物理过程 化学过程具有 填 可逆性 或 不可逆性 2 两类永动机的比较 第一类永动机 不消耗任何能量 可以不断做功 或只给予很小的能量启动后 可以永远运动下去 第二类永动机 将全部转化为机械能 而不引起其他变化 或只有一个热源 实现全部转化为机械能 总的能量 不可逆性 内能 内能 3 第一类永动机和第二类永动机都不可能制成第一类永动机的设想违反了 第二类永动机的设想不违反能量守恒定律 但违背了热力学第二定律 能量守恒定律 三 热力学第二定律的微观实质 1 对机械能和内能的转化过程的微观解释在通过做功使系统内能增加的过程中 自然过程是大量分子从运动状态向运动状态转化的过程 但其逆过程却不能自发地进行 即不可能由大量分子无序运动自发地转变为有序的运动 有序 无序 2 对热传导过程的微观解释从微观上看 热传导的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 其逆过程不能自发地进行 3 热力学第二定律的微观实质与有关的自发的宏观过程 总是朝着分子热运动状态性增加的方向进行的 热现象 无序 1 熵 描述物体无序程度的物理量 2 熵增加原理 在任何自然过程中 一个孤立系统的总熵不会 填 增加 或 减少 这就是熵增加原理 也是热力学第二定律的另一种表述 四 熵增加原理 减少 题型探究 例1 多选 根据热力学第二定律可知 下列说法中正确的是 答案 解析 一 热力学第二定律的基本考查 A 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B 没有冷凝器 只有单一的热源 能将从单一热源吸收的热量全部用来做功 而不引起其他变化的热机是可以实现的C 制冷系统将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气 而不引起其他变化D 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 解析热力学第二定律揭示了与热现象有关的物理过程的方向性 机械能和内能的转化过程具有方向性 机械能可以全部转化为内能 而内能要转化为机械能必须借助外部的帮助 即会引起其他变化 A选项正确 B选项错误 热传递过程也具有方向性 热量能自发地从高温物体传给低温物体 但是热量要从低温物体传到高温物体 必然要引起其他变化 外界对系统做功 故C选项错误 D选项正确 例2关于热力学第一定律和热力学第二定律 下列论述正确的是 二 两个热力学定律的比较 应用 A 热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化 而热力学第二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式的能 故这两条定律是相互矛盾的B 内能可以全部转化为其他形式的能 只是会产生其他影响 故两条定律并不矛盾C 两条定律都是有关能量转化的规律 它们不但不矛盾 而且没有本质区别D 其实 能量守恒定律已经包含了热力学第一定律和热力学第二定律 答案 解析 解析热力学第一定律是能量守恒在热现象中的体现 而热力学第二定律则指出内能和其他形式能发生转化的方向性 两者并不矛盾 选项A C D错误 B正确 例3 多选 第二类永动机不可能制成是因为 答案 A 违背了能量守恒定律B 违背了热力学第二定律C 机械能不能全部转变为内能D 内能不可能全部转化为机械能 而不产生其他影响 例4下列关于热力学第二定律微观意义的说法正确的是 答案 解析 三 热力学第二定律的微观意义和熵增加原理 A 从微观的角度看 热力学第二定律是一个统计规律B 一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行C 有的自然过程沿着分子热运动无序性增大的方向进行 有的自然过程沿着分子热运动无序性减小的方向进行D 在任何自然过程中 一个孤立系统的总熵会减小 解析热力学第二定律是一个统计规律 A对 从热力学第二定律的微观本质看 一切不可逆过程总是沿着大量分子热运动无序程度增大的方向进行 B C错 任何自然过程总是朝着无序程度增大的方向进行 也就是熵增加的方向进行 故D错 所以选A 达标检测 1 热力学第二定律 多选 下列说法中正确的是 答案 解析 1 2 3 4 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 解析热力学第二定律指出了热现象的方向性 而同时也指出了发生这些单一方向的过程的条件 自发 2 热力学定律的应用 下列说法中错误的是 答案 解析 1 2 3 4 A 第一类永动机不可能制成 因为它违背了能量守恒定律B 第二类永动机不可能制成 因为它违背了能量守恒定律C 热力学第一定律和热力学第二定律是相互独立的D 热力学第二定律的两种表述是等效的 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热力学第二定律 故选项A正确 选项B错误 热力学第一定律与热力学第二定律相辅相成 互相独立 选项C正确 热力学第二定律的两种表述是等效的 选项D正确 故选B项 1 2 3 4 3 热力学第二定律的微观意义 多选 关于热力学第二定律的微观意义 下列说法正确的是 答案 解析 1 2 3 4 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无序运动状态向有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 一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行 解析分子热运动是大量分子的无规则运动 系统的一个宏观状态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 而不是变得有序 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 1 2 3 4 4 熵 下列关于熵的说法中错误的是 1 2 3 4 A 熵是系统内分子运动无序性的量度B 在自然过程中一个孤立系统的熵总是增加或不变的C 热力学第二定律也叫做熵减小原理D