高中物理 第3章 第4节 热力学第二定律精品课件 粤教版选修33.ppt

第四节热力学第二定律 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第四节 课前自主学案 课标定位 课标定位 学习目标 1 了解热现象中宏观自然过程的方向性 2 理解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 3 了解什么是第二类永动机 为什么第二类永动机不可能制成 4 了解熵是反映系统无序程度的物理量 重点难点 1 热力学第二定律及所反映出的热现象的宏观过程的方向性 2 热力学第二定律中所描述的 不发生其他变化 课前自主学案 一 热传导的方向性1 两个温度不同的物体互相接触时 热量会自发地从 物体传给 物体 但不会自发地从 物体传给 物体 这说明 热传导过程是有 的 2 热力学第二定律是一条反映自然界过程进行 和 的规律 高温 低温 低温 高温 方向性 方向 条件 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 性 即机械能全部转化为内能的过程是可以 进行的 内能全部转化为机械能的过程 是不能 进行的 要将内能全部转化为机械能 必然会引起其他影响 方向 自发 自发 2 第二类永动机 1 定义 从 吸热全部用来 而不引起其他变化的热机 2 第二类永动机不可能制成 原因是它违背了热力学第二定律 三 热力学第二定律1 第一种表述 克劳修斯表述 热量不能 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 单一热源 做功 自动地 2 第二种表述 开尔文表述 不可能从 吸收热量并把它全部用来 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 热现象的宏观过程都具有方向性 3 自然界中一切与热现象有关的自然过程都具有方向性 单一热源 做功 思考感悟 水往低处流 是一个自发过程 在无外界影响时 它的逆过程可否实现 你由这一自然现象受到什么启发 提示 不能实现 自然界中出现的自发过程一般都是不可逆的 3 热传递和内能的关系 若物体既不对外做功 外界对物体也不做功 当物体从外界吸收热量q时 它的内能 关系式为q 若物体向外放出热量 则q 0 u 0 表明内能 4 热力学第一定律如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程 那么 物体内能的增加 u就等于物体 的热量q和 做的功w之和 增加 u 减少 吸收 外界对物体 思考感悟下列现象中能量是怎样转化的 a 水电站发电时 水轮机被水流冲击转动 带动发电机发电b 利用地热发电提示 a 机械能转化为电能 b 热能转化为电能 四 热力学第二定律的微观实质1 做功是与分子群体的 运动联系在一起的 内能是和分子的 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 运动朝 运动的方向转换的过程 其相反方向的过程是大量分子从 运动朝 运动方向转换的过程 有序 无序 有序 无序 无序 有序 2 热传导过程是使物体内部分子的热运动由比较 的状态向 的状态转化的过程 3 热力学第二定律的微观实质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 增加的方向进行的 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 有序 无序 无序性 核心要点突破 一 对热力学第二定律的微观解释1 有序和无序有序 只要确定了某种规则 符合这个规则的就叫做有序 无序 不符合某种确定规则的称为无序 无序意味着各处都一样 平均 没有差别 有序则相反 有序和无序是相对的 2 宏观态和微观态宏观态 符合某种规定 规则的状态 叫做热力学系统的宏观态 微观态 在宏观状态下 符合另外的规定 规则的状态叫做这个宏观态的微观态 系统的宏观态所对应的微观态的多少表现为宏观态无序程度的大小 如果一个 宏观态 对应的 微观态 比较多 就说这个 宏观态 是比较无序的 同时也决定了宏观过程的方向性 从有序到无序 3 热力学第二定律的微观意义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 4 熵一个系统的熵是随着系统状态的变化而变化的 在自然过程中 系统的熵是增加的 在绝热过程或孤立系统中 熵是增加的 叫做熵增加原理 对于其他情况 系统的熵可能增加 也可能减小 从微观的角度看 热力学第二定律是一个统计规律 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程度更大的方向发展 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 一个物体在粗糙的平面上滑动 最后停止 系统的熵如何变化 解析 因为物体由于受到摩擦力而停止运动 其动能变为系统的内能 增加了系统分子无规则运动的程度 使得无规则运动加强 也就是系统的无序程度增加了 所以系统的熵增加 答案 见解析 二 热力学第一 第二定律的比较及两类永动机的比较1 热力学第二定律与热力学第一定律比较 2 两类永动机的比较 特别提醒 热力学第二定律是在提高热机效率的生产实践中发现的 但它对实践的指导意义却不限于热机 它与热力学第一定律一起构成了热力学的主要理论基础 除对热学研究外 其他如在化学反应中 研究化学能与其他形式能量的转化及各种化学过程进行的条件和方向等都有着重要的指导意义 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 单选 关于两类永动机和热力学两个定律 下列说法正确的是 a 第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律b 第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律 c 由热力学第一定律可知做功不一定改变内能 热传递也不一定改变内能 但同时做功和热传递一定会改变内能d 由热力学第二定律可知热从低温物体传向高温物体是可能的 从单一热源吸收热量 完全变成功也是可能的 解析 选d 第一类永动机违反热力学第一定律 第二类永动机违反热力学第二定律 a b错 由热力学第一定律可知w 0 q 0 但 u w q可以等于0 c错 由热力学第二定律可知d中现象是可能的 但不引起其他变化是不可能的 d对 课堂互动讲练 双选 下列说法正确的是 a 热传导的过程是有方向性的b 第二类永动机不可能制成 因为它违反能量守恒定律c 第二类永动机不可能制成 因为机械能和内能的转化过程具有方向性d 热力学第二定律表明 所有的物理过程都具有方向性 思路点拨 理解热力学第二定律的内涵及与热力学第一定律的区别 精讲精析 根据热力学第二定律和实验事实都可以说明 热传导的过程是有方向性的 热量可以从高温物体自发地传给低温物体 却不能自发地由低温物体传给高温物体 所以选项a正确 第二类永动机是一种热机 它希望能够从单一热源吸热全部用来做功而不引起其他任何的变化 这种 设想并不违反能量守恒定律 但违反热力学第二定律 所以选项b错误 选项c正确 热力学第二定律指出了所有与热现象有关的宏观物理过程都具有方向性 并不是所有的物理过程都具有方向性 因此选项d的说法错误 答案 ac 规律总结 热力学第二定律反映了一个自然规律 这就是与热现象有关的宏观物理过程具有方向性 主要是热传导的方向性和机械能转化为内能的方向性 由于人们发现这样的规律是源于对热机的研究 所以定律的表述比较抽象 重要的是要通过一些实例认识有哪些现象表明了能量转化过程的方向性 单选 关于永动机和热力学定律的讨论 下列叙述正确的是 a 第二类永动机违反能量守恒定律b 如果物体从外界吸收了热量 则物体的内能一定增加c 外界对物体做功 则物体的内能一定增加d 做功和热传递都可以改变物体的内能 但从能量转化或转移的观点来看这两种改变方式是有区别的 思路点拨 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 并不违背能量守恒定律 热力学第一定律揭示了能量守恒定律中内能变化的方式 自主解答 第二类永动机违反热力学第二定律 并不是违反能量守恒定律 故a错 据热力学第一定律 u q w知内能的变化由做功w和热传递q两个方面共同决定 只知道做功情况或只知道热传递情况无法确定内能的变化情况 故b c项错误 做功和热传递都可改变物体内能 但做功是不同形式能的转化 而热传递是同种形式能间的转移 这两种方式是有区别的 故d正确 答案 d 变式训练 单选 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 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