鲁科版选修33 热力学第二定律 第1课时 学案.docx

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.各个击破方向性的理解两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，使高温物体的温度降低，低温物体的温度升高.这个过程是自发地进行的，不需要任何外界的影响或者帮助.有时我们也能实现热量从低温物体传向高温物体，如电冰箱，但这不是自发地进行的，需要消耗电能.其实，自然界中很多宏观的自发的过程都具有单向性，是不可逆的，如：水往低处流，事物由新变旧，人的生老病死等.【例1】下列说法正确的是( )a.热量能自发地从高温物体传给低温物体b.热量不能从低温物体传到高温物体c.热传导是有方向性的d.气体向真空中膨胀的过程是有方向性的解析：如果是自发地进行，热量只能从高温物体传到低温物体，但这并不是说热量不能从低温物体传到高温物体，只是不能自发地进行，在外界条件的帮助下，热量也能从低温物体传到高温物体，a对，b错，c对.气体向真空中膨胀的过程也是不可逆的，具有方向性的，d对.答案：acd第二类永动机的实质历史上也曾有不少人设想制造一种热机，用它把物体与地面摩擦所生成的热量都吸收过来，并对物体做功，将内能全部转化为动能，使因摩擦停止运动的物体在地面上运动起来，而不引起其他变化，这种机械称为第二类永动机.第二类永动机不违反能量守恒定律，但要注意：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，而不引起其他变化.比如，内燃机气缸中的气体吸收燃料燃烧时产生的热量q1，推动活塞做功w，但排去的废气同时把一部分热量q2散发到大气中，由能量守恒定律知道q1=w+q2，所以气体燃烧产生的热量并没有全部转化为机械能，热机的效率不可能达到100，所以第二类永动机不可能制成，这表明机械能和内能的转化过程具有方向性.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.【例2】 第二类永动机不可能制成，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.机械能不能全部转化为内能d.内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化解析：第二类永动机的设想并不违背能量守恒定律，但却违背了涉及热现象的能量转化过程是有方向性的规律，a错.在引起其他变化的情况下，热量也可由低温物体非自发地传递到高温物体，b错.机械能可以全部转化为内能，如物体克服摩擦力做功的过程，c错.但在不引起其他变化的情况下，内能却不能全部转化成机械能.d对.答案：d三点剖析类题演练1根据热力学第二定律，下列说法中正确的是( )a.热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体b.热量能够从高温物体传到低温物体，也可能从低温物体传到高温物体c.机械能可以全部转化为内能，但内能不可能全部转化为机械能d.机械能可以全部转化为内能，内能也可能全部转化为机械能解析：因为自然界客观存在的热现象的宏观过程具有方向性，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，但是可以实现由低温物体向高温物体的传递；内能不可能全部转化为机械能，而不引起其他变化，如果在热传递或能量转化过程引起其他变化，也可实现可逆转化.答案：bc类题演练2如图5-3-3所示，气缸内盛有定量的理想气体，气缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与气缸壁的接触是光滑的，但不漏气.现将活塞杆与外界连接使之缓慢地向右移动，这样气体将等温膨胀并通过杆对外做功.若已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法正确的是( )图5-3-3a.气体是从单一热源吸收热量，全部用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律b.气体是从单一热源吸收热量，但并未全部用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律c.气体是从单一热源吸收热量，全部用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律d.a、b、c三种说法都不对解析：气体从外界吸热历经等温膨胀过程，其内能保持不变，根据热力学第一定律u=wq，u=0，q0，则w=q，即气体从单一热源吸热，全部用来对外做功，但引起了其他变化，或者说气体并没有恢复到原来状态，因此，此过程并不违反热力学第二定律，c选项正确.答案：c变式提升3关于热力学第二定律，下列说法中正确的是( )a.克劳修斯表述，指出了在自然条件下热量只能从高温物体向低温物体转移，而不能由低温物体自动向高温物体转移，也就是说在自然条件下，这个转变过程是不可逆的.要使热传递方向倒转过来，只有靠消耗功来实现b.开尔文表述，指出了自然界中任何形式的能都会很容易地变成热，而反过来热却不能在不产生其他影响的条件下完全变成其他形式的能，从而说明了这种转变在自然条件下也是不可逆的c.第二