高中物理 第三章 第四节 热力学第二定律配套辅导与检测课件 粤教版选修33.ppt

第四节热力学第二定律 热力学基础 1 了解自然界中宏观过程的方向性 2 了解热力学第二定律的两种表述方法 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以制成 4 了解热力学第二定律的微观实质 5 了解熵的意义 任何物体都具有内能 在地球上贮存量十分丰富的海水总质量约达1 4 1018吨 它的温度只要降低1 就能释放相当于1800万个功率为100万千瓦的核电站一年的发电量 足够全世界使用4000年 而人类都不能利用这种 新能源 究其原因 是因为涉及物理学的一个基本定律 热力学第二定律 1 热量可 地从 物体传给低温物体 但不能自发地从 物体传给 物体 2 机械能全部转化为内能的过程是 的 内能全部和转化为机械能的过程是 的 3 热力学第二定律 1 克劳修斯表述 不可能使热量从 传向 而不引起其它变化 自发高温 低温高温 可自发 不可自发 低温物体 高温物体 2 开尔文表述 不可能从 吸取热量并把它全部用来 而不引起其它变化 4 第二类永动机 从 的机器 第二类永动机是 制成的 5 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 的方向进行的 单一热源 做功 高温单一热源吸热全部用来做功 不可能 分子热运动状态无序性增加 6 熵是用来描述物体内部分子热运动 的物理量 物体内部分子热运动无序程度越高 物体的熵就越 大 无序程度 热传导的方向性 机械能和内能转化的方向性 1 热传导的方向性 1 热量可自发地从高温物体传给低温物体 但不能自发地从低温物体传向高温物体 2 热量要从低温物体传给高温物体 必须借助外界的作用 即不是自发的 例如空调可以把热量从温度较低的室内传到温度较高的室外 是因为借助电流对空调做功 注意 这里所说 自发地 是指没有任何外界的影响或帮助 2 机械能和内能转化的方向性 1 机械能可自发地全部转化为内能 但内能不可自发地全部转化为机械能 2 在一定条件下 热量也可全部转化为机械能 例如气体的等温膨胀 就是将吸收的热量全部用来对外做功 但是它引起了一定的变化 那就是气体膨胀了 要使气体回到原来状态 就必须对气体做功 3 实际中热机不可能把它得到的全部内能转化为机械能 即热机效率不可能达到100 双选 关于热传导的方向性 下列说法中正确的是 a 热量能自发地从高温物体传给低温物体b 热量能自发地从低温物体传给高温物体c 在一定条件下 热量也可从低温物体传给高温物体d 热量一定不能从低温物体传给高温物体 解析 热量可自发地从高温物体传给低温物体 但不能自发地从低温物体传给高温物体 热量要从低温物体传给高温物体 必须借助外界的作用 a正确 b错误 c正确 d错误 答案 ac 课堂训练 1 双选 下列说法中正确的有 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 根据热传递规律可知热量不可能自发地从低温物体传到高温物体 但在一定条件下 热量也可以从低温物体传到高温物体 例如电冰箱等就是这样的装置 因此a错误 b是正确的 机械能可以全部转化为内能 在一定条件下 内能也可以全部转化为机械能 例如气体的等温膨胀 就是将吸收来的热量全部用来对外做功 但是它引起了一定的变化 那就是气体膨胀了 要使气体回到原来状态 就必须对气体做功 因此c错误 d正确 答案 bd 热力学第二定律 1 两种表述 1 克劳修斯表述 不可能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其它变化 2 开尔文表述 不可能从单一热源吸取热量 并把它全部用来做功而不引起其它变化 2 热力学第二定律两种表述是等价的 可以从其中一种推导出另一种 第一种表述是按热传导的方向性来表述的 第二种表述是按机械能和内能转化的方向性来表述的 不引起其它变化 的涵义是不用借助第三者提供能量等方式的帮助 3 热力学第二定律揭示了自然界间进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性 总是朝着分子热运动状态无序性增加的方向进行的 使得它成为独立于热力学第一定律的一个重要的自然规律 4 第一类永动机和第二类永动机的区别 1 第一类永动机是指不需要任何动力或燃料 却能不断地对外做功的机器 这类永动机违背了能量守恒定律 2 第二类永动机是指可以从单一热源吸收热量 使之完全变成功 而不引起其它变化的机器 这类永动机并不违背能量守恒定律 但是它违背能量转化的方向性 即与热力学第二定律相矛盾 同样也不能制成 5 试述热力学第一定律和热力学第二定律的区别与联系 热力学第一定律指出了在任何热力学过程中 能量不会有任何增加或损失 对自然过程也没有限制 而热力学第二定律是解决了哪些过程可以发生 两个定律从不同角度揭示了热力学过程中遵从的规律 既相互独立 又相互补充 共同构成了热力学知识的理论基础 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 热量能从低温物体传递到高温物体 但要引起其它变化 a错误 外界对物体做功 还要看热传递的情况 才能确定物体内能的变化情况 b错误 第二类永动机是违反了热力学第二定律 没有违反能量转化和守恒定律 c错误 d的说法就是热力学第二定律的描述 正确 答案 d 课堂训练 2 根据热力学第二定律 下列判断错误的是 a 电流的能不可能全部变为内能b 在火力发电机中 燃气的内能不可能全部变为电能c 热机中 燃气内能不可能全部变为机械能d 在热传导中 热量不可能自发地从低温物体传递给高温度物体 解析 根据热力学第二定律可知 凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性 电流的能可全部变为内能 由电流热效应中的焦耳定律可知 而内能不可能全部变成电流的能 机械能可全部变为内能 而内能不可能全部变成机械能 在热传导中 热量只能自发地从高温物体传递给低温物体 而不能自发地从低温物体传递给高温物体 答案 a 熵 1 熵的概念 是用来描述物体内部分子热运动无序程度的物理量 无序性越大 熵越大 2 热力学第二定律的微观意义是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 两个温度不同的物体接触时 热量会自发地从高温物体传向低温物体 直到两者温度相等 从熵增加原理角度解释热传递的这种方向性 解析 温度是物体分子热运动的平均动能的标志 也就是说 温度高就表示物体分子热运动的平均动能大 两个温度不同的物体接触时 两个物体的分子平均动能是不一样的 也就是这样的宏观态相对于分子平均动能处处相等的宏观态来说是有序的 宏观过程总是向无序性更大的方向发展 最后就会变成分子的平均动能处处相等 也即最后温度相等 课堂训练 3 关于熵 下列说法中错误的是 a 熵是系统内分子运动无序性的量度b 热力学第二定律也可叫做熵减小原理c 自然过程中熵总是增加的d 熵值越大 表示越为无序 解析 熵的是用来描述物体内部分子热运动无序程度的物理量 无序性越大 熵越大 a d正确 热力学第二定律的微观意义是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 即沿熵增加的方向进行 b错误 c正确 答案 b 1 下列说法正确的是 a 物体吸收热量 其温度一定升高 b 热量只能从高温物体向低温物体传递 c 遵守热力学第一定律的过程一定能实现 d 做功和热传递是改变物体内能的两种方式 解析 由热力学第一定律可知 做功与热传递可以改变物体的内能 d正确 物体吸收热量时 其内能不一定增大 a错误 由热力学第二定律可知 宏观的热现象有方向性 但若通过外界做功 热量也可以从低温物体传到高温物体 b c 错误 答案 d 2 下列说法正确的是 a 热量只能从高温物体向低温物体传递 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 电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界 是因为其消耗了电能 解析 借助外界的帮助 热量可以由低温物体传递到高温物体 a错误 d正确 外界对物体做功 物体可能同时放出热量 当放出的热量大于外界对物体做的功时 内能减少 b错误 第二类永动机不可能制成 并不违反能量守恒定律 而是违背热力学第二定律 c错误 答案 d 3 下列说法正确的是 a 物体放出热量 温度一定降低b 物体内能增加 温度一定升高c 热量能自发地从低温物体传给高温物体d 热量能自发地从高温物体传给低温物体 解析 热量和内能之间没有必然的联系 内能和宏观的温度 体积有关 所以a b错误 热量能自发的从高温物体传给低温物体 不能从低温物体传给高温物体 c错误 d正确 答案 d 4 第二类永动机不可以制成 是因为 a 违背了能量的守恒定律b 热量总是从高温物体传递到低温物体c 机械能不能全部转变为内能d 内能不能全部转化为机械能 同时不引起其他变化 解析 第二类永动机设想虽然符合能量守恒定律 但是违背了能量转化中有些过程是不可逆的规律 所以不可能制成 答案 d 5 下列说法正确的是 a 机械能全部变成内能是不可能的b 第二类永动机不可能制造成功是因为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成功是可能的 解析 机械能可以自发地转化为内能 a错误 第二类永动机违反的是热力学第二定律 而不是能量的转化和守恒定律 b错误 热力学第二定律中热量能从低温物体传到高温物体 但要在发生其它变化的情况下 c错误 同样的 从单一热源吸收热量全部变成功也是可能的 只要发生其它变化 d正确 答案 d 6 下列说法中正确的是 a 热量可以自发地从低温物体传给高温物体b 内能不能转化为动能c 摩擦生热是动能向内能的转化d 热机的效率最多可以达到100 解析 热量只能自发地从高温物体传到低温物体 a错误 内能可以转化为动能 但要产生其它变化 b错误 热机必须从高温热源吸热后再向低温热源放热才能转化为机械能 所以热机的效率不能达到100 d错误 答案 c 7 根据热力学定律 下列判断正确的是 a 我们可以把火炉散失到周围环境中的能量全部收集到火炉中再次用来取暖b 利用浅层海水和深层海水间的温度差制造出一种热机 将海水的一部分内能转化为机械能 这在原理上是可行的c 制冷系统能将冰箱内的热量传给外界较高温度的空气 而不引起其它变化d 满足能量守恒定律的客观过程都可以自发地进行 解析 热量不能自发地从低温物体传到高温物体 所以不能说把散失的能量全部收集起来 a错误 根据热力学第二定律 可知b正确 热量从低温物体传给高温物体时要发生其它变化 c错误 只满足能量守恒定律但