物理选修沪科版描述无序程度的物理量

1、143热力学第二定律热力学第二定律44描述无序程度的物理量描述无序程度的物理量2课标定位课标定位学习目标：学习目标：1.知道热传递过程的方向性知道热传递过程的方向性2知道热力学第二定律的两种不同的表述，以及这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两种表述的物理实质3知道什么是第二类永动机，为什么第二类永动机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不可能制成4理解热力学第二定律的微观含义，了解熵的概念理解热力学第二定律的微观含义，了解熵的概念及用熵的概念表示的热力学第二定律及用熵的概念表示的热力学第二定律重点难点：对热力学第二定律两种表述的理解，对重点难点：对热

2、力学第二定律两种表述的理解，对熵概念的理解熵概念的理解3核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练知能优化训练知能优化训练4.4描描述述无无序序程程度度的的物物理理量量课前自主学案课前自主学案4课前自主学案课前自主学案一、自然过程的方向性一、自然过程的方向性1一切与热现象有关的宏观自然过程都是一切与热现象有关的宏观自然过程都是_的，即宏观自然过程具有的，即宏观自然过程具有_性性2德国物理学家克劳修斯在德国物理学家克劳修斯在1850年提出：热量年提出：热量_地从低温物体传到高温物体，这就是地从低温物体传到高温物体，这就是热力学第二定律的克劳修斯表述，阐述的是热传热力学第二定律的克劳修斯表述

3、，阐述的是热传递的递的_不可逆不可逆方向方向不能自发不能自发方向性方向性5二、理想热机的启示二、理想热机的启示开尔文表述开尔文表述1开尔文于开尔文于1851年提出了热力学第二定律的另一种年提出了热力学第二定律的另一种表述，即开尔文表述：不可能从表述，即开尔文表述：不可能从_吸收热吸收热量，使之量，使之_变成功，而不产生其他影响变成功，而不产生其他影响2热力学第二定律的上述两种表述是热力学第二定律的上述两种表述是_的，可的，可以从一种表述推导出另一种表述，对任何一类宏观自以从一种表述推导出另一种表述，对任何一类宏观自然过程然过程_的说明，都可以作为热力学第二定的说明，都可以作为热力学第二定律的表

4、述律的表述单一热源单一热源完全完全等价等价进行方向进行方向63热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的子参与宏观过程的_，使人们认识到自然界，使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有中进行的涉及热现象的宏观过程都具有_性性不可逆性不可逆性方向方向7思考感悟思考感悟如图如图431所示操作后，拿掉物块，活塞还能自所示操作后，拿掉物块，活塞还能自发地返回原位置吗？发地返回原位置吗？图图431提示：提示：拿出物块后，活塞不能返回原位置因为这拿出物块后，活塞不能返回原位置因为这违背了热力学第二定律违背了热力学第二定律8三、宏观方向性

5、的微观本质三、宏观方向性的微观本质1在生活中遇到的有关事件，只要确定了某种规则，在生活中遇到的有关事件，只要确定了某种规则，符合这个规则的就是符合这个规则的就是_的，如果对个体没有确定的，如果对个体没有确定的要求，我们就说这是的要求，我们就说这是_的，如果一个的，如果一个“宏观态宏观态”对应的对应的“微观态微观态”比较多，就说这个比较多，就说这个“宏观态宏观态”是是比较比较_的的2一切自然过程总是沿着分子热运动的一切自然过程总是沿着分子热运动的_的方向进行这就是热力学第二定律的微观的方向进行这就是热力学第二定律的微观意义意义有序有序无序无序无序无序无序性无序性增大增大9四、一个非常有用的概念四

6、、一个非常有用的概念熵熵1在物理学上，为了描述一个系统的在物理学上，为了描述一个系统的_，引入了一个物理量，叫做熵系统的熵高，表示无序引入了一个物理量，叫做熵系统的熵高，表示无序程度大程度大,显得显得“混乱混乱”和和“分散分散”；系统的熵低，表；系统的熵低，表示无序程度小，显得示无序程度小，显得“有序有序”、“整齐整齐”和和“集集中中”2引入熵之后，关于自然过程的方向性就可以表述引入熵之后，关于自然过程的方向性就可以表述为：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵为：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵_这就是用熵的概念表示的热力学第二定这就是用熵的概念表示的热力学第二定律律无序程度无序程度不会减

7、少不会减少10五、无处不在的熵五、无处不在的熵1任何宏观物质系统，他们都有熵而且熵可以在任何宏观物质系统，他们都有熵而且熵可以在过程中增加和传递大量事实证明，每一个不可逆过过程中增加和传递大量事实证明，每一个不可逆过程，都是导致程，都是导致_的根源的根源2能量转化与守恒定律和熵增加原理是自然界中两能量转化与守恒定律和熵增加原理是自然界中两条普遍的规律，堪称是宇宙的法规，它们一起控制着条普遍的规律，堪称是宇宙的法规，它们一起控制着一切自然过程中的发生和发展；任何过程中一切参与一切自然过程中的发生和发展；任何过程中一切参与者的总能量必定者的总能量必定_，总熵必定，总熵必定_熵增加熵增加保持不变保持

8、不变不会减少不会减少11核心要点突破核心要点突破一、对热力学第二定律的理解一、对热力学第二定律的理解1两种表述两种表述(1)不可能使热量由低温物体传递到高温物体而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这是按照热传导的方向性来不引起其他变化这是按照热传导的方向性来表述的表述的(2)不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化也可以表述为：第做功，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这是按照机械能二类永动机是不可能制成的这是按照机械能与内能转化过程的方向性来表述的与内能转化过程的方向性来表述的122在热力学第二

9、定律的表述中，正确理解在热力学第二定律的表述中，正确理解“自发自发地地”、“不产生其他影响不产生其他影响”的涵义是解题的关键的涵义是解题的关键(1)“自发地自发地”是指热量从高温物体是指热量从高温物体“自发地自发地”传给低传给低温物体的方向性在传递过程中不会对其他物体产温物体的方向性在传递过程中不会对其他物体产生影响或借助其他物体提供能量等生影响或借助其他物体提供能量等(2)“不产生其他影响不产生其他影响”的涵义是使热量从低温物体传的涵义是使热量从低温物体传递到高温物体或从单一热库吸收热量全部用来做功，递到高温物体或从单一热库吸收热量全部用来做功，不须通过第三者的帮助这里的帮助是指提供能量不须

10、通过第三者的帮助这里的帮助是指提供能量等方式等方式133两种表述等价性的证明两种表述等价性的证明两种表述是等价的，即一个说法是正确的，另一个两种表述是等价的，即一个说法是正确的，另一个说法也必然是正确的；如一个说法是错误的，另一说法也必然是正确的；如一个说法是错误的，另一个说法必然是不成立的下面给出证明：个说法必然是不成立的下面给出证明：设表述设表述(1)不成立，如图不成立，如图432所示，低温热源所示，低温热源T2可可以自发地向高温热源以自发地向高温热源T1传递热量传递热量Q2.那么，我们可在那么，我们可在高温热源高温热源T1和低温热源和低温热源T2之间设置一热机，使它从高之间设置一热机，使

11、它从高温热源吸收热量温热源吸收热量Q1，对外做功，对外做功W，并把热量，并把热量Q2传递传递给低温热源当这一过程完成之时，低温热源由于给低温热源当这一过程完成之时，低温热源由于吸热和放热相等，没有引起其他变化高温热源放吸热和放热相等，没有引起其他变化高温热源放出热量出热量Q1大于吸收热量大于吸收热量Q2，热机对外做功，热机对外做功14WQ1Q2，相当于高温热源放出的热量全部用来对，相当于高温热源放出的热量全部用来对外做功，且没有引起其他变化，也就是说单一热源所外做功，且没有引起其他变化，也就是说单一热源所放出的热量全部用来做功这显然是违反表述放出的热量全部用来做功这显然是违反表述(2)的即凡违

12、反表述的即凡违反表述(1)的说法，必然违反表述的说法，必然违反表述(2)反反之，也可以证明，凡违反表述之，也可以证明，凡违反表述(2)的，也必然违反表述的，也必然违反表述(1)图图43215即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1.根据热力学第二定律，下列说法中正确的是根据热力学第二定律，下列说法中正确的是()A不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功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收的热量全部用

13、来做功，而不引起其他变化的热机是可以实现的可以实现的C制冷系统将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气制冷系统将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气中而不引起其他变化中而不引起其他变化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，而不引起其他变化起其他变化16解析：解析：选选AD.本题考查对热力学第二定律的综合理本题考查对热力学第二定律的综合理解热力学第二定律揭示了与热现象有关的物理过解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，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，而内能要全部转化为机

14、械能可以全部转化为内能，而内能要全部转化为机械能必须借助外部的帮助，因而引起其他变化，机械能必须借助外部的帮助，因而引起其他变化，故故A选项正确，选项正确，B选项错误热传导过程也具有方向选项错误热传导过程也具有方向性，热量能自发地从高温物体传给低温物体性，热量能自发地从高温物体传给低温物体,但是热但是热量要从低温物体传到高温物体，必然要引起其他变量要从低温物体传到高温物体，必然要引起其他变化化(外界对系统做功外界对系统做功)，故，故C选项错误，选项错误，D选项正选项正确故正确确故正确答案为答案为A、D.17二、第二类永动机二、第二类永动机(理想热机理想热机)不能制成的原因不能制成的原因1热机的

15、组成部分及原理热机的组成部分及原理(1)热源：指燃烧燃料而获得能量的部件热源：指燃烧燃料而获得能量的部件(2)工作物质：指利用获得的热量来做功的物质，如工作物质：指利用获得的热量来做功的物质，如蒸汽机里的蒸汽、内燃机里燃烧后的高温气体蒸汽机里的蒸汽、内燃机里燃烧后的高温气体18(3)冷凝器：把做功后工作物质所剩余的热量进行再吸冷凝器：把做功后工作物质所剩余的热量进行再吸收的部分如推动活塞做功后放出的蒸汽的温度也很收的部分如推动活塞做功后放出的蒸汽的温度也很高，如果把这种蒸汽直接放入大气中，则大气就是冷高，如果把这种蒸汽直接放入大气中，则大气就是冷凝器当然这样就白白浪费了剩余的蒸汽所具有的能凝器

16、当然这样就白白浪费了剩余的蒸汽所具有的能量，通常把这种工作后剩余的蒸汽通过管道送入居民量，通常把这种工作后剩余的蒸汽通过管道送入居民区用于烧水、做饭、取暖等区用于烧水、做饭、取暖等19202热机效应分析热机效应分析(1)因热机工作时，总要向冷凝器散热，不可避免地要因热机工作时，总要向冷凝器散热，不可避免地要释放一部分热量释放一部分热量Q2，所以总有，所以总有Q1W.(2)热机的效率不可能达到热机的效率不可能达到100%，即使是理想热机，即使是理想热机，没有摩擦，也没有漏气等能量损失，它也不可能把吸没有摩擦，也没有漏气等能量损失，它也不可能把吸收的能量百分之百地转化成机械能，总要有一部分热收的能

17、量百分之百地转化成机械能，总要有一部分热量散发到冷凝器中量散发到冷凝器中213第二类永动机违背热力学第二定律第二类永动机违背热力学第二定律虽然第二类永动机不违反能量守恒定律，大量的事实虽然第二类永动机不违反能量守恒定律，大量的事实证明，在任何情况下，热机都不可能只有一个热源，证明，在任何情况下，热机都不可能只有一个热源，热机要不断地把吸取的热量变为有用的功，就不可避热机要不断地把吸取的热量变为有用的功，就不可避免地将一部分热量传给低温热源，故第二永动机不可免地将一部分热量传给低温热源，故第二永动机不可能制成能制成22即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2.下列说法正确的是下

18、列说法正确的是()A热传导的过程是有方向性的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第二类永动机不可能制成，因为它违反能量守恒定律定律C第二类永动机不可能制成，因为机械能和内能的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热力学第二定律表明，所有的物理过程都具有方向性向性23解析：解析：选选AC.根据热力学第二定律和实验事实都可以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

19、由低温物体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，所以选项传给高温物体，所以选项A正确第二类永动机是一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，所以选项定律，但违反热力学第二定律，所以选项B错误，选错误，选项项C正确热力学第二定律指出了所有与热现象有关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

20、有方向性，因此选项程都具有方向性，因此选项D的说法错误的说法错误24三、对熵的理解三、对熵的理解1熵是反映系统无序程度的物理量，正如温度反映熵是反映系统无序程度的物理量，正如温度反映物体内分子平均动能大小一样系统越混乱，无序程物体内分子平均动能大小一样系统越混乱，无序程度越大，就称这个系统的熵越大度越大，就称这个系统的熵越大2系统自发变化时，总是向着无序程度增加的方向系统自发变化时，总是向着无序程度增加的方向发展，至少无序程度不会减少也就是说，系统自发发展，至少无序程度不会减少也就是说，系统自发变化时，总是由热力学概率小的状态向热力学概率大变化时，总是由热力学概率小的状态向热力学概率大的状态进

21、行从熵的意义上说，系统自发变化时总是的状态进行从熵的意义上说，系统自发变化时总是向着熵增加的方向发展，不会使熵减少向着熵增加的方向发展，不会使熵减少253任何宏观物质系统都有一定量的熵，熵也可以在任何宏观物质系统都有一定量的熵，熵也可以在系统的变化过程中产生或传递系统的变化过程中产生或传递4一切自然过程的发生和发展中，总熵必定不会减一切自然过程的发生和发展中，总熵必定不会减少少26特别提醒：特别提醒：根据熵的含义，热力学系统处于非平衡态根据熵的含义，热力学系统处于非平衡态时的粒子热运动有一定的有序性，因此，其熵值较小；时的粒子热运动有一定的有序性，因此，其熵值较小；当其达到平衡态后，其粒子热运

22、动的无序性达到极高当其达到平衡态后，其粒子热运动的无序性达到极高程度，使其熵值达到最大值程度，使其熵值达到最大值对于绝热或孤立的热力学系统而言，所发生的是由非对于绝热或孤立的热力学系统而言，所发生的是由非平衡态向着平衡态的变化过程，因此，总是朝着熵增平衡态向着平衡态的变化过程，因此，总是朝着熵增加的方向进行或者说，一个孤立系统的熵永远不会加的方向进行或者说，一个孤立系统的熵永远不会减小这就是熵增加原理减小这就是熵增加原理27即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)3.下面关于熵的有关说法错误的是下面关于熵的有关说法错误的是()A熵是系统内分子运动无序性的量度熵是系统内分子运动无

23、序性的量度B在自然过程中熵总是增加的在自然过程中熵总是增加的C热力学第二定律也叫做熵减小原理热力学第二定律也叫做熵减小原理D熵值越大代表着越无序熵值越大代表着越无序解析：解析：选选C.如果过程是可逆的，则熵不变；如果不可如果过程是可逆的，则熵不变；如果不可逆，则熵是增加的，而且一切自然过程都是沿着分子逆，则熵是增加的，而且一切自然过程都是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行热运动的无序性增大的方向进行28根据热力学第二定律，下列说法正确的根据热力学第二定律，下列说法正确的是是()A热机中燃气的内能不可能全部变成机械能热机中燃气的内能不可能全部变成机械能B电能不可能全部转变成内能电能不可能全部转

24、变成内能C在火力发电机中，燃气的内能不可能全部在火力发电机中，燃气的内能不可能全部转变成电能转变成电能D在热传导中，热量不可能自发地从低温物在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体体传递给高温物体课堂互动讲练课堂互动讲练热力学第二定律的理解及应热力学第二定律的理解及应用用29【精讲精析精讲精析】凡是与热现象有关的宏观热现象都具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，有方向性无论采用任何设备和手段进行能量转化，总是遵循总是遵循“机械能可全部转化为内能，而内能不能全机械能可全部转化为内能，而内能不能全部转化为机械能部转化为机械能”，故，故A正确火力发

25、电机发电时，正确火力发电机发电时，能量转化的过程为内能能量转化的过程为内能机械能机械能电能，因为内能电能，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，必然不能全部变为电能，C正确热量从低温物体传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，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结果会带来其他影响，这正是热力学第二定律第一种(克氏克氏)表述的主要思想，故表述的主要思想，故D正确由电流热效应中正确由电流热效应中的焦耳定律可知，电能可以全部转化为内能故的

26、焦耳定律可知，电能可以全部转化为内能故B错错误答案为误答案为ACD.30【答案答案】ACD【方法总结方法总结】与热现象有关的宏观物理过程与热现象有关的宏观物理过程具有方向性，是不可逆的，分析问题时要注意具有方向性，是不可逆的，分析问题时要注意哪些过程可以哪些过程可以“自发地自发地”进行哪些过程不会进行哪些过程不会达到达到100%的转化而不产生其他影响的转化而不产生其他影响31关于热力学第一定律和热力学第二定律，下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

27、出内能不可能完全互转化，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转化为其他形式的能，故这两条定律是相互矛盾的热力学第一、第二定律的比较热力学第一、第二定律的比较32B内能可以全部转化为其他形式的能，只是会产生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其他影响，故两条定律并不矛盾C两条定律都是有关能量的转化规律，它们不但不两条定律都是有关能量的转化规律，它们不但不矛盾，而且没有本质区别矛盾，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其实，能量守恒定律已经包含了热力学第一定律和热和热力学第二定律力学第二定律33【

28、精讲精析精讲精析】热力学第一定律揭示了内能与其他形热力学第一定律揭示了内能与其他形式能量之间的转化关系，是能量守恒定律在热学中的式能量之间的转化关系，是能量守恒定律在热学中的具体体现热力学第二定律则进一步阐明了内能与其具体体现热力学第二定律则进一步阐明了内能与其他形式能量转化时的方向性，二者表述的角度不同，他形式能量转化时的方向性，二者表述的角度不同，本质不同，相互补充，并不矛盾，故本质不同，相互补充，并不矛盾，故C、D错误，错误，B项项正确；内能在一定条件下可以全部转化为机械能正确；内能在一定条件下可以全部转化为机械能,热热量也可以由低温物体传递到高温物体，但是要引起其量也可以由低温物体传递

29、到高温物体，但是要引起其他变化，如电冰箱制冷机工作还要消耗电能，故他变化，如电冰箱制冷机工作还要消耗电能，故A错错误误34【答案答案】B【方法总结方法总结】热力学第二定律揭示了与热现象有关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的内能变化的方学第一定律揭示了能量守恒定律中的内能变化的方式式35热力学第二定律的开尔文表述指出：内能与机热力学第二定律的开尔文表述指出：内能与机械能的转化具有方向性请结合熵的变化加以解释械能的转化具有方向性请结合熵的变化加以解释【思路点拨思路点拨】根据热运动的无序性和熵的含义分根据热运动的无序性和熵的含义分析析热力学第二定律的微观意义、熵热力学第二定律的微观意义、熵36【自主解答自主解答】机械运动是宏观情况下物体在空间位机械运动是宏观情况下物体在空间位置上