物理选修3-3：第十章《热力学定律4.热力学第二定律》课件

1、第十章第十章 热力学定律热力学定律4.热力学第二定律热力学第二定律第十章第十章 热力学定律热力学定律第十章第十章 热力学定律热力学定律第十章第十章 热力学定律热力学定律第十章第十章 热力学定律热力学定律一、热力学第二定律的一种表述一、热力学第二定律的一种表述1热传导的方向性热传导的方向性(1)凡是实际的过程，只要涉及热现象，都有特定的凡是实际的过程，只要涉及热现象，都有特定的 性；这些过程可以自发地朝某个性；这些过程可以自发地朝某个 进行，而相反的过程即进行，而相反的过程即使不违背能量守恒定律，它们也不会使不违背能量守恒定律，它们也不会 地进行地进行(2)一切与热现象有关的宏观自然过程都是一切

2、与热现象有关的宏观自然过程都是 的的 2热力学第二定律的一种表述热力学第二定律的一种表述热量不能热量不能 地从低温物体传到高温物体这是热力学地从低温物体传到高温物体这是热力学第二定律的克劳修斯表述，阐述的是第二定律的克劳修斯表述，阐述的是 的方向性的方向性 方向方向方向方向自发自发不可逆不可逆自发自发传热传热第十章第十章 热力学定律热力学定律二、热力学第二定律的另一种表述二、热力学第二定律的另一种表述1热机热机(1)热机工作的两个阶段热机工作的两个阶段第一个阶段是第一个阶段是 ，把燃料中的，把燃料中的 变成工作变成工作物质的内能物质的内能第二个阶段是工作物质对外第二个阶段是工作物质对外 ，把自

3、己的内能变，把自己的内能变成成 (2)热机的效率：热机输出的热机的效率：热机输出的 与燃料产生的与燃料产生的 的的比值用公式表示为比值用公式表示为 .燃烧燃料燃烧燃料化学能化学能做功做功机械能机械能机械功机械功热量热量第十章第十章 热力学定律热力学定律2开尔文表述：不可能从开尔文表述：不可能从 吸收热量，使之完全吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响变成功，而不产生其他影响(即机械能与内能转化具有方向即机械能与内能转化具有方向性性)单一热源单一热源第十章第十章 热力学定律热力学定律第十章第十章 热力学定律热力学定律一、热力学第二定律理解中的几个问题一、热力学第二定律理解中的几个问题1单一热

4、库：单一热库：指温度均匀并且恒定不变的系统若一系统指温度均匀并且恒定不变的系统若一系统各部分温度不相同或者温度不稳定，则构成机器的工作物质可各部分温度不相同或者温度不稳定，则构成机器的工作物质可以在不同温度的两部分之间工作，从而可以对外做功据报道，以在不同温度的两部分之间工作，从而可以对外做功据报道，有些国家已在研究利用海水上下温度不同来发电有些国家已在研究利用海水上下温度不同来发电第十章第十章 热力学定律热力学定律2其他影响：指除了从单一热库吸收的热量，以及所做的其他影响：指除了从单一热库吸收的热量，以及所做的功以外的其他一切影响；或者除了从低温物体吸收热量、高温功以外的其他一切影响；或者除

5、了从低温物体吸收热量、高温物体得到相同的热量外，其他一切影响和变化不是不能从单物体得到相同的热量外，其他一切影响和变化不是不能从单一热库吸收热量而对外做功，而是这样做的结果，一定伴随着一热库吸收热量而对外做功，而是这样做的结果，一定伴随着其他变化或影响同样，也不是热量不能从低温物体传到高温其他变化或影响同样，也不是热量不能从低温物体传到高温物体，而是指不产生其他影响的自动热传递是不可能的物体，而是指不产生其他影响的自动热传递是不可能的3关于关于“不可能不可能”：实际上热机或制冷机系统循环终了时，：实际上热机或制冷机系统循环终了时，除了从单一热库吸收热量对外做功，以及热量从低温热库传到除了从单一

6、热库吸收热量对外做功，以及热量从低温热库传到高温热库以外，过程所产生的其他一切影响，不论用任何曲折高温热库以外，过程所产生的其他一切影响，不论用任何曲折复杂的办法都不可能加以消除复杂的办法都不可能加以消除第十章第十章 热力学定律热力学定律4两种表述是等价的两种表述是等价的如果克劳修斯表达不成立，则开尔文表述也不成立如果克劳修斯表达不成立，则开尔文表述也不成立 第十章第十章 热力学定律热力学定律5热力学第二定律的实质热力学第二定律的实质热力学第二定律的每一种描述，都揭示了大量分子参与宏热力学第二定律的每一种描述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的观过程的

7、方向性，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方向性宏观过程都具有方向性第十章第十章 热力学定律热力学定律二、热力学第一、第二定律的比较及两类永动机的比较二、热力学第一、第二定律的比较及两类永动机的比较1热力学第一定律与热力学第二定律的比较热力学第一定律与热力学第二定律的比较规律规律区别区别联系联系热力学第一定律热力学第一定律热力学第二定律热力学第二定律区别区别热力学第一定律是能量守热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的体现，恒定律在热力学中的体现，否定了创造能量和消灭能否定了创造能量和消灭能量的可能性，从而否定了量的可能性，从而否定了第一类永动机第一类永动机热力学第二定律反映

8、了热力学第二定律反映了一切与热现象有关的宏一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆观自然过程都是不可逆的，从而否定了第二类的，从而否定了第二类永动机永动机联系联系两定律都是热力学基本定律，分别从不同角度揭示两定律都是热力学基本定律，分别从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律，二者相了与热现象有关的物理过程所遵循的规律，二者相互独立，又相互补充，都是热力学的理论基础互独立，又相互补充，都是热力学的理论基础第十章第十章 热力学定律热力学定律2.两类永动机的比较两类永动机的比较比较项比较项第一类永动机第一类永动机第二类永动机第二类永动机设计设计要求要求不消耗任何能量，可以不消耗任何能量，

9、可以不断地对外做功不断地对外做功(或只给或只给予很小的能量启动后，予很小的能量启动后，可以永远运动下去可以永远运动下去)将内能全部转化为机械能，将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化而不引起其他变化(或只或只有一个热源，实现内能与有一个热源，实现内能与机械能的转化机械能的转化)不可能不可能的原因的原因违背了能量守恒定律违背了能量守恒定律违背了热力学第二定律违背了热力学第二定律第十章第十章 热力学定律热力学定律关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说法关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说法正确的是正确的是()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第二类永动机不可能制成是因为违反

10、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，传热也不由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，传热也不一定改变内能，但同时做功和传热一定会改变内能一定改变内能，但同时做功和传热一定会改变内能 D由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是由热力学第二定律可知热量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可能的，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的 第十章第十章 热力学定律热力学定律解析：解析：答案：答案：D【反思总结【反思总结】第一类永动机违反能

11、量守恒定律，第二类第一类永动机违反能量守恒定律，第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反热力学第二定律热力学永动机不违反能量守恒定律，但违反热力学第二定律热力学第一定律是能量守恒定律的一种具体形式，而热力学第二定律第一定律是能量守恒定律的一种具体形式，而热力学第二定律反映的是热现象的方向性反映的是热现象的方向性第十章第十章 热力学定律热力学定律 教材资料分析教材资料分析思考与讨论思考与讨论地球上海水的总质量达地球上海水的总质量达1.41021 kg.如果把这些海水的温度如果把这些海水的温度降低降低1 ，放出的热量就达，放出的热量就达91018 kWh，足够全世界使用，足够全世界使用4 000年这

12、个设想不违背能量守恒定律，但是不能实现，所以叫年这个设想不违背能量守恒定律，但是不能实现，所以叫做第二类永动机前面学到的，违背能量守恒定律的永动机，做第二类永动机前面学到的，违背能量守恒定律的永动机，叫做第一类永动机叫做第一类永动机学过热力学第二定律之后，你能说出为什么不能制成第二学过热力学第二定律之后，你能说出为什么不能制成第二类永动机吗？类永动机吗？第十章第十章 热力学定律热力学定律【点拨【点拨】虽然第二类永动机不违反能量守恒定律，大量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，热机的事实证明，在任何情况下热机都不可能只有一个热源，热机要不断地

13、把吸取的热量变为有用的功，就不可避免地将一部分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热量传给低温热源第十章第十章 热力学定律热力学定律第十章第十章 热力学定律热力学定律第十章第十章 热力学定律热力学定律根据热力学第二定律分析，下列说法中正确的是根据热力学第二定律分析，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传到高温物体B热量能够从高温物体传到低温物体，也可以从低温物体热量能够从高温物体传到低温物体，也可以从低温物体传到高温物体传到高温物体C机械能可以全部转化为内能，但变化

14、的内能不可以全部机械能可以全部转化为内能，但变化的内能不可以全部转化为机械能转化为机械能D机械能可以全部转化为内能，变化的内能也可以全部转机械能可以全部转化为内能，变化的内能也可以全部转化为机械能化为机械能 第十章第十章 热力学定律热力学定律 解析：解析： 答案：答案：BD选项选项个性分析个性分析A错误错误根据传热的规律可知，热量可以自发地从高温物根据传热的规律可知，热量可以自发地从高温物体传到低温物体，但不能自发地体传到低温物体，但不能自发地(不需要外界帮助不需要外界帮助)从低温物体传到高温物体。但是如果借助外界的从低温物体传到高温物体。但是如果借助外界的帮助热量可以从低温物体传到高温物体帮

15、助热量可以从低温物体传到高温物体B正确正确C错误错误机械能可以全部转化为内能机械能可以全部转化为内能(如一个运动物体克服如一个运动物体克服摩擦力做功而最终停止运动时，机械能全部转化摩擦力做功而最终停止运动时，机械能全部转化为内能为内能)；在一定条件下，变化的内能也可以全部；在一定条件下，变化的内能也可以全部转化为机械能，如理想气体在等温膨胀过程中，转化为机械能，如理想气体在等温膨胀过程中，将吸收来的热量全部用来做功将吸收来的热量全部用来做功D正确正确第十章第十章 热力学定律热力学定律【反思总结【反思总结】热量可以从高温物体传到低温物体也可热量可以从高温物体传到低温物体也可以从低温物体传到高温物

16、体，只不过前者能自发地进行，后者以从低温物体传到高温物体，只不过前者能自发地进行，后者必须借助外界的帮助；机械能可以全部转化为内能，而内能要必须借助外界的帮助；机械能可以全部转化为内能，而内能要全部转化为机械能，肯定会引起其他变化全部转化为机械能，肯定会引起其他变化第十章第十章 热力学定律热力学定律【跟踪发散【跟踪发散】11：关于永动机和热力学定律的讨论，：关于永动机和热力学定律的讨论，下列叙述正确的是下列叙述正确的是()A第二类永动机违反能量守恒定律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

17、体的内能一定增加外界对物体做功，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转移的观点来看这两种改变方式是有区别的第十章第十章 热力学定律热力学定律解析：解析：第二类永动机违反热力学第二定律，并不是违反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，故能量守恒定律，故A错据热力学第二定律错据热力学第二定律UQW知内能的知内能的变化由做功变化由做功W和热传递和热传递Q两个方面共同决定，只知道做功情况或两个方面共同决定，只知道做功情况或只知道传热情况无法确定内能的变化情况，故只知

18、道传热情况无法确定内能的变化情况，故B、C项错误做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，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正确正确答案：答案：D第十章第十章 热力学定律热力学定律如图所示为电冰箱的工作原理示意图压缩机工如图所示为电冰箱的工作原理示意图压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环在蒸发器中作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷

19、凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外，下列说法正确的是出热量到箱体外，下列说法正确的是()第十章第十章 热力学定律热力学定律A热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外B电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，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是因为其消耗了电能C电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律D电冰箱的工作原理违反热力学第一定律电冰箱的工作原理违反热力学第一定律第十章第十章 热力学定律热力学定律解析：解析：热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的

20、转化规律，是能的转化和守恒定律的具体表现，适用于所有的转化规律，是能的转化和守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，故热学过程，故C正确，正确，D错误；再根据热力学第二定律，热量不错误；再根据热力学第二定律，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，必须借助于其他系统做能自发地从低温物体传到高温物体，必须借助于其他系统做功功A错误，错误，B正确，故选正确，故选B、C.答案：答案：BC第十章第十章 热力学定律热力学定律【跟踪发散【跟踪发散】21：关于热现象和热学规律，下列说法：关于热现象和热学规律，下列说法中正确的是中正确的是()A随着低温技术的发展，我们可以使温度逐渐降低，并达随着低温技术的发展

21、，我们可以使温度逐渐降低，并达到绝对零度，最终实现热机效率到绝对零度，最终实现热机效率100%B热量是不可能从低温物体传递给高温物体的热量是不可能从低温物体传递给高温物体的C第二类永动机遵守能量守恒定律故能制成第二类永动机遵守能量守恒定律故能制成D用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功2.0105 J，同，同时空气向外界放出热量时空气向外界放出热量1.5105 J，则空气的内能增加了，则空气的内能增加了0.5105 J第十章第十章 热力学定律热力学定律解析：解析：绝对零度不可能达到，绝对零度不可能达到，A错误；由热力学第二定律错误；由热力学第二定律知，知，B、C错

22、误；由热力学第一定律知，错误；由热力学第一定律知，D正确正确答案：答案：D 第十章第十章 热力学定律热力学定律第十章第十章 热力学定律热力学定律1下列哪些物理过程具有方向性下列哪些物理过程具有方向性()A热传导过程热传导过程B机械能和内能的转化过程机械能和内能的转化过程C气体的扩散过程气体的扩散过程 D气体向真空中膨胀的过程气体向真空中膨胀的过程解析：解析：一切与热现象有关的自然现象都具有方向性，应一切与热现象有关的自然现象都具有方向性，应选选ABCD.答案：答案：ABCD第十章第十章 热力学定律热力学定律2关于热传导的方向性，下列说法正确的是关于热传导的方向性，下列说法正确的是()A热量只能

23、由高温物体传给低温物体热量只能由高温物体传给低温物体B热量能自发地由低温物体传给高温物体热量能自发地由低温物体传给高温物体C在一定条件下，热量也可以从低温物体传给高温物体在一定条件下，热量也可以从低温物体传给高温物体D热量一定不可能从低温物体传给高温物体热量一定不可能从低温物体传给高温物体解析：解析：在有外力做功情况下，热量可以从低温物体传递在有外力做功情况下，热量可以从低温物体传递给高温物体，而热量只能自发地从高温物体传给低温物体，故给高温物体，而热量只能自发地从高温物体传给低温物体，故C选项正确选项正确答案：答案：C第十章第十章 热力学定律热力学定律3关于热力学定律，下列说法正确的是关于热

24、力学定律，下列说法正确的是()A在一定条件下物体的温度可以降到在一定条件下物体的温度可以降到0 KB物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功C吸收了热量的物体，其内能一定增加吸收了热量的物体，其内能一定增加D压缩气体总能使气体的温度升高压缩气体总能使气体的温度升高第十章第十章 热力学定律热力学定律解析：解析：热力学零度，即我们所说的热力学零度，即我们所说的273.15 ，这个温，这个温度只能无限接近而不能达到，度只能无限接近而不能达到，A错；由热力学第二定律知，物体错；由热力学第二定律知，物体不可能从单一热源吸收热量全部用来做功而不引起其他变化，不可能从单一

25、热源吸收热量全部用来做功而不引起其他变化，换句话说，在引起其他变化的情况下，物体可以从单一热源吸换句话说，在引起其他变化的情况下，物体可以从单一热源吸收热量全部用来做功，所以收热量全部用来做功，所以B正确；根据热力学第一定律，正确；根据热力学第一定律，UWQ知，改变物体内能的方式是做功和热传递，所以物体吸知，改变物体内能的方式是做功和热传递，所以物体吸收了热量或对物体做功其内能都不一定增加，故收了热量或对物体做功其内能都不一定增加，故C、D错错答案：答案：B第十章第十章 热力学定律热力学定律4下列宏观过程能用热力学第二定律解释的是下列宏观过程能用热力学第二定律解释的是()A大米和小米混合后小米

26、能自发地填充到大米空隙中而经大米和小米混合后小米能自发地填充到大米空隙中而经过一段时间大米、小米不会自动分开过一段时间大米、小米不会自动分开B将一滴红墨水滴入一杯清水中，会均匀扩散到整杯水中，将一滴红墨水滴入一杯清水中，会均匀扩散到整杯水中，经过一段时间，墨水和清水不会自动分开经过一段时间，墨水和清水不会自动分开C冬季的夜晚，放在室外的物体随气温的降低，不会由内冬季的夜晚，放在室外的物体随气温的降低，不会由内能自发地转化为机械能而动起来能自发地转化为机械能而动起来D随着节能减排措施的不断完善，最终也不会使汽车热机随着节能减排措施的不断完善，最终也不会使汽车热机的效率达到的效率达到100%第十章

27、第十章 热力学定律热力学定律解析：解析：热力学第二定律反映的是与热现象有关的宏观过热力学第二定律反映的是与热现象有关的宏观过程的方向性的规律，程的方向性的规律，A不属于热现象，不属于热现象，A错；由热力学第二定律错；由热力学第二定律可知可知B、C、D正确正确答案：答案：BCD第十章第十章 热力学定律热力学定律5关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述正确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，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，而热力学第二定律则指出

28、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故这两条定律是相互矛盾的B内能可以转化为其他形式的能，只是会产生其他影响，内能可以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故两条定律并不矛盾 第十章第十章 热力学定律热力学定律C两条定律都是有关能量的转化规律，它们不但不矛盾，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学第二定律答案：答案：BCD第十章第十章 热力学定律热力学定律6随着世界经济的快速发展，能源短缺问题日显突出，

29、近随着世界经济的快速发展，能源短缺问题日显突出，近期油价不断攀升，已对各国人民的日常生活造成了各种影响，期油价不断攀升，已对各国人民的日常生活造成了各种影响，如排长队等待加油的情景已经多次在世界各地发生，能源成为如排长队等待加油的情景已经多次在世界各地发生，能源成为困扰世界经济发展的重大难题之一，下列有关能量转化的说法困扰世界经济发展的重大难题之一，下列有关能量转化的说法中错误的是中错误的是()第十章第十章 热力学定律热力学定律A不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他的变化引起其他的变化B只要对内燃机不断改进，就可以把内燃机得到的全部内只要对内燃机不断改进，就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能能转化为机械能C满足能量守恒定律的物理过程都能自发的进行满足能量守恒定律的物理过程都能自发的进行D外界对物体做功，物体的内能必然增加外界对物体做功，物体的内能必然增加第十章第十章 热力学定律热力学定律解析：解析：由热力学第二定律的开尔文表述可知由热力学第二定律的开尔文表述可知A对热机效对热机效率总低于率总低于100%，B错满足能量守恒的过程未必能自发进行，错满足能量守恒的