新步步高2014-2015学年高二物理人教版选修3-3课件：104 热力学第二定律 课件

1、1.通过自然界中传热的方向性等实例，初步了解热力学第二通过自然界中传热的方向性等实例，初步了解热力学第二 定律，并能用热力学第二定律解释第二类永动机不能制成定律，并能用热力学第二定律解释第二类永动机不能制成 的原因的原因.2.能运用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移以能运用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移以 及宏观自然过程的方向性问题及宏观自然过程的方向性问题 学习目标定位学习目标定位学习探究区一、热力学第二定律一、热力学第二定律二、两个热力学定律的比较与应用二、两个热力学定律的比较与应用一、热力学第二定律问题设计问题设计返回返回两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高

2、温物体传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，结果使高温物体的温度降低，低温物体的温度升给低温物体，结果使高温物体的温度降低，低温物体的温度升高，这一过程可逆吗？高，这一过程可逆吗？答案答案不可逆不可逆要点提炼要点提炼返回返回1两种常见表述两种常见表述(1)克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体体(阐述的是热传递的阐述的是热传递的 )(2)开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响而不产生其他影响(阐述的是机械能与内能转化的阐

3、述的是机械能与内能转化的 )一、热力学第二定律方向性方向性方向性方向性返回返回2热力学第二定律的理解热力学第二定律的理解(1)克劳修斯表述指明热传递等热力学宏观现象的方向性，不需克劳修斯表述指明热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助，其物理本质是揭示了热传递过程要借助外界提供能量的帮助，其物理本质是揭示了热传递过程是是 (填填“可逆可逆”或或“不可逆不可逆”)的的(2)开尔文表述中的开尔文表述中的“单一热库单一热库”指温度恒定且均匀的热库指温度恒定且均匀的热库“不产不产生其他影响生其他影响”是指惟一效果是热量全部转变为功而外界及系统都是指惟一效果是热量全部转变为功而外界及

4、系统都不发生任何变化其物质实质揭示了热变功过程是不可逆的不发生任何变化其物质实质揭示了热变功过程是不可逆的一、热力学第二定律不可逆不可逆返回返回(3)热力学第二定律的每一种表述都揭示了大量分子参与的过程的热力学第二定律的每一种表述都揭示了大量分子参与的过程的 进而使人们认识到自然界中一切与热现象有关的宏观过进而使人们认识到自然界中一切与热现象有关的宏观过程都具有程都具有 ，都是不可逆的，都是不可逆的一、热力学第二定律方向性方向性方向性方向性返回返回一、热力学第二定律延伸思考延伸思考热传导的方向性能否简单理解为热传导的方向性能否简单理解为“热量不会从低温物体传给高温物热量不会从低温物体传给高温物

5、体体”？答案答案不能不能二、两个热力学定律的比较与应用地球上有大量的海水，它的总质量约为地球上有大量的海水，它的总质量约为1.41018 t，如果这些海，如果这些海水的温度降低水的温度降低0.1 ，将要放出，将要放出5.81023 J的热量，这相当于的热量，这相当于1 800万个功率为万个功率为100万千瓦的核电站一年的发电量，这么巨大的能万千瓦的核电站一年的发电量，这么巨大的能量，人们为什么不去开发研究呢？量，人们为什么不去开发研究呢？问题设计问题设计返回返回答案答案这种利用海水的内能发电的过程，违背了热力学第二定这种利用海水的内能发电的过程，违背了热力学第二定律，所以不会研究成功律，所以不

6、会研究成功返回返回要点提炼要点提炼1两个定律比较：热力学第一定律是能量守恒定律在热力学两个定律比较：热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的具体表现形式，在转化的过程中，中的具体表现形式，在转化的过程中， 保持不保持不变热力学第二定律是指在有限的时间和空间内，一切和热现变热力学第二定律是指在有限的时间和空间内，一切和热现象有关的物理过程、化学过程具有象有关的物理过程、化学过程具有 (填填“可逆性可逆性”或或“不可逆性不可逆性”)二、两个热力学定律的比较与应用总的能量总的能量不可逆性不可逆性返回返回2两类永动机的比较：两类永动机的比较：第一类永动机：不消耗任何能量，可以不断做功第一类永动机：不消

7、耗任何能量，可以不断做功(或只给予很小或只给予很小的能量启动后，可以永远运动下去的能量启动后，可以永远运动下去)第二类永动机：将第二类永动机：将 全部转化为机械能，而不引起其他变全部转化为机械能，而不引起其他变化化(或只有一个热源，实现或只有一个热源，实现 与机械能的转化与机械能的转化)二、两个热力学定律的比较与应用内能内能内能内能返回返回3第一类永动机和第二类永动机都不可能制成第一类永动机和第二类永动机都不可能制成第一类永动机的设想违反了第一类永动机的设想违反了 ；第二类永动机；第二类永动机的设想不违反能量守恒定律，但违背了跟热现象有关的宏观过的设想不违反能量守恒定律，但违背了跟热现象有关的

8、宏观过程具有程具有 的自然规律的自然规律二、两个热力学定律的比较与应用能量守恒定律能量守恒定律方向性方向性【例【例1】关于热力学第二定律，下列说法正确的是关于热力学第二定律，下列说法正确的是()A热力学第二定律是通过实验总结出来的实验定律热力学第二定律是通过实验总结出来的实验定律B热力学第二定律是通过大量自然现象的不可逆性总结出来的热力学第二定律是通过大量自然现象的不可逆性总结出来的 经验定律经验定律C热力学第二定律是物理学家从理论推导出来的结果热力学第二定律是物理学家从理论推导出来的结果D热力学第二定律没有理论和实验的依据，因此没有实际意义热力学第二定律没有理论和实验的依据，因此没有实际意义

9、一、热力学第二定律的基本考查一、热力学第二定律的基本考查典例精析返回返回返回返回解析解析热力学第二定律是物理学家通过对大量自然现象的分析，热力学第二定律是物理学家通过对大量自然现象的分析，又总结了生产和生活经验得到的结论，是一个经验定律，它并又总结了生产和生活经验得到的结论，是一个经验定律，它并不能通过理论和实验来证明，但它符合客观事实，因此是正确不能通过理论和实验来证明，但它符合客观事实，因此是正确的它揭示了热现象宏观过程的方向性，使人们认识到第二类的它揭示了热现象宏观过程的方向性，使人们认识到第二类永动机不可能制成，对我们认识自然和利用自然有着重要的指永动机不可能制成，对我们认识自然和利用

10、自然有着重要的指导意义导意义答案答案B一、热力学第二定律的基本考查一、热力学第二定律的基本考查典例精析返回返回【例【例2】如图如图1中汽缸内盛有一定质量的理想气体，汽缸壁是中汽缸内盛有一定质量的理想气体，汽缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与汽缸壁的接触是光滑的，导热的，缸外环境保持恒温，活塞与汽缸壁的接触是光滑的，但不漏气，现将活塞杆缓慢向右移动，这样气体将等温膨胀并但不漏气，现将活塞杆缓慢向右移动，这样气体将等温膨胀并通过活塞对外做功若已知理想气体的内能只与温度有关，则通过活塞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下列说法正确的是()一、热力学第二定律的基本考查一、

11、热力学第二定律的基本考查典例精析图图1返回返回A气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，此过程违反气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，此过程违反 热力学第二定律热力学第二定律B气体是从单一热源吸热，但并未全部用来对外做功，此过气体是从单一热源吸热，但并未全部用来对外做功，此过 程不违反热力学第二定律程不违反热力学第二定律C气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，此过程不违反气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，此过程不违反 热力学第二定律热力学第二定律D以上三种说法都不对以上三种说法都不对一、热力学第二定律的基本考查一、热力学第二定律的基本考查典例精析返回返回解析解析由于汽缸壁是导热的，外界

12、温度不变，活塞杆与外界连由于汽缸壁是导热的，外界温度不变，活塞杆与外界连接并使其缓慢地向右移动过程中，有足够时间进行热交换，所接并使其缓慢地向右移动过程中，有足够时间进行热交换，所以汽缸内的气体温度也不变，要保持其内能不变，该过程气体以汽缸内的气体温度也不变，要保持其内能不变，该过程气体是从单一热源即外部环境吸收热量，即全部用来对外做功才能是从单一热源即外部环境吸收热量，即全部用来对外做功才能保证内能不变，但此过程不违反热力学第二定律此过程由外保证内能不变，但此过程不违反热力学第二定律此过程由外力对活塞做功来维持，如果没有外力对活塞做功，此过程不可力对活塞做功来维持，如果没有外力对活塞做功，此

13、过程不可能发生能发生答案答案C一、热力学第二定律的基本考查一、热力学第二定律的基本考查典例精析典例精析返回返回【例【例3】关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述正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，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的能，故这两条定律是相互矛盾的B内能可以全部转化为其他形式的能，只是会产生其他影响，内能可以全部转化为其他形式的能，只是会产生其他影响

14、，故两条定律并不矛盾故两条定律并不矛盾二、热力学第一定律和热力学第二定律二、热力学第一定律和热力学第二定律典例精析返回返回C两条定律都是有关能量转化的规律，它们不但不矛盾，而两条定律都是有关能量转化的规律，它们不但不矛盾，而 且没有本质区别且没有本质区别D其实，能量守恒定律已经包含了热力学第一定律和热力学其实，能量守恒定律已经包含了热力学第一定律和热力学 第二定律第二定律二、热力学第一定律和热力学第二定律二、热力学第一定律和热力学第二定律返回返回解析解析热力学第一定律是能量守恒在热现象中的体现，而热力热力学第一定律是能量守恒在热现象中的体现，而热力学第二定律则指出内能和其他形式能发生转化的方向

15、性，两者学第二定律则指出内能和其他形式能发生转化的方向性，两者并不矛盾，选项并不矛盾，选项A、C、D错误，错误，B正确正确答案答案B典例精析二、热力学第一定律和热力学第二定律二、热力学第一定律和热力学第二定律返回返回【例例4】第二类永动机不可能制成是因为第二类永动机不可能制成是因为()A违背了能量守恒定律违背了能量守恒定律B违背了热力学第二定律违背了热力学第二定律C机械能不能全部转变为内能机械能不能全部转变为内能D内能不可能全部转化为机械能，而不产生其他影响内能不可能全部转化为机械能，而不产生其他影响BD典例精析二、热力学第一定律和热力学第二定律二、热力学第一定律和热力学第二定律自我检测区12

16、课堂要点小结课堂要点小结341(热力学第二定律热力学第二定律)下列说法中正确的是下列说法中正确的是()A一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性B一切不违反能量守恒定律的物理过程都是可能实现的一切不违反能量守恒定律的物理过程都是可能实现的C由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行D一切物理过程都不可能自发地进行一切物理过程都不可能自发地进行1234答案答案AC解析解析热力学第二定律指出了热现象的方向性，而同时也指热力学第二定律指出了热现象的方向性，而同时也指出了发生这些单一方向的过程的条件出了发生这些单一方向的过程

17、的条件自发，这也就说明自发，这也就说明了这些过程中的一些，其逆过程在某些条件下是可以发生的，了这些过程中的一些，其逆过程在某些条件下是可以发生的，但也有的是不可能发生的但也有的是不可能发生的12342(热力学第二定律热力学第二定律)热力学第二定律使人们认识到自然界中热力学第二定律使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程进行的涉及热现象的宏观过程()A都具有方向性都具有方向性B只是部分具有方向性只是部分具有方向性C没有方向性没有方向性D无法确定是否具有方向性无法确定是否具有方向性1234解析解析自然界中所有涉及热现象的宏观过程都具有方向性自然界中所有涉及热现象的宏观过程都具有方向性A3(热

18、力学定律的应用热力学定律的应用)关于热现象和热学规律，下列说法中正确关于热现象和热学规律，下列说法中正确的是的是()A随着低温技术的发展，我们可以使温度逐渐降低，并最终达随着低温技术的发展，我们可以使温度逐渐降低，并最终达 到绝对零度到绝对零度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第二类永动机遵从能量守恒定律，故能制成第二类永动机遵从能量守恒定律，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，同时空，同时空 气向外界放出热量气向外界放出热量1.5105 J，则空气的内能增加了，则空气的内能增加了0.5105 J1234D4(热力学定律的应用热力学定律的应用)下列说法中正确的是下列说法中正确的是()A第一类永动机不可能制成，因为它违背了能量守恒定律第一类永动机不可能制成，因为它违背了能量守恒定律B第二类永动机不可能制成，因为它违背了能量守恒定律第二类永动机不可能制成，因为它违背了能量守恒定律C热力学第一定律和热