2020-2021学年新教材高中物理第三章热力学定律4热力学第二定律学案新人教版选择性必修32021

1、热学二律必备知识素养奠基一、热力学第二定律的克劳修斯表述热传的向:切与热现象有关的宏观自然过程都不可的热力第定的劳修表:国物理学家克劳修斯在 1850 年出热不能自发地从 低物体传高物体。力学第二定律的克劳修斯表,阐述的是传热的方性二、热力学第二定律的开尔文表述热机(1)热机工作的两个阶段:第一个段是燃烧燃料把燃料中化学能成工作物质内能第 二个阶段是工作物质对外做功把己的内能变机能(2)热机用于做功的热量一小于从高温热库吸收的热量。开尔表 :不可从单一热库吸收热量使之完全变功,而产生其他影响。 (该述阐 述了机械能与内能转化的方向)关键能力素养形成一 热学第二定律的应用单一库:指温度均匀并且恒

2、定不变的系统。若一系统各部分温不相同或者温度不稳定则成机器的工作物质可以在不同温度的两部分之间工,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。其他响:(1)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。(2)除了从低温物体吸收热量、高温物体得到热量,他一切影响和变化。关于不能: 际上热机或制冷机系统循环终了时 ,除从单一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 ,过程产生的其他一切影响 ,不论任何曲折复杂的 办法都不可能加以消除。适用件只能用于由很大数目分子所构成的系统及有限范围内的宏观过程 ,而不适用于 少量的微观体系,也不能把它扩到无限的

3、宇宙。- 1 -【思考讨论】如图是热量在传递过程中的情景。讨论:(1)在自然过程中热量是如何传递?提示:热量由温度高的物体传递温度低的物,由温度高的地方传递到温度低的地方。 (2)空调和冰箱是如何传递热量?提示 :空和冰箱可以通过电机功 ,把热从温度比较低的房间内或冰箱内传递到房间外或 冰箱外。【典例示范】(多选下列关于宏观物体的热现的说法中正确的( )A.一切涉及热现象的宏观过程都有方向性B.一切不违背能量守恒定律的物过程都是可能实现的C.由热力学第二定律可以判断物过程能否自发进行D.一切物理过程都不可能自发地行E.功转变为热的实际宏观过程是可逆的【解析】选 A、E。热力学第定律是反映宏观自

4、然过程的方向性的定,热量不能自发地从低温物体传到高温物体 ,但以自发地从高温物体传到低温物体 ;并不是所有符合能量守恒定律的宏观过程都能实现,故 A、C 正确B、D 错误一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆 的故 E 正确。【误区警示对热力学第二定律理解的两个误区(1)误认为热量只能由高温物体传到低温物,不能由低温物体传到高温物体。热量可以由高温物体传到低温物体 ,也可由低温物体传到高温物体 ; 但 ,前者可以自发完 成而者则必须有外界参与。(2)误认为机械能可以完全转化为内,而内能不能完全转化为机械能。机械能可以完全转化为内能 ,内能可以完全转化为机械能 ;但是前者以不产生其他影响 , 而后

5、者一定会产生其他影响。- 2 -【素养训练】(多选用两种不同材料的金属丝成一个回,接触点 插在水,接点 2 插冷水中如图所示电计指针会发生偏,就是温差发电现象。关于这一现象的正确说法( )A.这一实验不违背热力学第二定B.在实验过程,热水温度降,水温度升高C.在实验过程,热水的内能全转化成电电能则部分转化成冷水的内能D.在实验过程,热水的内能只部分转化成电,能则全部转化成冷水的内能【解析选 A。然界中的任自然现象或过程都不违反热力学定,本实验现象也不违反热力学第二定律,A 正确;整个过中能量守恒且传热有方向,B 正确在验过程中,热水中的内能除转化为电能外 ,还升了金属丝的温度 内能不能全部转化

6、为电能 ; 电除转化为冷 水的内能外还高了金属丝的温,能不能全部转化为冷水的内,C、D 错误。【补偿训练】(多选下列现象不可能发生的( )A.在一与外界绝热的房间,将台正在工作的电冰箱的门打,能该房间降温B.蒸汽机把蒸汽的内能全部转化机械能C.一个在粗糙的水平地面上运动物体最终要停下,物体的动能全部转化为内能D.在热传导中热量可以自发地高温物体传向低温物体【解析选 A。一与外界绝的房间,一台正在工作的电冰箱的门打开,消耗了电能,产生了焦耳,所以房间温度不仅不能降低还会升故 不可发;蒸汽机把蒸汽的内能不可能全部转化为机械,转化过程中必然存在能量耗,故 B 不能发生一个在粗糙的水平地面上运动的物体

7、最终要停下来 ,物体的动能全部转化为内能 ,C 可发生 ;在传导中,热量可 以自发地从高温物体传向低温物,D 可能生。二 热和第二类永动机热机特:- 3 -(1)热机不仅仅只有一个热库。(2)热机的效率不可能达到 100%第二永机能成的因违了热力学第二定不违反能量守恒定)。第二永机能成的义(1)机械能可全部转化成内能,但能不能全部转化成机械能。(2)机械能和内能的转化过程具有方向性。(3)两类永动机的比较。第一类永动机 :不消耗任何能量,以不断做功 (只给予很小的能量启动后 ,可永远运动下 去。第二类永动机 :将内能全部转化机械能 而不起其他变化 (或只有一个热源 ,实现内能与机 械能的转化。

8、【思考讨论】如图所示是制冷机和热机的工作过程示意,在图片基础上思考以下问题:讨论:(1)制冷机工作时热量是自发地从低温热库传到高温热库?(2)热机工作时是否将从高温热库吸收的热量全部用来做?提示:(1)不。热量从低温热库传到高温热库时需要有外界做功。(2)否。热机工作时只将从高温热库吸收热量的一部分用来做,剩的释放到低温热库。 【典例示范】在热学中下列说法正确的是 ( )A.第一类永动机不可制成是由于违背了能量守恒定律B.第二类永动机不可制成是由于违背了能量守恒定律C.热力学第二定律告诉我们机械可以转化为内能而内能不能转化为机械能D.热量只能从高温物体传向低温,而不能从低温物体传向高温物体-

9、4 -【解析】选 A。不消耗能量而不对外做功的第一类永动机是不可能制成,因为它违背了能量守恒定律故 A 正确从一热库吸收热量而对外做功的第二类永动机不违反能量守恒定,但违反了热力学第二定律,故 B 错;热力学第二定律告诉我们机械能可以转化为内,而内能在“一定的条件下”也能转化为机械故 误;量能从高温物体传向低温物,在“一定 的条件下”也能从低温物体传向高温物体。故 误。【素养训练】1.(多选关于第二类永动,下说法正确的( A.没冷凝器 ,只单一的热源 ,将从单一热源吸收的热量全部用来做功 ,而引起其他变 化的热机叫作第二类永动机B.第二类永动机违反了能量守恒,所以不可能制成C.第类永动机不可能

10、制成 ,说明械能可以全部转化为内能 内能不可能全部转化为机械 能D.第类永动机不可能制成 ,说明械能可以全部转化为内能 内能不可能全部转化为机械 能同不引起其他变化【解析】选 A、D。据第二类永动机的定义可知 正第二类永动机不违反能量守恒定,而是违反热力学第二定律,所以 B 错误。机械能可以全部转化为内,内在引起其他变化时 可能全部转化为机械, 错, 正确2.下列有关热学知识的论述正确( )A.两温度不同的物体相互接触 ,热量既能自发地从高温物体传给低温物体 ,也可以自发地 从低温物体传给高温物体B.无论用什么方式都不可能使能从低温物体向高温物体传递C.第类永动机违背能的转化和恒定律 ,第二类

11、永动机不违背能的转化和守恒定律 ,随着科 技的进步和发展,第二类永动机以制造出来D.温度是物体分子热运动平均动的标志【解析选 D两温度不同的体相互接触,热量能自发地从高温物体传给低温物,但不能自发地从低温物体传给高温物故 误在外界的影响,能使能量从低温物体向高温物 体传递空、冰箱就是这个原,故 误第一类永动机违背能的转化和守恒定不能制造出,第二类永动机不违背能的转化和守恒定,但违反了物理过程的方向,同样不能制造成故 错;温度是物体分子热运动激烈程度的反映 , 是物体分热运动平均动能的标志 温越高 ,分子运动平均动能越- 5 -大故 D 正确。【补偿训练】1.第二类永动机不可以制,是为 )A.违

12、背了能量守恒定律B.热量总是从高温物体传递到低物体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,时不引起其他变化【解析】选 D。第二类永动机设虽然符合能量守恒定,但是违背了能量转化中有些过程是 不可逆的规,所以不可能制成。2.(多)如所示为电冰箱的工作原理示意图 ,压缩工作时,强迫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 ,经冷凝器时制冷剂液化 ,放出热量 到箱体外。下列说法正确的是( )A.热量可以自发地从冰箱内传到箱外B.电冰箱的制冷系统能够不断地冰箱内的热量传到外,因为其消耗了电能C.电冰箱的工作原理不违反热力第一定律D.电冰箱的工作原理违反热力学一

13、定律【解析】选 B。据热力学第二定热量不能自发地从低温物体传到高温物,必须借助于其他系统做功,A 错误,B 正;力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规,是 能量守恒定律的具体表现,适用所有的热现象故 C 正确D 错误。【拓展例题考查内:热力学律的综合应用【典例】一种暖两用型空调铭牌标注输入功率 1 kW,制冷能力 1.210 kJ/h,制能力1.310 kJ/h。这样该空调在制热时每消耗 J 电将放出 J 的热。标注是否错误?【解析空调制冷、制热是靠压缩机做,过内部的制冷剂将热量从温度低的地方向温度高的地方传递。在制热,室内温度室外温度,热量不会自发地从室外向室内传递。要实现- 6 -

14、这一过程就会引起其他的变化 ,这里的其他变化正是通过压缩机做功消耗电能的过程 ,题中放出 3 J 的热是指将 3 J 的能从室外传递到室需消耗 1 J 的能。整个过程既不违背热力学第一定律的能量守,又合热力学第二定律的方向性。因此标注没有错误。 答案:见解析课堂检测素养达标1.(多选关于热机的效率下说法正确的( A.有可能达到 80% B.可能达到 100%C.有可能超过 80% D.定能达到 100%【解析选 A。根据热力学第二定,机效率永远也达不到 。2.关于能源和能,下列说法正确的( )A.自然界的能量是守恒,所以球上的能源永不枯竭B.能源的利用过程中有能量耗散,以自然界的能量在不断减少

15、C.能量耗散遵循能量守恒定律D.人类在不断地开发和利用新能所以能量可以被创造【解析选 C自界中的能量守恒但地球上的化石能源的存储量是有限,如果过量开采这些能源就存在能源危, A 错误能源的利用过程中有能量耗,但自然界中的能量是守恒的所以自然界中的能量会减故 B 误C 正确能量既不会凭空产,也不会凭空消失,它只能从一种形式转化为他形或者从一个物体转移到别的物,故 D 错。3.如所示 ,汽缸内盛有一定量理想气体 ,缸壁是导热的 缸外境保持恒温,活与汽缸壁的接触是光滑,但不漏气。现将活塞杆与外界连,其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 , 则下说法正确

16、的是 ( )- 7 -A.气体是从单一热源吸,全用对外做,因此此过程违反热力学第二定律B.气体从单一热源吸热,但并未用来对外做,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,全用对外做,但此过程不违反热力学第二定律D.A、B 三种说法都不对【解析选 C热学第二定律机械能与内能转化过程的方向性来描述是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。本题中如果没有外界的帮,比如外力拉动活塞杆使活塞向右移动 ,使气膨胀对外做功 , 导致气体温度略微降低 是不可能从外界吸收热量的,即这一过程虽然是气体单一热源吸热 ,全用来对外做功 ,但起了其他变化 所以此 过程不违反热力学第二定律。4.对于永动机的认识,下列说法正确的( )A.第一类永动机和第二类永动机违背了能量守恒定所以都不可能制成B.第类永动机违背了能量守恒律 ,第二永动机没有违背能量守恒定律 , 因 ,随科学 技术的迅猛发展,第二类永动机可以制成的C.第类永动机违反了热力学第定律 第二永动机违反了热力学第二定律 ,这类永动机 都不可能制成D.两类永动机的实质和工作原理相同,都是人们的美好设,是远不会实现的。【解析选 C第类永动机违了能量的转化与守,可能实现第类永动机不违反能量守恒定律 ,但违反了热力学第二律 能在转化为机械能的过程中要生热 , 所要引起其他 变化。这两类永动机都不可能制故