3.3 能量守恒定律 3.4热力学第二定律 课件高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

第三章热力学定律

人教版（2019）选修第三册3.3

能量守恒定律3.4

热力学第二定律1．知道人类对能量概念的逐步认识过程，理解能量守恒定律，知道能量守恒是自然界普遍遵循的基本规律。知道第一类永动机是不可能实现的。2．通过对自然界中与热现象有关的宏观过程方向性的实例分析，了解归纳热力学第二定律的过程和方法。3．能用热力学第二定律解释常见的不可逆过程，即自然界中的能量转化、转移以及方向性问题4.了解能量与能源的区别以及能源的有限性。学习目标让“饮水小鸭”“喝”完一口水后，直立起来。直立一会儿，又会慢慢俯下身去，再“喝”一口，然后又会直立起来。如此循环往复......

这种“饮水小鸭”玩具是一架永动机吗？导入新课1.人类对能量的认识

●对应于不同的运动形式，能的形式也是多种多样的。●不同形式的能之间可以在一定条件的情况下相互转化。小结2.能量守恒观念的形成自主学习:课本P55了解重要科学家及其贡献化学反应放出的热量与反应步骤无关电流的热效应提出能量守恒的思想概括和总结

能量守恒定律盖斯迈尔焦耳亥姆霍兹一、探索能量守恒的足迹自主学习:课本P542.表达式E初＝E终或△E增＝△E减1.内容

能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化或转移过程中，能量的总量保持不变。二、能量守恒定律针对练

如图所示，气缸放置在水平地面上，质量为m的光滑活塞将气缸分成甲、乙两气室，两气室中均充有理想气体。气缸、活塞是绝热的且不漏气。开始时活塞被销钉固定，现将销钉拔掉，活塞最终静止在距原位置下方h处，设活塞移动前后甲气室内气体内能的变化量为ΔU，不计气体重心改变的影响，下列说法正确的是

（）

A.ΔU<mghB.甲气室内气体温度升高，乙气室内气体温度降低C.乙气室内气体内能的减少量等于甲气室内气体内能的增加量D.乙气室内气体内能的减少量小于甲气室内气体内能的增加量BD解析：乙气室内气体对外做正功且乙气室绝热，则乙气室内气体的内能减小，活塞对甲气室内气体做正功，内能增加，对甲气室内气体、乙气室内气体以及活塞整个系统而言，总能量守恒，故乙气室内气体内能的减少量加上活塞重力势能的减少量等于甲气室内气体内能的增加量，故甲气室内气体内能的增加量大于活塞重力势能的减少量，即ΔU>mgh，乙气室内气体内能的减少量小于甲气室内气体内能的增加量，故AC错误，D正确；

甲气室内气体内能增大，温度升高，乙气室内气体内能减小，温度降低，故B正确。讨论：17〜18世纪，许多人致力于制造一种机器，它不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功，史称“第一类永动机”。然而，为此目的的任何尝试都失败了。这是为什么呢？分析：违背了能量守恒定律

例如：如果没有外界热源供给热量，则有U2－U1＝W，就是说，如果系统内能减少，即U2<U1，则W<0，系统对外做功是要以内能减少为代价的，若想源源不断地做功，就必须使系统不断回到初始状态，在无外界能量供给的情况下，是不可能的。三、永动机不可能制成讨论：回顾开始时的问题：饮水小鸭是永动机吗？原理：小鸭头部的毛毡“饮水”后，水蒸发吸热，导致头部温度降低。上段玻璃管中的乙醚蒸气被液化，压强减小，液柱上升，小鸭重心上移，直到小鸭倾倒。

处于倾倒位置的小鸭，头部再次被浸湿，上下玻璃球内的气体相通，压强相等，乙醚流回下玻璃球内，重心下移，小鸭站立。

如此循环往复。●小鸭头部：“饮水”后，因水蒸发降温而使

内部气态乙醚液化；●小鸭下部：液态的乙醚从周围环境中吸收热量汽化。

把刚煮好的热鸡蛋放在冷水中，过一会，鸡蛋的温度降低，水的温度升高，最后水和鸡蛋的温度相同。是否可能发生这样的现象：原来温度相同的水和鸡蛋，过一会儿水的温度自发地降低，而鸡蛋的温度上升？

热量总是自发地从高温物体向低温物体转移，而不会自发的由低温物体向高温物体转移。●传热实例:分析下述实际过程具有特定的方向性四、热力学第二定律机械能内能内能机械能？?●机械能与内能的转化●扩散只能自发地由密度大的区域向密度小的区域扩散●气体膨胀只能自发地向低压空间膨胀一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。小结热量不能自发地从低温物体传到高温物体。1.热力学第二定律的克劳修斯表述：⑴阐述角度：⑵“自发”二字的意义

当两个物体接触时，不需要任何第三者的介入、不会对任何第三者产生任何影响，热量就能从一个物体传向另一个物体。思考：当两个温度不同的物体接触时，这个“自发”的方向是怎样的？传热的方向性实例电冰箱通电后箱内温度低于箱外温度，并且还会继续降温，直至达到设定的温度。显然这是热量从低温物体传递到了高温物体。这一现象是否违背热力学第二定律呢?低温冰箱内的食品高温冰箱外的空气外界做功向压缩机供电自发停止供电效率η=wQ1实例：热机工作2.热力学第二定律的开尔文表述高温热库冷凝器或大气热机W吸热Q1放热Q2做功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。热力学第二定律的开尔文表述⑵“不可能从单一热库吸收热量”的意义●不仅要从一个热库吸热，而且一定会向另一个热库放热。●热机的效率无法达到100%。⑴阐述角度：机械能内能全部转化（自发）对第三者有影响机械能与内能转化的方向性

思考：绝热汽缸和活塞内部有通电的电阻丝，内部封闭一定质量的理想气体而处于平衡状态，现对电阻丝通电，气体吸收一部分热量Q而对外缓慢做功。它能将吸收的热全部用来做功吗？分析：体积增大，温度必然升高，也就是说它无法自发的把吸收的内能全部转化为机械能，必然还有一部分用来增加它的内能。PP03.热力学第二定律实质和两种表述之间有什么样的关系？联系：实质：针对练下列说法正确的是

（）

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.热机的效率可以达到100%

D.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D揭示了自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。两种表述是等价的。1.能量的耗散五、能源是有限的

在自然界中，有些过程，能量一旦释放出去，就不会再次自动聚集起来，供人类重新利用，这种现象叫作能量的耗散。思考：能量耗散与能量守恒是否矛盾，该怎样理解?2.能量的耗散揭示出怎样的事实？从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性。高品质：机械能、光能、化学能、电能低品质：内能转化方向不可逆能源：其实是指具有高品质的容易利用的储能物质。例如石油、天然气、煤等。针对练下列说法中可行的是

（）①将地球上所有海水的温度降低0.1℃，以放出大量内能供人类使用②制造一种机器，把物体与地面摩擦所产生的热量全部收集起来再全部加以使用③建造一只可以从海洋中提取热量的船，把热量转化为机械能，驱动螺旋桨旋转④制造一种效率为100％的热机A．①可行