2024-2025学年高中物理第十章热力学定律第4节热力学第二定律学案新人教版选修3-3

PAGE1-第4节热力学其次定律1.了解热传递、扩散现象、机械能与内能的转化等都具有方向性．知道具有方向性的过程为不行逆的．2.了解热力学其次定律的两种表述，并能用热力学其次定律说明其次类永动机不能制造胜利的缘由．3.能用热力学其次定律说明自然界中的能量转化、转移及方向性问题．4.尝试运用热力学其次定律解决一些实际问题．一、热力学其次定律的一种表述1．热传导的方向性：一切与热现象有关的宏观自然过程都是不行逆的．2．克劳修斯表述：德国物理学家克劳修斯在1850年提出：热量不能自发地从低温物体传到高温物体．热力学其次定律的克劳修斯表述，阐述的是传热的方向性．1．(1)一切与热现象有关的宏观自然过程都是不行逆的．()(2)热量不会从低温物体传给高温物体．()(3)由冰箱能自发地把热量从低温物体传给高温物体．()提示：(1)√(2)×(3)×二、热力学其次定律的另一种表述1．热机(1)热机工作的两个阶段：第一个阶段是燃烧燃料，把燃料中的化学能变成工作物质的内能．其次个阶段是工作物质对外做功，把自己的内能变成机械能．(2)热机的效率：热机输出的机械功W与燃料产生的热量Q的比值．用公式表示为η＝eq\f(W,Q)．2．开尔文表述：不行能从单一热库汲取热量，使之完全变胜利，而不产生其他影响．(该表述阐述了机械能与内能转化的方向性)3．热力学其次定律的其他描述(1)一切宏观自然过程的进行都具有方向性．(2)气体向真空的自由膨胀是不行逆的．(3)其次类永动机是不行能制成的．4．其次类永动机(1)定义：只从单一热库汲取热量，使之完全变为功而不引起其他变更的热机．(2)其次类永动机不行能制成的缘由：虽然其次类永动机不违反能量守恒定律，但大量的事实证明，在任何状况下，热机都不行能只有一个热库，热机要不断地把吸取的热量变为有用的功，就不行避开地将一部分热量传给低温热库．2．(1)可以从单一热库汲取热量，使之完全变为功．()(2)其次类永动机违反了能量守恒定律．()(3)其次类永动机违反了热力学其次定律．()提示：(1)√(2)×(3)√对热力学其次定律的理解在热力学其次定律的表述中，“自发地”“不行能”“不产生其他影响”的涵义1．“自发地”是指热量从高温物体“自发地”传给低温物体的方向性．在传递过程中不会对其他物体产生影响或不需借助其他物体供应能量等．2．关于“不行能”：事实上热机或制冷机系统循环终了时，除了从单一热库汲取热量对外做功，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，不论用任何曲折困难的方法都不行能加以消退．3．“不产生其他影响”的涵义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对四周环境不产生热力学方面的影响．如吸热、放热、做功等．下列说法正确的是()A．机械能全部变成内能是不行能的B．其次类永动机不行能制造胜利是因为能量既不会凭空产生，也不会凭空消逝，只能从一个物体转移到另一个物体，或从一种形式转化成另一种形式C．依据热力学其次定律可知，热量不行能从低温物体传到高温物体D．从单一热源汲取的热量全部变胜利是可能的[解析]机械能可以全部转化为内能，故A错；其次类永动机不行能制造胜利是因为它违反了热力学其次定律，故B错；热量不能自发地从低温物体传到高温物体，但假如不是自发地，是可以进行的，故C错；从单一热源汲取热量全部用来做功而不引起其他变更，是不行能的，但假如是从单一热源汲取热量全部变为功的同时也引起了其他的变更，是可能的，故D项对．[答案]Deq\a\vs4\al()对热力学其次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体，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，也可以由低温物体传到高温物体；但是，前者可以自发完成，而后者则必需有外界参加．(2)误认为机械能可以完全转化为内能，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，内能也可以完全转化为机械能；但是，前者可以不产生其他影响，而后者肯定会产生其他影响．1.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．其次类永动机不行能制成，是因为违反了能量守恒定律D．不行能从单一热库汲取热量，使之完全变胜利，而不产生其他影响解析：选D.依据热力学其次定律，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，但在外界帮助下，热量可以从低温物体传到高温物体，例如电冰箱制冷时，压缩机工作，消耗了电能，同时热量由冰箱内的低温物体传递到冰箱外的高温物体，所以选项A错误；外界对物体做功的同时，物体可能放热，物体的内能不肯定增加，所以选项B错误；其次类永动机不行能制成，虽不违反能量守恒定律，但它违反了热力学其次定律，因此它不行能制成，所以选项C错误；而D选项中的表述就是热力学其次定律的一种表述形式，所以选项D正确．热力学第肯定律与热力学其次定律的比较1．两个定律的区分：热力学第肯定律是能量守恒定律在热力学中的详细表现形式，在转化的过程中，总的能量保持不变．热力学其次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具有不行逆性．2．两个定律的联系：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．二者既相互独立，又相互补充，都是热力学的理论基础．关于热力学第肯定律和热力学其次定律，下列论述正确的是()A．热力学第肯定律指出内能可以与其他形式的能相互转化，而热力学其次定律则指出内能不行能完全转化为其他形式的能，故这两条定律是相互冲突的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，故两条定律并不冲突C．两条定律都是有关能量的转化规律，它们不但不冲突，而且没有本质区分D．其实，能量守恒定律已经包含了热力学第肯定律和热力学其次定律[解析]热力学第肯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力学中的详细体现．热力学其次定律则进一步阐明白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，本质不同，相互补充，并不冲突，故C、D错误，B正确．内能在肯定条件下可以全部转化为机械能，热量也可以由低温物体传递到高温物体，但是要引起其他变更，如电冰箱制冷机工作要消耗电能，故A错误．[答案]B2.(多选)关于两类永动机和热力学两大定律，下列说法正确的是()A．热力学第肯定律和热力学其次定律是相互独立的B．热力学其次定律的两种表述是等效的C．由热力学第肯定律可知做功不肯定变更内能，热传递也不肯定变更内能，但同时做功和热传递肯定会变更内能D．由热力学其次定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热库汲取热量，完全变胜利也是可能的解析：选ABD．热力学其次定律有几种不同的表述形式，但它们是等效的，它与热力学第肯定律是各自独立的，故A、B正确．由热力学第肯定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝W＋Q可以等于0，C错误；由热力学其次定律可知D中现象是可能的，但不引起其他变更是不行能的，D正确.[随堂检测]1．热力学其次定律使人们相识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程()A．都具有方向性 B．只是部分具有方向性C．没有方向性 D．无法确定解析：选A．一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性．2．下列说法正确的是()A．物体放出热量，温度肯定降低B．物体内能增加，温度肯定上升C．热量能自发地从低温物体传给高温物体D．热量能自发地从高温物体传给低温物体解析：选D．热量和内能之间没有必定的联系，A错；内能与宏观的温度和体积有关，所以B错；热量能自发地从高温物体传给低温物体，不能自发地从低温物体传给高温物体，所以C错、D对．3．我们绝不会看到：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来，其缘由是()A．违反了能量守恒定律B．在任何条件下内能不行能转化为机械能，只有机械能才能转化为内能C．机械能和内能的转化过程具有方向性，内能转化成机械能是有条件的D．以上说法均不正确解析：选C．机械能和内能的相互转化，必需通过做功来实现．机械能可以自发地转化为内能，但内能不能自发地转化为机械能．4．(多选)依据热力学其次定律，下列说法正确的是()A．热机中燃气的内能不行能全部变成机械能B．电流的能不行能全部转变成内能C．在火力发电机中，燃气的内能不行能全部转变成电能D．在传热中，热量不行能自发地从低温物体传递给高温物体解析：选ACD．任何热机效率都不行能是100%，故A正确；由电流热效应中的焦耳定律可知，电流的能可以全部转化为内能，故B错误；火力发电机发电时，能量转化的过程为内能→机械能→电能，因为内能→机械能的转化过程中会对外放出热量，故燃气的内能必定不能全部变为电能，C正确；热量从低温物体传递到高温物体不能自发进行，必需借助外界的帮助，故D正确．5．(多选)电冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气，这说明白()A．热量能自发地从低温物体传给高温物体B．在肯定条件下，热量可以从低温物体传给高温物体C．热量的传递过程不具有方向性D．在自发的条件下热量的传递过程具有方向性解析：选BD.一