《热力学第二定律》教案

《热力学第二定律》教案【教学目标】一、物理观念1、了解涉及热现象的宏观过程是具有方向性的，认识到一切与热现象有关的自然过程都是不可逆的。2、知道热力学第二定律的两种经典表述，明白两种表述的物理意义。3、了解什么是第二类永动机，明白第二类永动机不可制成的原因。二、科学思维学会运用热力学第二定律分析身边的生活实例以及各种热力学过程，从而提高对热力学第二定律的理解，提升科学思维能力。三、科学探究了解两类永动机的发现与被否定的原因。四、科学态度与责任一切与热现象有关的宏观自然过程必须同时遵守热力学第一第二定律才有可能发生。【学习者特征分析】在本节课的学习前，学生已经完成了热力学第一定律和能量守恒定律的学习，也清楚认识了什么是第一类永动机以及其不能被制造出来的原因。【教学重难点分析】重点：热力学第二定律的理解与其反映出的“方向性”难点：热力学第二定律中的“自发”与“不产生其他影响”【教学过程】一、引入新课通过举例4个生活中常见的自然宏观过程，并提问学生这四个过程能否反向发生，让学生体会涉及热现象的自然宏观过程可以自发地朝某个放心进行，但其逆过程却不能自发地发生，引出热力学第二定律。二、讲述新课1、热力学第二定律的克劳修斯表述通过对课前引入的四个例子的总结，引出热力学第二定律的克劳修斯表述：热量不能自发从低温物体传到高温物体。并引导学生理解定律中的“自发”一词。2、内能与机械能间的转化介绍热机的工作原理并引导学生自主总结推到得到热机的工作效率永远无法达到100%，并由此引出热力学第二定律的开尔文表述。3、热力学定律的开尔文表述通过对热机工作原理的总结，引出热力学第二定律的开尔文表述：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。并以此引出思考与讨论：第二类永动机有无可能制造成功。4、总结对热力学第一定律和第二定律以及第一类和第二类永动机进行对比和总结。课后篇素养形成必备知识基础练1.(多选)下列说法正确的是()A.热传导过程是可逆的B.机械能向内能的转化过程是不可逆的C.气体的扩散过程是可逆的D.气体向真空中的膨胀是不可逆的答案BD解析这四个过程都是与热现象有关的宏观过程,根据热力学第二定律可知,它们都是不可逆的,故A、C错误,B、D正确。2.第二类永动机不可能制成,是因为()A.违背了能量守恒定律B.热量总是从高温物体传递到低温物体C.机械能不能全部转化为内能D.内能不能全部转化为机械能,而不引起其他变化答案D解析第二类永动机的设想并不违背能量守恒定律,但违背了涉及热量的能量转化过程是有方向性的规律,故选项A错误;在引起其他变化的情况下,热量可以由低温物体非自发地传递到高温物体,故B错误;机械能可以全部转化为内能,C错误;由所学知识知D正确。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。其原因是()A.这违反了能量守恒定律B.在任何条件下内能都不可能转化为机械能,只有机械能转化为内能C.机械能和内能的转化过程具有方向性,内能转化为机械能是有条件的D.以上说法均不正确答案C解析机械能和内能可以相互转化,但必须通过做功来实现。由热力学第二定律可知,内能不可能全部转化为机械能,同时不引起其他变化。故C正确。4.(多选)(辽宁葫芦岛一模)对于热力学定律,下列说法正确的是()A.第一类永动机不可能实现,因为违背了能量守恒定律B.热力学第一定律指出,不可能达到绝对零度C.热力学第一定律指出,一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和D.热力学第二定律指出,从单一热源吸收的热量不能全部用来对外做功而不产生其他影响答案ACD解析第一类永动机既不消耗能量又能源源不断对外做功,违背了能量守恒定律,所以不可能制成,故A正确。绝对零度无法到达不是热力学第一定律指出的,故B错误。据热力学第一定律ΔU=Q+W可知,一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功之和,故C正确。据热力学第二定律知D正确。5.下列哪个现象属于能量耗散()A.利用水流发电变成电能B.电能通过灯泡中的电阻丝转化为光能C.电池的化学能转化为电能D.火炉把房子烤暖答案D解析能量耗散是指其他形式的能转化为内能,最终流散在周围环境中无法重新收集并加以利用的现象,能够重新收集并加以利用的不能称为能量耗散。电能、光能都可以重新收集并加以利用,如用光作为能源的手表等,只有当用电灯照明时的光能被墙壁吸收之后变为周围环境的内能,才无法重新吸收并加以利用,但本题没有告诉光能用来做什么,故不能算能量耗散,只有火炉把房子烤暖后使燃料的化学能转化成内能并流散在周围的环境中,无法重新收集并加以利用,才是能量耗散。故D正确。关键能力提升练6.下列过程中可能发生的是()A.某种物质从高温热源吸收20kJ的热量,全部转化为机械能,而没有产生其他任何影响B.打开一高压密闭容器,其内气体自发溢出后又自发跑进去,恢复原状C.利用一些手段,使低温物体温度更低,高温物体的温度更高D.将两瓶不同液体混合,待扩散后它们又自发地完全分开答案C解析根据热力学第二定律,热量不可能从低温物体自发地传递给高温物体,但通过一些手段是可以实现C项所述过程的,故C项正确;内能完全转化为机械能不可能自发地进行,要使内能全部转化为机械能必定要引起其他变化,故A项错误;气体膨胀具有方向性,故B项错误;扩散现象具有方向性,故D项错误。7.(多选)下图为电冰箱的工作原理示意图。压缩机工作时,使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,是因为其消耗了电能C.电冰箱的工作原理不违背热力学第二定律D.电冰箱的工作原理违背了热力学第二定律答案BC解析热力学第二定律适用于所有的热学过程,选项C正确,选项D错误;热量不能自发地从低温物体传递到高温物体,要想使热量从低温物体传递到高温物体必须借助于其他系统做功,选项A错误,选项B正确。8.(多选)用两种不同的金属丝组成一个回路,接触点1插在热水中,接触点2插在冷水中,如图所示,电流计指针会发生偏转,这就是温差发电现象。关于这一现象,正确的说法是()A.这一实验过程不违反热力学第二定律B.在实验过程中,热水一定降温,冷水一定升温C.在实验过程中,热水内能全部转化成电能,电能则部分转化成冷水的内能D.在实验过程中,热水的内能只有部分转化成电能,电能则全部转化成冷水的内能答案AB解析温差发电现象中产生了电能是因为热水中的内能减少,一部分转化为电能,一部分散失在环境中,转化效率低于100%,不违反热力学第二定律,热水温度降低,冷水温度升高,电流计导线也会消耗电能,故选项A、B正确,C、D错误。9.下列说法正确的是()A.对物体做功不可能使物体的温度升高B.一个由不导热的材料做成的容器,被不导热的隔板分成甲、乙两室,甲室中装有一定质量的温度为T的气体,乙室为真空,如图所示,提起隔板,让甲室中的气体进入乙室,若气体的内能只与温度有关,则提起隔板后当气体重新达到平衡时,其温度仍为TC.空调作为制冷机使用时,将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外,所以空调的工作是不遵循热力学第二定律的D.从单一热源吸收热量,使之全部变成有用的机械能是不可能的答案B解析对物体做功