3.4热力学第二定律教学案 -2022-2023学年高二下学期物理人教版2019选择性必修第三册(含答案)

Xxxxx中学物理学科教学案高二·2部课题：3.4热力学第二定律总第（）课时使用日期：22年4月26日主备人：xxx审核人：物理组班级姓名____________课标通过自然界中宏观过程的方向性，了解热力学第二定律。学习目标1.了解热传导过程的方向性,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。2.了解热力学第二定律的两种不同表述,以及这两种表述的物理实质。3.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。4.了解什么是能量耗散,知道能源是有限的。重点热力学第二定律及应用学习过程学习过程学习过程学习过程【预习--自主建构】一、宏观自然过程的方向性1、热传导的方向性：温度不同的两个物体接触时，热量会自发地从物体传给物体，但不会自发地从物体传给物体。即：热传导的过程是有的，这个过程可以向某个方向自发地进行；但是向相反的方向却不能自发地进行，必须借助外界的帮助。例如电冰箱工作时，热量从内部--低温物体传到了冰箱外--高温物体，但这不是自发的过程，必须借助于的工作，是要消耗电能的。机械能向内能转化的方向性：在焦耳的叶轮搅水实验中，重物下落使水温上升，是能转化为能的过程；与此相反过程，即水温自动降低，产生水流，推动叶片转动，带动重物上升的过程是不可能发生的，尽管它不违背。即：机械能和内能的转变是有。3、热机⑴定义：是将能转化为机械能的装置。如内燃机、蒸汽机等。⑵原理：①热机工作的两个阶段：第一个阶段是燃烧燃料，把燃料中的变成工作物质的。第二个阶段是工作物质对外，把自己的内能变成。②热机必须工作在两个的热库（热源）之间，通过工作物质，将从高温热库吸收的热量，一部分用来，转变为机械能，另一部分要排放给。假设热机从高温热库吸收热量Q1，推动活塞做功W，并且向低温热库释放热量Q2，根据能量守恒定律知：Q1=

。⑶效率：我们把热机做的功W和它从热源吸收的热量Q1的比值叫做热机的效率，用η表示效率，则有：η==4\*GB2⑷因Q2≠0，所以W＜Q1，也就是η不可能达到100％，故机械能和内能转化过程是有的，机械能全部转化为内能的过程是自发进行的，而相反的过程自发进行。※4、第二类永动机⑴定义：从单一热库吸收热量，使之完全变为有用功而不引起其他变化的热机。第二类永动机把得到的能全部转化为能，热机效率达到。第二类永动机就是指这类遵守能量守恒定律，从单一热源不断获得能量的机器。⑵第二类永动机不可能制成：第二类永动机虽不违背守恒定律，但因为机械能和内能的转化过程具有方向性，也就是说机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化，所以第二类永动机不可能制成。二、热力学第二定律1、克劳修斯表述：注意：克劳修斯是按照的方向性来表述热力学第二定律的。2、开尔文表述：注意：开尔文是按照的方向性来表述热力学第二定律的。热力学第二定律使人们认识到，自然界中进行的涉及现象的宏观自然过程都具有性。三、能源是有限的1.能源：具有的容易利用的储能物质。如：煤炭、石油、天然气等。2.能量耗散：使用的能源最终会转化成分散在周围环境中不能再自动聚集起来驱动机器做功，这样的转化过程叫作。3.能源的使用过程中虽然能的总量保持不变，但能量的下降了，减少了。【探究--深化理解】探究一：宏观自然过程的方向性：一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。【典例1】关于自然过程中的方向性,下列说法正确的是 ()A.摩擦生热的过程是可逆的B.凡是符合能量守恒定律的过程一般都是可逆的C.实际的涉及热现象的宏观自然过程都具有“单向性”或“不可逆性”D.空调既能制冷又能制热,说明热传递不存在方向性【对点训练1】（多选）下列说法中，正确的是（）A.一切形式的能量间的相互转化都具有方向性B.热量不可能由低温物体传给高温物体C．气体的扩散过程具有方向性D．热机的效率必定小于1探究二热力学第二定律1.对热力学第二定律的理解：在热力学第二定律的表述中，正确地理解“自发地”“不产生其他影响”的确切含义是理解热力学第二定律的关键所在。(1)“自发地”过程就是在不受外界干扰的条件下进行的自然过程.(2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成,对周围环境不产生热力学方面的影响.如吸热、放热、做功等.(3)热力学第二定律的两种表述分别对应着一种“不可能”,但都有一个前提条件“自发地”或“不产生其他影响”,如果去掉这种前提条件,就都是有可能的.例如电冰箱的作用就是使热量从低温物体传到高温物体；等温膨胀就是从单一热库吸收热量,使之完全用来做功,但不是自发地或者说产生了其他影响.(4)热力学第二定律的两种表述是等价的。2.热力学第二定律的实质:热力学第二定律的每一种表述都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性,使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性.【典例2】（多选）根据热力学第二定律可知，下列说法中正确的是（）A.不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化B.没有冷凝器，只有单一的热库，能将从单一热库吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机是可以实现的C.制冷系统将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气中，而不引起其他变化D.不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化【对点训练2】下列过程可能发生的是()A.某工作物质从高温热源吸收20kJ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.利用其他手段,使低温物体温度更低,高温物体的温度更高D.两瓶不同的液体自发混合,然后又自发地各自分开【练习--学以致用】1、（多选）以下现象能够发生的是（）A．一杯热茶自然放置，茶会自动变得更热．B．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能C．桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离D．电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体2、(多选)关于热力学第二定律,下列说法正确的是()A.热量能够自发地从高温物体传到低温物体B.不可能使热量从低温物体传向高温物体C.从单一热源吸收热量,可以使之完全变成功D.气体向真空自由膨胀的过程是不可逆过程3、如图两种不同的金属组成一个回路,接触头1置于热水杯中,接触头2置于冷水杯中,此时回路中电流计发生偏转,这是温差电现象.假设此过程电流做功为W,接触头1从热水中吸收的热量为Q1,冷水从接触头2吸收的热量为Q2,根据热力学第二定律可得()A.Q1=WB.Q1>WC.Q1<Q2D.Q1+Q2=W4、(多选)下列关于能量耗散的说法正确的是()A．能量耗散使能的总量减少，违背了能量守恒定律B．能量耗散是指耗散在环境中的内能再也不能被人类利用C．各种形式的能量向内能的转化，是能够自动全额发生的第3题图D．能量耗散导致能量品质的降低5．如图气缸内盛有一定质量的理想气体，气缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与气缸壁的接触是光滑的，但不漏气．现通过活塞杆使活塞缓慢地向右移动，这样气体将等温膨胀并通过对外做功，若已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法中正确的是（）A．气体从单一热源吸热，并全部用来对外做功，因此该过程违反热力学第二定律B．气体从单一热源吸热，但并未全部用来对外做功，所以该过程违反热力学第二定律C．气体是从单一热源吸热，并全部用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律D．以上三种说法都不对参考答案：【预习--自主建构】一、1、高温低温低温高温方向性压缩机机械内能量守恒定律方向性内化学能内能做功机械能不同温度做功低温热库W+Q2方向不能4、内机械100%二、1、热量不能自发地从低温物体传