3.3能量守恒定律3.4热力学第二定律课件-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

§3能量守恒定律§4热力学第二定律情景导入符合能量守恒定律的宏观过程都能自发地进行吗？自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。热力学第二定律热力学第二定律：反映宏观自然过程的方向性的定律。1.克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。（RudolfJuliusEmanuelClausius，1822年1月2日－1888年8月24日）理解：①阐述了热传递的方向性。②自发：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。热力学第二定律③要将热量从低温物体传向高温物体，必须有外界的影响和帮助（有外界对其做功）才能完成；如：电冰箱、空调、冷库制冷系统；

制冷机做功

制冷系数:高温热库低温热库低温吸热高温放热热力学第二定律1871年，詹姆斯·麦克斯韦为了说明违反热力学第二定律的可能性，提出了麦克斯韦妖设想：一个绝热容器被分成相等的两格，中间是由“妖”控制的一扇小“门”。容器中的空气分子作无规则热运动时会向门上撞击，“门”可以选择性的将速度较快的分子放入一格，而较慢的分子放入另一格，这样，其中的一格就会比另外一格温度高，相当于热量“自发”地从低温部分逐渐向高温部分传递。思考：从微观角度来讲，由于麦克斯韦妖仅控制“门”开闭，没有对气体分子做功，不消耗能量，符合热力学第一定律。那么，是否也符合热力学第二定律呢？答：麦克斯韦妖识别、筛选粒子的过程是要消耗能量的，因此还是“引起了其他变化”。热力学第二定律2.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。对开尔文表述的理解：①可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功，但一定会产生其他影响。②阐述了机械能与内能转化的方向性：机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功以转换成机械能。热力学第二定律③热机吸收的热量不能全部用来做功，一定有其他影响；

热机效率不可能达到100％；

热机对外做功

热力学第二定律3.第三种表述：第二类永动机是不可能制成的。第二类永动机：能够从单一热源吸收热量，全部用来做功而不引起其他变化的热机。（

效率为100％的热机）普通家用车汽油机效率多在38%–45%热力学第二定律可以证明：热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是等价的。与热力学第一定律的关系：热力学第一定律是能量守恒定律在热现象中的表达形式。热力学第二定律指出了能量转化与守恒能否实现的条件和过程进行的方向。二者相互独立，又相互补充。能源是有限的（1）能量：自然界中的能量是守恒的，既不会增加也不会减少。（2）能源：具有高品质的容易利用的储能物质。（3）能量耗散：能量从高品质能源向低品质能量转化的过程。（4）能量总量不变，但能量品质会下降，即能源减少，因此能源是有限的资源，我们要节约能源。柴薪时期石油时期煤炭时期熵增原理不仅仅是热力学，还有其他各个分支，很多事物的发展，都是有其方向性的。初状态熵增原理

热寂说根据热力学第二定律，机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功以转换成机械能。在自然界中普遍存在的这种不可逆转的机械能的耗散趋向，其他形式的能趋于向内能转化，必然造成宇宙中热量的不断增加。1862年，开尔文提出，如果宇宙有限并服从现有的定律，那么经过有限长的时间后，宇宙将会处在一个巨大的“热平衡状态”中：机械能耗散至不复存在，任何物质都失去宏观形态，变为仅有微观热运动的分子，热量均匀地充斥着宇宙各处，宇宙的熵到达极值，宇宙将变成静止和死亡状态，即“热寂”。“热寂说”这一消极到极点的假说自提出起的一百多年内，无数科学家、哲学家（恩格斯、庞加莱、罗素等）呕心沥血，尝试过各种理论试图反驳之，无一人成功。这种悲观、消极的情绪持续了一个多世纪，直到“大爆炸宇宙模型”理论得到验证后，热寂说终于告一段落。

图中汽缸内盛有定量的理想气体，汽缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与汽缸壁的接触是光滑的，但不漏气．现将活塞杆与外界连接使其缓慢的向右移动，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，则下列说法正确的是（

）A．气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律B．气体是从单一热源吸热，但并未全用来对外做功，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热，全用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律D．ABC三种说法都不对（多选）如图所示，用两种不同的金属丝组成一个回路，触点1插在热水中，触点2插在冷水中，电流表指针会发生偏转，这就是温差发电现象。下列有关温差发电现象的说法中，正确的是（

）A、该实验符合能量转化守恒定律，但违背了热力学第二定律B、该实验中有部分内能转化为电路的电能C、该实验中热水的温度降低，冷水的温度不变D、该实验中热水的温度降低，冷水的温度升高金属筒内装有与外界温度相同的压缩空气，打开筒的开关，筒内高压空气迅速向外逸出，待筒内外压强相等时，立即关闭开关。在外界保持恒温的条件下，经过一段较长时间后，再次打开开关，这时出现的现象是（）A．筒外空气流向筒内B．筒内空气流向筒外C．筒内外有空气变换，处于动态平衡，筒内空气质量不变D．筒内外无空气交换A、B两装置，均由一支一端封闭、一端开口且带有玻璃泡的管状容器和水银槽组成，除玻璃泡在管上的位置不同外，其他条件都相同．将两管抽成真空后，开口向下竖直插入水银槽中（插入过程没有空气进入管内），水银柱上升至图示位置停止．假设这一过程水银与外界没有热交换，则下列说法正确的是A．A中水银的内能增量大于B中水银的内能增量B．B中水银的内能增量大于A中水银的内能增量C．A和B中水银体积保持不变，故内能增量相同D．A和B中水银温度始终相同，故内能增量相同

图中活塞将汽缸分成甲、乙两气室，汽缸、活塞（连同拉杆）是绝热的，且不漏气，以E甲、E乙分别表示甲、乙两气室中气体的内能，则在将拉杆缓慢向外拉的过程中（）A．甲的压强增大B．乙气体分子单位时间撞击单位面积的分子数减少C．U甲增大，U乙减小

D．活塞对甲做的功等于乙对活塞做的功

如图所示，固定容器及可动活塞P

都是绝热的，中间有一导热的固定隔板