2019高中物理 第十章 4 热力学第二定律教学案（含解析）新人教版选修3-3

4热力学第二定律学习目标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可逆的2.了解热力学第二定律的两种表述，并能用热力学第二定律解释第二类永动机不能制造成功. (重点)3.能用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移及方向性问题，并能解决一些实际问题(难点)知识点一热力学第二定律的一种表述先填空1热传导的方向性(1)热量可以自发地由高温物体传给低温物体(2)热量不能自发地由低温物体传给高温物体(3)热传导过程是有方向性的2热力学第二定律的克劳修斯表述热量不能自发地从低温物体传到高温物体即热传导的过程具有方向性再思考热量能自发地从高温物体传给低温物体，我们所说的“自发地”指的是没有任何的外界影响或者帮助电冰箱是让“热”由低温环境传递到高温环境这是不是自发进行的？说明理由【提示】电冰箱能够把热量从低温物体传给高温物体，在该过程中电冰箱要消耗电能一旦切断电源，电冰箱就不能把其内部的热量传给外界的空气了，相反，外界的热量会自发地传给电冰箱，使其温度逐渐升高后判断1热量会自发地从高温物体传递到低温物体，而不会自发地从低温物体传递到高温物体()2热传导的过程具有方向性()3热量不能由低温物体传给高温物体(×)知识点二热力学第二定律的另一种表述先填空1机械能和内能转化过程具有方向性，即机械能全部转化为内能的过程是可以自发进行的，内能全部转化为机械能的过程，是不能自发进行的，要将内能全部转化为机械能，必然会引起其他影响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(即机械能与内能转化具有方向性)再思考随着科技的不断发展，假如能够使热机没有漏气，没有摩擦，也没有机体热量损失，是不是能够使热机效率达到100%?【提示】不能，原因是热机的工作物质吸收的热量不能完全用来做功，这违背了热力学第二定律后判断1第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反热力学第二定律()2机械能可以全部转化为内能，而内能不能自发的全部转化为机械能()3热力学第二定律表明，所有的物理过程都具有方向性(×)热力学第二定律的理解【问题导思】1热量只能从高温物体传到低温物体吗？【提示】不是，在引起其他影响的情况下，热量可以从低温物体传到高温物体2内燃机工作时可以把内能全部转化为机械能吗？【提示】不能，因为热机工作时总有内能损失，不可能全部转化为机械能1克劳修斯表述指明热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助，其物理本质是揭示了热传递过程是不可逆的2开尔文表述中的“单一热源”指温度恒定且均匀的热源“不引起其他变化”是指唯一效果是热量全部转变为功而外界及系统都不发生任何变化其物理实质揭示了热变功过程是不可逆的3热力学第二定律的每一种表述都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性，都是不可逆的【例题1】(多选)根据热力学第二定律，下列说法正确的是()A热机中燃气的内能不可能全部变成机械能B电能不可能全部转变成内能C在火力发电机中，燃气的内能不可能全部转变成电能D在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体【思路点拨】(1)内能和机械能、电能的转化可以考虑热力学第二定律的第二种表述(2)热传导现象可以考虑热力学第二定律的第一种表述【解析】凡是与热现象有关的宏观热现象都具有方向性无论采用任何设备和手段进行能量转化，总是遵循“机械能可全部转化为内能，而内能不能全部转化为机械能”，故A正确【答案】ACD【规律总结】理解热力学第二定律的方法1理解热力学第二定律的实质，即自然界中进行的所有涉及热现象的宏观过程都具有方向性理解的关键在于“自发”和“不引起其他变化”2还要正确理解哪些过程不会达到100%的转化而不产生其他影响【及时训练】1(多选)根据热力学第二定律，下列说法中正确的是()A不可能从单一热源吸热并把它全部用来做功，而不引起其他变化B没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源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而不引起其他变化D在火力发电中，燃气的内能不可能全部变成电能【答案】AD2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一切形式的能量间的相互转化都不具有可逆性【答案】C【学法指导】热力学第一定律，热力学第二定律的对比应用1两个定律比较：热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的具体表现形式，在转化的过程中，总的能量保持不变热力学第二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可逆性2两类永动机的比较：第一类永动机：不消耗任何能量，可以不断做功(或只给予很小的能量启动后，可以永远运动下去)第二类永动机：将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化(或只有一个热源，实现内能与机械能的转化)【例题2】关于两类永动机和热力学两大定律，下列说法正确的是()A第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律B第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律C由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能D由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热库吸收热量，完全变成功也是可能的【解析】第一类永动机违反热力学第一定律，第二类永动机违反热力学第二定律，A、B错；由热力学第一定律可知W0，Q0，但UWQ可以等于0，C错；由热力学第二定律可知D中现象是可能的，但不引起其他变化是不可能的，D对【答案】D【知识点拨】1热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的一种表述形式，是从能的角度揭示不同物质运动形式相互转化的可能性告诫人们：第一类永动机不可能制成2热力学第二定律揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性如机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能而不引起其他变化，进一步揭示了各种有关热的物理过程都具有方向性告诫人们：第二类永动机不可能制成【及时训练】关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述正确的是 ()A热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化，而热力学第二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式的能，故这两条定律是相互矛盾的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，故两条定律并不矛盾C两条定律都是有关能量的转化规律，它们不但不矛盾，而且没有本质区别D其实，能量守恒定律已经包含了热力学第一定律和热力学第二定律【解析】热力学第一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学中的具体体现热力学第二定律则进一步阐明了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，并不矛盾，故C、D错误，B项正确；内能在一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，但是要引起其他变化，如电冰箱制冷机工作还要消耗电能，故A错误【答案】B【课后作业】全员参与·基础练1(多选)关于热传递的说法正确的是()A热量只能从高温物体传递到低温物体，而不能从低温物体传递到高温物体B热量只能从低温物体传递到高温物体，而不能从高温物体传递到低温物体C热量既可以从高温物体传递到低温物体，又可以从低温物体传递到高温物体D热量会自发地从高温物体传递到低温物体，而不会自发地从低温物体传递到高温物体【答案】CD2(多选)下列关于热机的说法中，正确的是()A热机是把内能转化为机械能的装置B热机是把机械能转化为内能的装置C只要对内燃机不断进行革新，它可以把燃料燃烧释放的内能全部转化为机械能D即使没有漏气，也没有摩擦等能量损失，内燃机也不能把内能全部转化为机械能【答案】AD3关于永动机和热力学定律的讨论，下列叙述正确的是()A第二类永动机违反能量守恒定律B如果物体从外界吸收了热量，则物体的内能一定增加C外界对物体做功，则物体的内能一定增加D做功和热传递都可以改变物体的内能，但从能量转化或转移的观点来看这两种改变方式是有区别的【答案】D4关于热现象和热学规律，下列说法中正确的是()A随着低温技术的发展，我们可以使温度逐渐降低，并达到绝对零度，最终实现热机效率100%B热量是不可能从低温物体传递给高温物体的C第二类永动机遵从能量守恒故能做成D用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功2.0×105 J，同时空气向外界放出热量1.5×105 J，则空气的内能增加了0.5×105 J【答案】D5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，只有机械能才会转化为内能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【答案】C6. (多选)如图10­4­2所示，为电冰箱的工作原理示意图；压缩机工作时，强迫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反热力学第一定律D电冰箱的工作原理违反热力学第一定律【解析】热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律，是能的转化和守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，故C正确，D错误；【答案】BC7关于热学现象和热学规律，下列说法中正确的是()A将地球上所有海水的温度降低0.2 ，以产生大量的内能供人类使用B布朗运动是液体分子的运动，它说明液体分子永不停息地做无规则的运动C在热传递中，热量一定是从内能多的物体传向内能少的物体D在热传递中，热量一定是从温度高的物体流向温度低的物体【答案】D8制冷机是一种利用工作物质，使热量从低温物体传到高温物体的装置，通过制冷机的工作可以使一定空间内的物体温度低于环境温度并维持低温状态夏天，将房间一台正在工作的电冰箱的门打开，试分析这是否可以降低室内的平均温度，为什么？【答案】不会降低室内的平均温度若将一台正在工作的电冰箱的门打开，尽管可以不断向室内释放冷气，但同时冰箱的箱体向室内散热，就整个房间来说，由于外界通过导线不断有能量输入，室内的温度会不断升高超越自我·提升练9(多选)(2013·全国大纲卷)根据热力学定律，下列说法中正确的是()A电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递B空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量C科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机D对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少，形成“能源危机”【解析】由能量守恒定律知，能量总是守恒的，只是存在的形式不同，选项D错误【答案】AB10(多选)热机是一种把内能转化为机械能的装置