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
7页1、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
2、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
3、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
4、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
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