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1、4热力学第二定律,学习目标,1.知道热传递、扩散现象、机械能与内能的转化等都具有方向性.具有方向性的过程是不可逆的.2.理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可能制成.3.学会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.4.学会运用热力学第二定律解决一些实际问题.,课前预习,课堂探究,随堂演练,课前预习 掌握新知,知识梳理,一、热力学第二定律1.一切与热现象有关的宏观自然过程都是 的.如物体间的传热,气体的膨胀、扩散都有特定的.2.反映宏观自然过程的 的定律就是热力学第二定律.二、热力学第二定律的两种表述1.克劳修斯表述:热量不能 地从 温物体传到
2、温物体.2.开尔文表述:不可能从 热库吸收热量,使之 变成功,而 其他影响.,不可逆,方向性,方向性,自发,低,高,单一,完全,不产生,三、热机1.热机的效率:热机输出的 与燃料产生的 的比值,用公式表示为=.热机的效率不可能达到100%.2.第二类永动机:只有 热源,从单一热源吸收热量,可以 用来做功的热机叫第二类永动机,它不违背,但违背,所以 实现.,机械功,热量,单一,全部,能量守恒定律,热力学第二定律,不能,科学思维,1.思考判断,(1)温度不同的两个物体接触时,热量会自发地从低温物体传给高温物体.()(2)第二类永动机违反了热力学第二定律.()(3)物体不可能从单一热源吸收热量,使之
3、完全转变为功.()(4)一切与热现象有关的微观自然过程都是不可逆的.()(5)机械能可以全部转化为内能.()(6)只要对内燃机不断改进,就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能.(),2.思维探究,(1)将一杯热水放在教室里,热水中的热量会“自发地”传递给空气.“自发地”含义是什么?,答案:“自发地”指的是没有任何外界的影响或帮助.,(2)电冰箱内部的温度比外部低,为什么制冷系统还能够不断把冰箱内的热量传递给外界的空气?,答案:这是因为电冰箱消耗了电能,对制冷系统做了功.一旦切断了电源,电冰箱就不能把其内部的热量传递给外界空气了.,(3)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
4、没有机体热量损失,是不是能够使热机效率达到100%?,答案: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.,要点一热力学第二定律及其理解,课堂探究 突破要点,探究导学,(1)两个温度不同的物体互相接触时,将会出现什么现象?,答案:两个温度不同的物体互相接触时,热量将自发地从高温物体传给低温物体,使高温物体温度降低,低温物体温度升高.,(2)上述(1)过程中热量是自发地从高温物体传给低温物体的,我们所说的“自发地”指的是没有任何的外界影响或者帮助.那么,同学们见过热量从低温物体传给高温物体的实例吗?,答案:电冰箱消耗电能能够把热量从低温物体传给高温物体,在该过程中
5、,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内部,使其内部温度逐渐升高.,(3)上述(1)(2)现象说明什么问题?,答案:热量可以自发地从高温物体向低温物体传递,但要从低温物体向高温物体传递,必须有第三者的介入.,(4)热力学第二定律存在克劳修斯表述和开尔文表述,这两种表述的不同点和共同点是什么?,答案:克劳修斯表述阐述了热传递过程的方向性,开尔文表述阐述了机械能与内能转化的方向性.两种表述是等价的,可以从其中一种表述推导出另一种表述,两种表述都说明自发的宏观热现象具有方向性.,要点归纳,1.在热力学第二定律的表述中,“自发地”“不产生其他影响
6、”“单一热库”“不可能”的涵义(1)“自发地”是指热量从高温物体“自发地”传给低温物体的方向性.在传递过程中不会对其他物体产生影响或借助其他物体提供能量等.(2)“不产生其他影响”的涵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)“单一热库”:指温度均匀并且恒定不变的系统.若一系统各部分温度不相同或者温度不稳定,则构成机器的工作物质可以在不同温度的两部分之间工作,从而可以对外做功.据报道,有些国家已在研究利用海水上下温度不同来发电.,(4)“不可能”:实际上热机或制冷机系统循环终了时,除了从单一热库吸收热量对外做功,以及热量从低温热库传
7、到高温热库以外,过程所产生的其他一切影响,不论用任何的办法都不可能加以消除.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.,例1(多选)根据热力学第二定律可知,下列说法中正确的是()A.不可能从单一热源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过程中,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,AD,解析:热力
8、学第二定律揭示了与热现象有关的物理过程的方向性,机械能和内能的转化过程具有方向性,机械能可以全部转化为内能,而内能要全部转化为机械能必须借助外部的帮助,即会引起其他变化,A选项正确,B选项错误;热传递过程也具有方向性,热量能自发地从高温物体传给低温物体,但是热量要从低温物体传到高温物体,必然要引起其他变化(外界对系统做功),故C选项错误,D选项正确.,学霸笔记,对热力学第二定律理解的两点说明(1)理解热力学第二定律的关键在于“自发”和“不引起其他变化”.(2)热量可以从高温物体传到低温物体,也可以从低温物体传到高温物体,只不过前者能自发地进行,后者必须借助外界的帮助;机械能可以全部转化为内能,
9、而内能要全部转化为机械能,肯定会引起其他变化.,解析:热力学第二定律是物理学家通过对大量自然现象的分析,又总结了生产和生活经验得到的结论,是一个经验定律,它并不能通过理论和实验来证明,但它符合客观事实,因此是正确的.它揭示了热现象宏观过程的方向性,使人们认识到第二类永动机不可能制成,对我们认识自然和利用自然有着重要的指导意义.,B,(教师备用)例1-1 关于热力学第二定律,下列说法正确的是()A.热力学第二定律是通过实验总结出来的实验定律B.热力学第二定律是通过大量自然现象的不可逆性总结出来的经验定律C.热力学第二定律是物理学家从理论推导出来的结果D.热力学第二定律没有理论和实验的依据,因此没
10、有实际意义,针对训练1(多选)下列说法中正确的是()A.一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性B.一切不违反能量守恒定律的物理过程都是可能实现的C.由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行D.一切物理过程都不可能自发地进行,解析:热力学第二定律指出了热现象的方向性,A正确;不违反能量守恒定律的物理过程,但违反热力学第二定律也不可能实现,B错误;热力学第二定律反映宏观自然过程的方向性,C正确,D错误.,AC,要点二热机与第二类永动机,探究导学,汽车和轮船上用的汽油机、柴油机,火力发电厂和核电站用的蒸汽轮机等都是热机.如图所示为汽车的发动机,请思考并回答下列问题.(1)热机的工作过程是怎样的?,
11、答案:热机从高温热库吸收热量,推动活塞做功,然后向低温热库放出热量.,(2)热机工作时,汽缸(燃烧室)是它的高温热库,低温热库在哪里?,(3)第二类永动机为什么不可能制成?,答案: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,进一步揭示了任何宏观自然过程都具有方向性.告诫人们:第二类永动机不可能制成.,答案:汽车发动机工作时低温热库就是汽缸外界空间中的大气.,要点归纳,1.热机的特点(1)热机不仅仅只有一个热库.(2)热机的效率不可能达到100%.2.第二类永动机不可能制成的原因违反了热力学第二定律(不违反能量守恒
12、定律).3.第二类永动机不能制成的意义(1)机械能可能全部转化成内能,但内能不能全部转化成机械能,而不产生其他影响.(2)机械能和内能的转化具有方向性.,例2(2019湖南常德检测)下列说法中正确的是()A.功可以完全转化为热量,而热量不可以完全转化为功B.热机必须具有两个热库,才能实现热功转化C.热机的效率不可能大于1,但可能等于1D.热机的效率必定小于1,D,学霸笔记,两类永动机的比较,解析:第一类永动机违背了能量守恒定律,第二类永动机违背了热力学第二定律,故选项A正确,B错误;热力学第一定律与热力学第二定律相辅相成,互相独立,选项C正确;热力学第二定律的两种表述是等价的,选项D正确.,A
13、CD,(教师备用)例2-1(多选)下列说法中正确的是()A.第一类永动机不可能制成,因为它违背了能量守恒定律B.第二类永动机不可能制成,因为它违背了能量守恒定律C.热力学第一定律和热力学第二定律是相互独立的D.热力学第二定律的两种表述是等价的,针对训练2 第二类永动机不可能制成的原因是()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,D,解析:第二类永动机的设想并不违背能量守恒定律,但是违背了热力学第二定律,所以不可能制成.,随堂演练 检测效果,1.(多选)关于热传导的方向性,下列说法正确的是()A.热量能自
14、发地由高温物体传给低温物体B.热量能自发地由低温物体传给高温物体C.在一定条件下,热量也可以从低温物体传给高温物体D.热量一定不可能从低温物体传给高温物体E.热量既可以从高温物体传到低温物体,也可以从低温物体传到高温物体,ACE,解析:在有外力做功的情况下,热量可以从低温物体传递给高温物体;而在自发的条件下,热量只能从高温物体传给低温物体,故A,C,E选项正确.,2.(2019湖北鄂州检测)(多选)关于制冷机制冷过程的说法中,正确的是()A.此过程违反了热力学第二定律B.此过程没有违反热力学第二定律C.此过程违反了能量守恒定律D.此过程没有违反能量守恒定律E.此过程在消耗电能的前提下,热量从低
15、温物体传给高温物体,BDE,解析:制冷机可以从低温物体吸收热量传给高温物体,但必须消耗电能,热力学第二定律并不否认热量可从低温物体传给高温物体,关键是“不能自发”,A错误,B,E正确;任何物理过程都不违反能量守恒定律,C错误,D正确.,3.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转化的规律,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
16、含了热力学第一定律和热力学第二定律,B,解析:热力学第一定律是能量守恒在热现象中的体现,而热力学第二定律则指出内能和其他形式能发生转化的方向性,两者并不矛盾,选项A,C,D错误,B正确.,4.下列说法正确的是()A.热量不能由低温物体传递到高温物体B.外界对物体做功,物体的内能必定增加C.第二类永动机不可能制成,是因为违背了能量守恒定律D.电冰箱虽然可以从低温物体吸收热量,但不违反热力学第二定律,D,解析:根据热力学第二定律,热量不能自发地由低温物体传递到高温物体,在发生其他变化的前提下,热量可以由低温物体传递到高温物体,例如电冰箱制冷时,压缩机工作,消耗了电能,同时热量由冰箱内的低温物体传递
17、到冰箱外的高温物体,所以选项A错误;外界对物体做功的同时,物体可能向外放热,物体的内能不一定增加,所以选项B错误;第二类永动机,并不违背能量守恒定律,但它违背了热力学第二定律,因此它不可能制成,所以选项C错误;电冰箱虽然从低温物体吸收了热量,但产生了其他影响,消耗了电能,选项D正确.,5.(2019河北唐山月考)下列过程中可能发生的是()A.某种物质从高温热源吸收20 kJ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.利用其他手段,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,然后它们又自发地各自分开,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,而不引起其他的影响,但通过一些物理手段是可以实现的,故C项正确;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;扩散现象也有方向性,故D项错误.,C,点击进入 课时作业,
