人教版 (2019)选择性必修 第三册4 热力学第二定律教案配套课件ppt

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第三册4 热力学第二定律教案配套课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了热力学第二定律，目标体系构建，课前预习反馈，方向性，不可逆的，化学能，机械能，机械功W，热量Q，完全变成功等内容，欢迎下载使用。

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。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。4．了解能量耗散、能源和环境。
1．通过自然界中客观过程的方向性，了解热力学第二定律。2．了解热力学第二定律的两种不同表述，以及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．认识能量耗散，知道能源是有限的。
1．热力学第二定律的克劳修斯表述(1)内容：热量不能自发地从_______物体传到_______物体。即传热的过程具有_________。(2)传热的方向性①热量可以自发地由_______物体传给_______物体。②热量不能自发地由_______物体传给_______物体。③一切与热现象有关的宏观自然过程都是___________。说明：在表述中强调“自发”，就是不需要任何第三者介入，就能发生。
2．热力学第二定律的另一种表述(1)热机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热机的效率：热机输出的___________与燃料产生的_________的比值。用公式表示：η＝______。
(2)开尔文表达不可能从单一热库吸收热量，使之_____________，而不产生其他影响。(该表述阐述了机械能与内能转化的方向性)注意：热力学第二定律的克劳修斯和开尔文表述是等价的。
『判一判』(1)机械能可以完全转化为内能。(　　)(2)内能不可能完全转化为机械能。(　　)(3)能够制成的热机既不违背能量守恒定律，也不违背热力学第二定律。(　　)(4)一个系统中个体排列的“有序”和“无序”是绝对的。(　　)(5)科技发达后，热机的效率可以达到100%。(　　)(6)热量不能自发地从低温物体传递到高温物体。(　　)
『选一选』下列说法正确的是(　　)A．物体放出热量，温度一定降低B．物体内能增加，温度一定升高C．热量能自发地从低温物体传到高温物体D．热量能自发地从高温物体传到低温物体
解析： 改变内能的两个途径是做功和传热，只知道做功情况或只知道传热情况不能判断物体内能的变化，A错误；物体内能是由分子动能和分子势能两部分组成的，总量变化不能断定其中一个怎样变化，温度只是分子热运动平均动能的宏观标志，由于分子势能的存在，不能通过内能的变化判断温度的变化，故B错误；热量只能自发地从高温物体传到低温物体，故D正确。
『想一想』成语“覆水难收”指的是一盆水泼出去后是不可能再倒回盆中的。请从不同宏观态所对应的微观态数目不同这个角度，解释为什么水不会自发地聚到盆中。
答案：由于盆的形状确定，水在盆中所处的宏观态对应的微观态数目少，较为有序。当把水泼出后，它的形状不受盆的限制，各种可能的形状都有，此时所处的宏观态对应的微观态数目将变得非常多，较为无序。因为自发的过程总是从有序向无序发展，所以水不会自发地聚到盆中。
1．能量耗散：有序度较高(集中度较高)的能量转化为_______，流散到环境中无法重新收集起来加以利用的现象。2．各种形式的能量向内能的转化，是无序程度_______的状态向无序程度_______的状态的转化，是能够_______发生、全额发生的。3．能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的自发变化过程具有_______性。
4．能量耗散虽然不会导致能量总量的减少，却会导致能量_______的降低，它实际上是将能量从高度有用的_________形式降级为不大可用的_________形式。说明：虽然能量总量不会减少，但能源会逐步减少，因此能源是有限的资源。
『选一选』下列现象属于能量耗散的是(　　)A．利用水能发电将水能转化为电能B．电池的化学能转化为电能C．电流通过电阻丝转化为光能D．火炉把房子烤暖解析：能量耗散是指其他形式的能转变为内能，最终流散在周围环境中无法重新收集并加以利用的过程。本题中的电能、光能都可以重新收集并加以利用。火炉把房子烤暖使燃料的化学能转变成内能并流散在周围的环境中，难以重新收集并加以利用，是能量耗散。故本题选D。
对热力学第二定律的理解
要|点|提|炼1．自然过程的方向性(1)热传导具有方向性两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，而低温物体不可能自发地将热量传给高温物体，要实现低温物体向高温物体传递热量，必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起其他变化。
(2)气体的扩散现象具有方向性两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为均匀的混合气体，但这种均匀的混合气体，绝不会自发地分开，成为两种不同的气体。(3)机械能和内能的转化过程具有方向性物体在水平面上运动，因摩擦而逐渐停止下来，但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后，在地面上重新运动起来。(4)气体向真空膨胀具有方向性气体可自发地向真空容器内膨胀，但绝不可能出现气体自发地从容器中流出，使容器内变为真空。
2．在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产生其他影响” “单一热库”“不可能”的含义(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)“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温度差来发电。(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到高温热库以外，过程所产生的其他一切影响，用任何办法都不可能加以消除。
(1)热力学第二定律的两种表述是等效的。(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|剖|析　　　　　(多选)根据热力学第二定律分析，下列说法正确的是(　　)A．热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体B．热量能够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C．机械能可以全部转化为内能D．内能可以全部转化为机械能而不引起其他变化
解析：根据热传递的规律可知，热量可以自发地从高温物体传到低温物体，却不能自发地(不需要外界帮助)从低温物体传到高温物体，但是如果借助外界的帮助，热量可以从低温物体传到高温物体，故A错误，B正确；机械能可以全部转化为内能(如一个运动物体克服摩擦力做功且最终停止运动时，机械能全部转化为内能)，内能无法全部转化为机械能而不引起其他变化，故C正确，D错误。
　　　　　　　　(多选)电冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气，下列说法正确的是(　　)A．热量能自发地从低温物体传给高温物体B．在一定条件下，热量可以从低温物体传给高温物体C．热量的传递过程不具有方向性D．在自发的条件下热量的传递过程具有方向性
解析： 一切自发过程都有方向性，如热传导，热量总是由高温物体自发地传向低温物体；又如扩散，气体总是自发地由密度大的地方向密度小的地方扩散。在外界帮助下气体可以由密度小的地方向密度大的地方扩散，热量可以从低温物体传向高温物体，电冰箱就是借助外界做功把热量从低温物体——冷冻食品，传向高温物体——周围的大气。所以在回答热力学过程的方向性问题时，要区分是自发过程还是非自发过程，电冰箱内热量传递的过程是有外界参与的。
要|点|提|炼1．能源的分类
2．能源开发和利用加强新能源，特别是清洁能源的开发和利用，控制化石能源开采，提高能源的利用率，降低对环境的污染。
典|例|剖|析　　　　　(2022·贵州遵义航天高级中学高二期中)关于能量和能源，下列说法中正确的是(　　)A．能量在转化和转移过程中，其总量有可能增加B．能量在转化和转移过程中，其总量会不断减少C．能量在转化和转移过程中总量保持不变，故节约能源没有必要D．能量的转化和转移具有方向性，且现有可利用的能源有限，故必须节约能源
解析： 能量在转化和转移过程中，总量是守恒的，A、B错误；能量在转化和转移过程中总量保持不变，但能量的转化和转移具有方向性，且现有可利用的能源有限，我们要注意节约能源，C错误，D正确。
　　　　　　　　关于能量耗散，下列说法不正确的是(　　)A．能量耗散导致能量的品质降低B．能量耗散是指分散在环境中的内能很难被人类再回收利用C．能量耗散使能量总量减少，违背了能量守恒定律D．各种形式的能量在一定条件下向内能的转化，是能够全额发生的解析： 能量耗散是能量在转化过程中以内能的形式发散到周围环境中，使得能量品质降低，且耗散在环境中的内能很难被人类再利用，但能量耗散遵守能量守恒定律，另外，各种形式的能量在一定条件下向内能转化是能够全额发生的，故A、B、D正确，C错误。
热力学第一定律与热力学第二定律的区别与联系
　　　　　(多选)关于热力学两大定律，下列说法正确的是(　　　)A．热力学第一定律和热力学第二定律是相互独立的B．热力学第二定律的两种表述是等效的C．由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，传热也不一定改变内能，但同时做功和传热一定会改变内能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：热力学第二定律有几种不同的表述形式，但它们是等效的，它与热力学第一定律是各自独立的，A、B正确；由热力学第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝W＋Q可以等于0，C错误；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正确。
规律总结：(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，内能却不可以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：第二类永动机也不可能制成。
一、热力学第二定律1．(多选)关于自然过程的方向性，下列说法正确的是(　　)A．摩擦生热的过程是可逆的B．凡是符合能量守恒的过程一般都是可逆的C．实际的宏观自发过程都具有“单向性”或“不可逆性”D．气体的自由膨胀是不可逆过程解析：机械能和内能的转化过程具有方向性，所以摩擦生热的过程是不可逆的，故A错误；实际的宏观自发过程都符合能量守恒定律，具有“单向性”或“不可逆性”，故B错误，C正确。气体自由膨胀的过程具有方向性，是不可逆过程，故D正确。
2．根据热力学定律，下列判断正确的是(　　)A．我们可以把火炉散失到周围环境中的能量全部收集到火炉中再次用来取暖B．利用浅层海水和深层海水间的温度差制造出一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，这在原理上是可行的C．制冷系统能将冰箱内的热量传给外界较高温度的空气，而不引起其他变化D．满足能量守恒定律的客观过程都可以自发地进行
解析： 热量不能自发地从低温物体传到高温物体，所以不能把散失的能量全部收集起来重新加以利用，A错误；由热力学第二定律可知，B正确；热量从低温物体传给高温物体时一定会发生其他变化，C错误；只满足能量守恒定律而不满足热力学第二定律的过程是不可能发生的，D错误。
3．下列关于熵的说法错误的是(　　)A．熵是系统无序程度的量度B．在孤立系统中，一个自发的过程总是向熵减少的方向进行C．热力学第二定律的微观实质是孤立系统总是向熵增大的状态发展D．熵值越大，代表系统分子运动越无序解析：熵是系统无序程度的量度，熵越大，系统分子运动无序程度越大，故A、D正确；孤立系统中发生的任何实际过程，其能量的总值保持不变，而其熵值恒增，故B错误，C正确。
4．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．能量守恒定律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力学中的具体体现。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，B正确，A、C、D错误。
二、能源是有限的5．(2023·湖南怀化沅陵一中开学考试)下列关于能量转移和转化的方向性的说法，正确的是(　　)A．在自然界中所有能量都能利用B．能量的利用是无条件的，也是无代价的C．物体发生热传递时，热传递的方向为从高温物体到低温物体D．物体发生热传递时，热传递的方向为从内能多的物体到内能少的物体
解析： 在自然界中不是所有能量都能利用，故A错误；能量的利用是有条件的，也是有代价的，例如核能的使用，一旦发生核泄漏，后果不堪设想，故B错误；物体发生热传递时，热传递的方向是从高温物体到低温物体，而不一定是从内能多的物体到内能少的物体，故C正确，D错误。
6．(2023·浙江嘉兴月考)人人选择绿色出行方式，个个践行低碳生活理念，“低碳”要求我们节约及高效利用能源，关于能源与能量，下列说法中正确的是(　　)A．能量被使用后消失了，所以要节约能源B．自然界中石油、煤炭等能源可供人类长久使用C．人类应多开发和利用风能、太阳能、核能等新能源D．人类不断地开发和利用新的能源，所以能量可以被创造