物理选择性必修 第三册4 热力学第二定律课堂教学ppt课件

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1.了解传热、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是不可逆的。(物理观念)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的原因。(物理观念)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。(科学思维)4.了解能量耗散、能源和环境。(科学态度与责任)
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一、热力学第二定律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　　 　　。 
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)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。 
克劳修斯表述和开尔文表述是等价的
阐述了机械能与内能转化的方向性
二、能源是有限的1.能量耗散:人类使用的能源最后都转化成　　　　分散在环境中不能　　　　聚集起来驱动机器做功,这样的转化过程叫作“能量耗散”。 2.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　　　　 形式降级为可用性差的　　　　形式。 3.能源:是指具有高品质的容易利用的　　　　　,例如石油、天然气、煤等。 
反映出自然界中的自发变化过程具有方向性
情境链接覆水难收;破镜难圆;水从高山流到河谷,不可能自己再返回高山;一滴墨水滴入一杯清水,会均匀地扩散开来,不可能再自动地凝成一滴墨水……这些现象说明了什么道理?
提示 自然界的宏观过程不可能自发地逆向进行。
教材拓展阅读教材P60思考与讨论,想一下电冰箱是怎么工作的?
提示 电冰箱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,通过压缩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。
易错辨析(1)机械能可以完全转化为内能。(　　)(2)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。(　　)(3)热量不能自发地从低温物体传递到高温物体。(　　)(4)根据能量守恒定律可知,节约能源是没有必要的。(　　)(5)能量耗散会导致总能量减少,也会导致能量品质降低。(　　)
提示人类使用能源的过程,尽管能量的数值不变,但最终会变为可用性差的内能,可以利用的能源会减少,因此,有必要节约能源。
提示能量耗散不会导致总能量减少,但会导致能量品质降低。
探究点一　热力学第二定律
1.如图所示,在甲图的活塞上轻轻放上一块小物体,重力做功将重力势能转化为气体内能,气体温度升高与外界进行热交换,直到乙图所示的状态,活塞还能自发地返回到原位置吗?
要点提示 活塞不能自发地返回到原位置,气体不会自发地将内能转化成机械能,因为这违背了热力学第二定律。
2.随着科技的不断发展,是不是能够使热机效率达到100%?
要点提示 不能,因为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。
1.宏观自然过程的方向性(1)传热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。(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,决不会自发地分开,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地面上运动,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.对热力学第二定律的理解(1)克劳修斯表述中“自发”的含义: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,热量就能从高温物体传到低温物体。“自发”的方向是从高温物体指向低温物体。(2)开尔文表述中“不可能从单一热库吸收热量”的含义:不仅要从一个热库吸热,而且一定会向另一个热库放热。即热机工作时须有高温热库和低温热库。(3)开尔文表述中“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。
特别提示　(1)热力学第二定律的两种表述是等价的。(2)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。
3.热力学第二定律与热力学第一定律的比较
【例1】 如图所示的汽缸内盛有一定量的理想气体,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,在外界的帮助下使其缓慢地向右移动,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.气体从单一热库吸热,全用来对外做功,因此此过程违反热力学第二定律B.气体从单一热库吸热,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.气体从单一热库吸热,全用来对外做功,但此过程不违反热力学第二定律D.A、B、C三种说法都不对
解析 热力学第二定律从机械能与内能转化过程的方向性来描述是不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功,而不产生其他影响。本题中如果没有外界的帮助,是不可能做等温膨胀的,即这一过程虽然是气体从单一热库吸热,全用来对外做功,但产生了其他影响,所以此过程不违反热力学第二定律。
1.(2023湖北武汉高二期末)下列关于热力学第二定律的说法正确的是(　　)A.随着科技的进步,所有符合能量守恒定律的宏观过程都能真的发生B.一切与热现象有关的宏观自然过程都是可逆的C.机械能可以全部转化为内能,但内能无法全部用来做功而转化成机械能且不产生其他影响D.气体向真空的自由膨胀是可逆的
解析 即使科技越来越进步,所有符合能量守恒定律但不符合热力学第二定律的宏观过程也无法发生,故A错误;一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的,故B错误;机械能可以全部转化为内能,但内能无法全部用来做功而转化成机械能且不产生其他影响,故C正确;气体向真空的自由膨胀是不可逆的,故D错误。
探究点二　热机的工作原理与效率
1.国内某柴油机厂所产的单缸柴油机如图所示,图中上方部分为水箱,热机工作时,内能可以全部转化为机械能吗?为什么?水箱所起的作用是什么?
要点提示 柴油机工作时水箱所起的作用是作为低温热库给热机快速降温,在内能向机械能转化的过程中,内能有一部分转移到低温热库,不可能全部转化为机械能。
2.我们把“从单一热库吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响的热机称为第二类永动机”,如果随着科技的不断发展,能够使热机没有漏气、没有摩擦,是不是就能制成第二类永动机?
要点提示 不能。即使没有摩擦、没有漏气等能量损失,它也不可能把吸收的热量百分之百地转化为机械能,例如汽车排出气体的温度一定会比空气的温度高,它会向周围散热。所以说第二类永动机是不可能制成的。
1.热机(1)热机的工作原理工作物质从热库吸收热量Q1,推动活塞做功W,然后排出废气,同时把热量Q2散发到冷凝器或大气中。根据能量守恒定律有Q1=W+Q2。(2)热机的效率把热机做的功W与它从热库中吸收的热量Q1的比值叫作热机的效率,用η
因为Q1=W+Q2,所以Q1>W,η