2013-2014版物理《课时讲练通》配套课件10.4热力学第二定律(人教版选修3-3)

重点：1.一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 2．热力学第二定律的两种不同表述。 难点：1．理解热力学第二定律的两种表述的等价性。
2．理解热机的效率不可能达到100%。
3.用热力学第二定律解释生活中的有关现象。
一、热力学第二定律 1.热传导的方向性： 热量 会自发地从_____ 高温 物体 （1）温度不同的两个物体接触时，_____ 低温 物体，但不会自发地从_____ 低温 物体传给_____ 高温 物体，这 传给_____ 方向 性。 说明：热传导的过程具有_____ 不可逆 的。 (2)一切与热现象有关的宏观自然过程都是_______
Q
2．第二类永动机：
单一热库 吸收热量，使之完全变为功而不引起 (1)定义：只从_________
其他变化的热机。 （2）第二类永动机不可能制成：虽然第二类永动机不违反 能量守恒定律 ，但大量的事实证明，在任何情况下，热机都不 _____________ 可能只有一个热库，热机要不断地把吸取的热量变为有用的功， 就不可避免地将一部分热量传给低温热库。
考查内容
热力学第一、二定律及两类永动机
【典例】关于热力学的第一、第二定律及第一、第二类永动机， 下列说法中正确的是( )
A．第一类永动机不可能制成的原因是违反了热力学第二定律
B．第二类永动机不可能制成的原因是违反了热力学第二定律
C．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物体的内能 D．热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热源吸收热 量完全变成有用功也是可能的，但会引起其他变化
（4）任何热机都不可能使燃料释放的热量完全转化为机械能，
即热机效率总低于100%，（4）错。
热力学第二定律的两种表述 1．两个温度不同的物体接触，热量是自发地从高温物体传给 低温物体的。这里所说的“自发地”指的是没有任何的外界影 响或者其他帮助。在我们的现实生活中，有无热量从低温物体
传到高温物体的实例？请你举例并说明是否违反热力学第二定
【探究归纳】
（1）热机不仅仅只有一个热库。 （2）第二类永动机：符合能量守恒定律，但违反了热力学第 二定律，因而不能制成。
【典例2】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,是因为违反了能量守恒定律
D.不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功,而不引起
避免地要由工作物质带走一部分热量Q，即使是理想热机，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，总要有一部分热量散发到冷凝器中。
【知识点拨】 第二类永动机不能制成的意义
第二类永动机不可能制成说明:尽管机械能可以全部转化为内
能，但内能却不能全部转化成机械能而不引起其他变化；机械 能和内能的转化过程具有方向性。
2.在外力作用下，一个在水平地面上运动的物体，当撤去外力
后，会出现什么现象？ 在这个过程中，能量是如何转化的？ 提示：物体运动的速度越来越小，最 后停下。由于摩擦力阻碍物体相对于 地面的运动，物体在运动过程中，它 点拨：对物体受力 分析，找出各个力 做功情况，利用动 能定理进行分析。
要克服摩擦力做功，所以最后会停下
学第二定律的基础上经过推理可以判断出某个过程能否自发地
进行，以及在什么条件下过程能够进行，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。
【探究归纳】 热力学第二定律的实质 自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，热力学 第二定律的两种表述是等价的，可以从其中一种表述推导出另 一种表述。
提示：（1）温度不同的两个物体接触时，热量会自发地从高温
物体传给低温物体，故（1）错。 （2）一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，故（ 2） 错。 （3）第二类永动机不可能制成，虽然它不违反能量守恒定律，
但大量的事实证明，在任何情况下，热机都不可能只有一个热库，
热机要不断地把吸取的热量变为有用的功，就不可避免地将一部 分热量传给低温热库，故（3）对。
【知识点拨】
热力学第一、二定律的区别与联系
（1）区别：热力学第一定律说明了改变内能的两种方式和计 算方法，热力学第二定律说明了热现象的方向性，要正确理解
它们的确切含义。
（2）联系：均为热力学基本定律，分别从不同角度揭示了与 热现象有关的物理过程所遵循的规律，两者相互独立，又相互 补充，都是热力学的理论基础。
不可逆 （选填“可逆”或“不可逆”）的。 _______
二、热机和第二类永动机 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 化学能 变成工作物质的_____ 内能 ；第二个阶段是工作物质对外 中的_______ 内能 变成_______ 机械能 。 做功，把自己的_____ 机械功 与燃料产生的_____ 热量 的比 (2)热机的效率：热机输出的_______ 值，用公式表示为 W 。
其他变化
【思路点拨】 解答本题要注意以下三点 （1）热力学第二定律有两种表述。 （2）热力学第二定律揭示了与热现象有关的宏观物理过程的
方向性。
（3）第二类永动机虽然不违背能量守恒定律，但违背了热力 学第二定律。
【解析】选D。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,而不引起其他变化。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到冰箱外 的高温物体,所以A错;外界对物体做功的同时,物体可能对外放热,
(2)热力学第二定律的开尔文表述：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。
【解析】选A、C、E。做功和热传递都可以改变物体的内能， 选项A正确；由热力学第一定律可知,对某物体做功，物体的内 能可能增加、不变或减小，故B错；由热力学第二定律可知，
通过外界作用可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功，可
律？
提示：有热量从低温物体传到高温物体的例子，例如：空调制 冷，热量从低温物体（室内空气），传到了高温物体（室外空
气），但这不是自发的过程，这个过程必须有第三者的介入，
即必须开动空调的压缩机消耗电能，它们不违反热力学第二定 律。 【误区警示】有学生对热力学第二定律中的“自发地”理解不 到位，误认为现实生活中冰箱、空调将热量从低温物体传到高 温物体违反了热力学第二定律，为此教师应重点讲清“自发” 的含义。
来。在此过程中，物体的动能转化为 内能。
3.物体的内能会自发地转化成机械能，从而让物体运动吗？ 提示：不能自发地转化。在有外界帮助或引起其他变化的情况 下内能可以转化为机械能。
【知识点拨】 热力学第二定律的意义 自然界中的各种过程都是有内在联系的，这使得热力学第二定 律的意义和应用远远超出了热传导以及机械能和内能转化的范 围。应用热力学第二定律可以导出其他过程的方向性。在热力
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热力学第二定律
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1.通过自然界中热传导方向性的实例，初步了解热力学第二定
律，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。
2．能用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移及热
传导的方向性问题。 3.用热力学第二定律解释生活中的有关现象。
【典例1】（2012·新课标全国卷）关于热力学定律，下列说 法正确的是( )
A.为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量 B.对某物体做功，必定会使该物体的内能增加
C.可以从单一Байду номын сангаас源吸收热量，使之完全变为功
D.不可能使热量从低温物体传向高温物体 E.功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程
【思路点拨】 解答本题要注意以下两点 (1)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。
【判一判】 (1)温度不同的两个物体接触时，温度会自发地从高温物体传
给低温物体。(
)
)
(2)一切与热现象有关的微观自然过程都是不可逆的。(
(3)第二类永动机不可能制成，是因为虽然它不违反能量守恒 定律，但违反了热力学第二定律。( )
(4)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。( )
物体的内能不一定增加,所以B错;第二类永动机的效率为100%,并
不违反能量守恒定律,但它违反了热力学第二定律中热机效率必小 于1的表述,因此它不可能制成,所以C错;而D选项中的表述就是热 力学第二定律的一种表述形式,所以D正确。
【温馨提示】 热力学第一定律和第二定律是热力学的两个重要定律，正确理解 其含义，有利于热力学问题的解决。
【解析】选B、D。 第一类永动机不可能制成的原因违反了能 量守恒定律，故A错；第二类永动机不可能制成的原因是符合 能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，故 B对；由热力学 第一定律可得：若W≠0、Q≠0，但ΔU=W+Q可能等于0，即内能 可能不变，故C错；由热力学第二定律可得：热量从低温物体 传向高温物体是可能的，从单一热源吸收热量完全变成有用功 也是可能的，但一定会引起其他变化，故 D对。
以使热量从低温物体传向高温物体，所有的实际宏观热过程都 是不可逆的，所以C、E对，D错。
热机和第二类永动机 1.汽车发动机工作时，汽缸（燃烧室）是它的高温热库，低温
热库在哪里？
提示：汽车发动机工作时低温热库就是汽缸外界的大气。
2.我们假想：发明一种热机，并用来对物体做功，将内能全部 转化为动能，而不引起其他变化,这是否可能？ 提示：热机不能把它得到的内能全部转化为机械能，因为热机 必须有热源和冷凝器，热机工作时，总要向冷凝器放热，不可
方向性 的定律。 (3)热力学第二定律是反映宏观自然过程的_______