高二物理人教版選修3-3第十章第4講熱力學第二定律ppt課件
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第4講 熱力學第二定律,目標定位 1.通過自然界中客觀過程的方向性,了解熱力學第二定律. 2.了解熱力學第二定律的兩種不同表述,以及兩種表述的物理實質. 3.了解什么是第二類永動機,知道為什么它不能制成.,預習導學 梳理·識記·點撥,1.一切與熱現(xiàn)象有關的宏觀自然過程都是 的.如物體間的傳熱、氣體的膨脹、擴散……都有特定的 . 2.反映宏觀自然過程 的定律就是熱力學第二定律.,一、熱力學第二定律,不可逆,方向性,方向性,二、熱力學第二定律的兩種表述,1.克勞修斯表述:熱量不能 地從 溫物體傳到 溫物體. 2.開爾文表述:不可能從 熱庫吸收熱量,使之 變成功,而 其他影響.,自發(fā),低,高,單一,完全,不產生,三、熱機,1.熱機的效率η:熱機輸出的 與燃料產生的 的 比值,用公式表示為 .熱機的效率不可能達到100%. 2.第二類永動機:只有 熱源,從單一熱源吸收熱量,可以 用來做功的熱機叫第二類永動機,它不違背 ,但違背 ,所以 實現(xiàn).,機械功,熱量,η=,單一,全部,能量守恒定律,熱力學第二定律,不能,課堂講義 理解·深化·探究,一、宏觀過程的方向性,,1.熱傳導具有方向性:兩個溫度不同的物體相互接觸時,熱量會自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體,結果使高溫物體的溫度降低,低溫物體的溫度升高. 2.氣體的擴散現(xiàn)象具有方向性:兩種不同的氣體可以自發(fā)地進入對方,最后成為均勻的混合氣體,但這種均勻的混合氣體,決不會自發(fā)地分開,成為兩種不同的氣體.,3.機械能和內能的轉化過程具有方向性:物體在水平面上運動,因摩擦而逐漸停止下來,但絕不可能出現(xiàn)物體吸收原來傳遞出去的熱量后,在地面上重新運動起來. 4.氣體向真空膨脹具有方向性:氣體可自發(fā)地向真空容器膨脹,但絕不可能出現(xiàn)氣體自發(fā)地從容器中流出,容器變?yōu)檎婵?,5.在整個自然界中,無論有生命的還是無生命的,所有的宏觀自發(fā)過程都具有單向性,都有一定的方向性,都是一種不可逆過程.,例1 下列說法正確的是( ) A.熱量能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體 B.熱量不能從低溫物體傳到高溫物體 C.熱傳遞是有方向性的 D.氣體向真空中膨脹的過程是有方向性的,解析 如果是自發(fā)地進行,熱量只能從高溫物體傳到低溫物體,但這并不是說熱量不能從低溫物體傳到高溫物體,只是不能自發(fā)地進行,在外界條件的幫助下,熱量也能從低溫物體傳到高溫物體,A、C對,B錯; 氣體向真空中膨脹的過程也是不可逆,具有方向性的,D對. 答案 ACD,借題發(fā)揮 兩個溫度不同的物體相互接觸時,熱量會自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體,使高溫物體的溫度降低,低溫物體的溫度升高,這個過程是自發(fā)進行的,不需要任何外界的影響或者幫助,有時我們也能實現(xiàn)熱量從低溫物體傳給高溫物體,如電冰箱,但這不是自發(fā)地進行的,需要消耗電能,其實自然界中所有的熱現(xiàn)象都是具有單向性的.,二、熱力學第二定律和第二類永動機,1.克勞修斯表述是按熱傳導的方向性表述的.熱量可以由低溫物體傳到高溫物體但不能是自發(fā)的,如:冰箱、空調. 2.開爾文表述是按照機械能與內能轉化過程的方向性來表述的.不是不能從單一熱庫吸收熱量而對外做功,而是這樣做的結果,一定伴隨著其他變化或影響. 3.這兩種表述看似毫無聯(lián)系,其實是等價的,可以從一種表述導出另一種表述.,4.熱力學第二定律揭示了自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性. 5.第二類永動機不可能制成,它也是熱力學第二定律的一種表述形式. 雖然第二類永動機不違反能量守恒定律,但大量的事實證明,在任何情況下熱機都不可能只有一個熱源,熱機要不斷地把吸取的熱量變?yōu)橛杏玫墓Γ筒豢杀苊獾貙⒁徊糠譄崃總鹘o低溫熱源.,例2 根據熱力學第二定律可知,下列說法中正確的是( ) A.不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功,而不引起其 他變化 B.沒有冷凝器,只有單一的熱源,能將從單一熱源吸收的熱量全 部用來做功,而不引起其他變化的熱機是可以實現(xiàn)的 C.制冷系統(tǒng)將冰箱里的熱量傳給外界較高溫度的空氣中,而不引 起其他變化 D.不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體,而不引起其他變化,解析 熱力學第二定律揭示了與熱現(xiàn)象有關的物理過程的方向性,機械能和內能的轉化過程具有方向性,機械能可以全部轉化為內能,而內能要轉化為機械能必須借助外部的幫助,即會引起其他變化,A選項正確,B選項錯誤; 熱傳遞過程也具有方向性,熱量能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體,但是熱量要從低溫物體傳到高溫物體,必然要引起其他變化(外界對系統(tǒng)做功),故C選項錯誤,D選項正確. 答案 AD,借題發(fā)揮 (1)一切物理過程均遵守能量守恒定律,但遵守能量守恒定律的物理過程不一定均能實現(xiàn). (2)熱力學第二定律的關鍵在于“自發(fā)性”和“方向性”.,例3 第二類永動機不可能制成的原因是( ) A.違背了能量守恒定律 B.熱量總是從高溫物體傳遞到低溫物體 C.機械能不能全部轉化為內能 D.內能不能全部轉化為機械能而不引起其他變化,解析 第二類永動機的設想并不違背能量守恒定律,但是違背了熱力學第二定律,所以不可能制成.,D,對點練習 鞏固·應用·反饋,宏觀過程的方向性,,,1.下列哪個過程具有方向性( ) A.熱傳導過程 B.機械能向內能的轉化過程 C.氣體的擴散過程 D.氣體向真空中的膨脹,1,2,3,4,解析 這四個過程都是與熱現(xiàn)象有關的宏觀過程,根據熱力學第二定律可知,它們都是不可逆的,具有方向性.,ABCD,2.根據熱力學第二定律,下列判斷正確的是( ) A.電流的能不可能全部變?yōu)閮饶?B.在火力發(fā)電機中,燃氣的內能不可能全部變?yōu)殡娔?C.熱機中,燃氣內能不可能全部變?yōu)闄C械能 D.在熱傳導中,熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高 溫物體,1,2,3,4,熱力學第二定律和第二類永動機,解析 根據熱力學第二定律可知,凡與熱現(xiàn)象有關的宏觀過程都具有方向性,電流的能可全部變?yōu)閮饶?由焦耳定律可知),而內能不可能全部變成電流的能,而不產生其他影響.機械能可全部變?yōu)閮饶?,而內能不可能全部變成機械能.在熱傳導中,熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體,而不能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體. 答案 BCD,1,2,3,4,3.關于熱力學第一定律和熱力學第二定律,下列論述正確的是( ) A.熱力學第一定律指出內能可以與其他形式的能相互轉 化,而熱力學第二定律則指出內能不可能完全轉化為其 他形式的能,故這兩條定律是相互矛盾的 B.內能可以全部轉化為其他形式的能,只是會產生其他 影響,故兩條定律并不矛盾,1,2,3,4,C.兩條定律都是有關能量的轉化規(guī)律,它們不但不矛盾, 而且沒有本質區(qū)別 D.其實,能量守恒定律已經包含了熱力學第一定律和熱 力學第二定律,1,2,3,4,解析 熱力學第一定律揭示了內能與其他形式能量之間的轉化關系,是能量守恒定律在熱學中的具體體現(xiàn).熱力,學第二定律則進一步闡明了內能與其他形式能量轉化時的方向性,二者表述的角度不同,本質不同,相互補充,并不矛盾,故選項C、D錯誤,選項B正確;,1,2,3,4,內能在一定條件下可以全部轉化為機械能,熱量也可以由低溫物體傳遞到高溫物體,但是要引起其他變化,如電冰箱制冷機工作還要消耗電能,故選項A錯誤. 答案 B,4.關于熱現(xiàn)象和熱學規(guī)律,下列說法中正確的是( ) A.隨著低溫技術的發(fā)展,我們可以使溫度逐漸降低,并達到 絕對零度,最終實現(xiàn)熱機效率100% B.熱量是不可能從低溫物體傳遞給高溫物體的 C.第二類永動機遵從能量守恒定律,故能制成 D.用活塞壓縮汽缸里的空氣,對空氣做功2.0×105 J,同時空 氣向外界放出熱量1.5×105 J,則空氣的內能增加了5×104 J,1,2,3,4,解析 由熱力學第二定律知,B、C錯; 絕對零度不可能達到,A錯; 由熱力學第一定律知D正確. 答案 D,1,2,3,4,- 配套講稿:
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