高二物理选修3热力学第二定律

1、高二物理选修3-3热力学第二定律【知识要点】.热力学第二定律的两种表述(1)克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传递到高温物体。(2)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。.第二类永动机(1)设想：只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用的功而不引起其他变化的热机。(2)第二类永动机不可能制成，表示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。.热力学第二定律的微观意义和嫡增加原理(1)热力学第二定律的微观意义：一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。(2)嫡：嫡和系统内能一样都是一

2、个状态函数，仅由系统的状态决定。从分子运动论的观点来看，嫡是分子热运动无序(混乱)程度的定量量度。(3)嫡增加原理：在绝热过程或孤立系统中，嫡是增加的，叫做嫡增加原理。对于其它情况， 系统的嫡可能增加，也可能减小。从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律：一个孤 立系统总是从嫡小的状态向嫡大的状态发展，而嫡值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序程度更大的方向发展。.能量耗散：系统的内能流散到周围环境中，没有办法把这些内能收集起来加以利用，这种 现象叫做能量耗散。【典型例题】例1.下列说法中可以实现的是()A.气体在某状态变化过程中从单一热源吸热，全部用来对外做功；B.制造一种机

3、器，把物体与地面摩擦所产生的热量全部收集起来再全部加以使用；C.只要对内燃机不断进行改进，它可以把气体的内能全部转化为机械能；D.即使没有漏气，没有摩擦的能量损失，内燃机也不可能把内能全部转化为机械能。例2.下面关于嫡的说法错误的是()A .嫡是物体内分子运动无序程度的量度B.在孤立系统中，一个自发的过程总是向嫡减少的方向进行C.热力学第二定律的微观实质是嫡是增加的，因此热力学第二定律又叫嫡增加原理D .嫡值越大，代表系统分子运动越无序例3.热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象.所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把流散的能量重新收集、重新加以利用.下列关于能量耗散的说法中正确的是()A

4、.能量耗散说明能量不守恒B.能量耗散不符合热力学第二定律C.能量耗散过程中能量仍守恒D.能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有的方向性例4.热力学第二定律常见的表述有两种。第一种表述：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；第二种表述：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。图（a）是根据热力学第二定律的第二种表述画出的示意图：任何热机要维持运行必须与外界有两个通道（热源）交换热量；机器从一个通道 （高温热源）中吸取能量，一部分用来完成人们需要它做的功，另一部分不可避免地从另外一个通道（低温热源）中散发开去。请你根据第一图（c）图（a）高温

5、物体制冷机低温物体种表述完成示意图（b）。根据你的理解，热力学第二定律的实质是图（b）【当堂反馈】1 .根据热力学第二定律，下列判断正确的是（）A.电流的能不可能全部变为内能B.在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变为电能C.热机中，燃气内能不可能全部变为机械能D.在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温度物体.图为电冰箱的工作原理示意图。压缩机工作时，强迫致冷剂在冰箱内外的管道中不断循环。在蒸发器中致冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时致冷 剂液化，放出热量到箱体外。下列说法正确的是（）A.热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外B,电冰箱的致冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，为其消

6、耗了电能C.电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律D.电冰箱的工作原理违反热力学第一定律.用隔板将一绝热容器隔成 A和B两部分，A中盛有一定质量的理想气体，）。现把隔板抽去，A中的气体自动充满整个容器（如图），这个过程称为气体的自由膨胀。下列说法正确的是（）A.自由膨胀过程中，气体分子只作定向运动B.自由膨胀前后，气体的压强不变C.自由膨胀前后，气体的温度不变D.容器中的气体在足够长的时间内，能全部自动回到A部分4.在一个封闭的房间里有一根长铁棒， A B是它的左右两端，忽然，热量由 A传给B,使 端的温度升高，达到 20000C以上，A端的温度降低，低到零下 1000G这件事可能吗？它违反 热

7、力学第一定律吗？它违反热力学第二定律吗？作业本：1.下列关于热现象的说法，正确的是A.外界对物体做功，物体的内能一定增加B.气体的温度升高，气体的压强一定增大C.任何条件下，热量都不会由低温物体传递到高温物体D.任何热机都不可能使燃料释放的热量完全转化为机械能2.关于永动机和热力学定律的讨论，下列叙述正确的是A.第二类永动机违反能量守恒定律B.如果物体从外界吸收了热量，则物体的内能一定增加C.外界对物体做功，则物体的内能一定增加D .做功和热传递都可以改变物体的内能，但从能量转化或转移的观点来看这两种改变方式是 有区别的2点插在冷水中，如图所3.用两种不同的金属丝组成一个回路，接触点1插在热水

8、中，接触示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象。关于这一现象，正确说法是（）A.这一实验过程不违反热力学第二定律；B.在实验过程中，热水一定降温、冷水一定升温；C.在实验过程中，热水内能全部转化成电能，电能则部分转化成 冷水的内能。D.在实验过程中，热水的内能只有部分转化成电能，电能则全部 转化成冷水的内能。4.热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象。所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把流散的能量重新收集、重新加以利用。下列关于能量耗散的说法中正确的是（）A.能量耗散说明能量不守恒B.能量耗散不符合热力学第二定律C.能量耗散过程中能量仍守恒D.能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界

9、中的宏观过程具有的方向性大坝坝高（m）185坝长（m）2335取大畜水位（m）175水 库总库容量（m3）103.930 10防洪库容量（m3）io2.215 105.下列说法不正确的是（）A.嫡和系统内能一样都是一个状态函数，仅由系统的状态决定B.从分子运动论的观点来看，嫡是分子热运动无 序（混乱）程度的定量量度C.在绝热过程或 孤立系统中，嫡可 能增加，也可能减 少D.自发的宏观过程总是向无序度更大的方向发展.如图气缸内盛有定量的理想气体，气缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与气缸壁的接触是光滑的，但不漏气。现将活塞杆与外界连接使之缓慢地向右移动，这样气体将等温膨胀并通过杆对外做功。若已

10、知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法中正确的是（）A.气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律 B.气体是从单一热源吸热，但并未全部用来对外做功，因此此过程不违反热力学第二定律 C.气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律 D.以上三种说法都不对. 一个物体在粗糙的平面上滑动，最后停止，系统的嫡如何变化？ 一定质量的气体被压缩， 从而放出热量，其嫡怎样变化？8 .长江三峡工程位于长江西陵峡中段，坝址在湖北省宜昌市三斗坪.三峡工程是一座具有防洪、发电、航运及养殖和供水巨大综合利用效益的特大型水利水电工程，长江三峡具有丰富的水利资源，其主

11、要数据如表1、表2所不。表1表2电站总装机数（台）26总装机容量（kw）1.820 M07年平均发电量（kW h）_108.468 M0通航万吨级双线5级船闸（座）13000吨级单线垂直升船机（座）1年单向通船能力（总吨数）（t）5X107平均年流量(m3)114.510 10请根据表1、表2的有关数据回答下列问题。最大蓄水位h、平均年流量、年平均消耗水能分别为多少？转化为电能的百分比刀为多少？ (2)若26台发电机组全部建成并发电，按设计要求年发电时间为多少天？.据中国环境报报道：从一份科技攻关课题研究结果显示，我国酸雨区已占国土面积的40%以上，研究结果还表明，我国农业每年因遭受酸雨而造成

12、的经济损失高达15亿多元.为了有效控制酸雨，目前国务院已批准酸10.雨控制区和二氧化硫污染控制区划分方案等法规.(1)在英国进行的一项研究结果表明：高烟囱可有效地降低地面浓度.在20世纪的6070年代的10年间，由发电厂排放的增加了 35%,但由于建造高烟囱的结果，地面浓度降低了 30%之多.请你从全球环境保护的角度，分析这种作法是否可取？说其理由(2)用传统的煤、石油做燃料，其主要缺点是什么？与传统的煤、石油做燃料相比，哪种物 质可以作为新能源？主要优点是什么缺点又是什么？. (1) 1791年，米被定义为：在经过巴黎的子午线上，取从赤道到北极长度的一千万分之一。请由此估算地球的半球 R。(

13、答案保留二位有效数字)(2)太阳与地球的距离为 1.5X 1011m,太阳光以平行光束入射到地面。地球表面 2/3的面积 被水覆盖，太阳在一年中辐射到地球水面部分的总能量W约为1.87父10 241。设水面对太阳辐射的平均反射率为 7%,而且将吸收到的35%能量重新辐射出去。太阳辐射可将水面的水蒸 发(设在常温、常压下蒸发 1Kg水需要2.2M106J的能量)，而后凝结成雨滴降落到地面。则(a)估算整个地球表面的年平均降雨量(以毫米表示，球面积为4DR2)(b)太阳辐射到地球的能量只有约 50%于是达地面，W只是其中的一部分。 太阳辐射到地球的 能量没有全部到达地面，这是为什么？请说明两个理由

14、。【典型例题】例1: AD.对于A选项有特例：一定质量的理想气体等温膨胀过程，内能不变，吸收的热量全 部对外做，当然引起了其它变化，不违背热力学第二定律的表述：不可能从单一热源吸收热量而全部对外做功而不引起其它变化。例2: B.热力学第二定律提示： 一切自然过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行的。例如，功转变为热是机械能或电能转变为内能的过程是大量分子的有序运动向无序运动转化，气缸内燃气推动活塞做功燃气分子作有序运动，排出气缸后作越来越无序的运动。 物理学中用嫡来描述系统大量分子运动的无序性程度。 热力学第二定律用嫡可表述为： 在任何自然过程中， 一个孤立系统的总嫡不会减小，也就是说，一

15、个孤立系统的嫡总是从嫡小的状态向嫡大的状态发展。反映了一个孤立系统的自然过程会沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。纵上所述可知A、C、D说法是正确的，只有 B说法与热力学第二定律相悖。例3: C、D.所谓能量耗散并不会使总能量减少，但能量将从高度有用的形式降为不大可用 的形式。能量耗散过程中能量仍然守恒。所以A错C对。能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有的方向性，热力学第二定律已经指出了能量的转移和转化具有方向性，从微观的角度看是大量分子运动有序向无序的变化过程。所以 B错D正确。例4:观察图（b）可知，制冷机是通过外力做功把热量从低温物体传递到高温物体的，其示 意图见图（

16、c）。这说明热量不能自发地从低温物体传给高温物体，但在一定条件下，热量可以 从低温物体传给高温物体。热力学第二定律的实质是：自然界中进行的与热现象有关的宏观物 理过程都具有方向性。【当堂反馈】B、C、D.根据热力学第二定律可知，凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，电流的 能可全部变为内能（由电流热效应中的焦耳定律可知），而内能不可能全部变成电流的能.机械能可全部变为内能， 而内能不可能全部变成机械能，在热传导中，热量只能自发地从高温物体传递给低温物体，而不能自发地从低温物体传递给高温物体，所以选项B、C、D正确.BC.由热力学第二定律知，热量不能自发的有低温物体传到高温物体，除非施加外部的影

17、 响和帮助。电冰箱把热量从低温的内部传到高温外部，需要压缩机的帮助并消耗电能。C.气体自由膨胀过程中，不对外做功，绝热容器，气体也不从外界吸收热量，气体内能 不变，即气体的温度不变，而由热力学第二定律可知，宏观的热现象都具有方向性，容器中的 气体在足够长的时间内，不能全部自动回到 A部分。热量由A传给B, B端的温度升高，内能增加，而 A端的温度降低，内能减少，这没有违 背能量守恒定律，即没有违反热力学第一定律，但违反了热力学第二定律，因为，热量是不会 自发的由低温物体传给高温物体而不引起其它变化的.本题中，两端的温度相同，无温度差， 根本不会发生热传递.作业本：D.外界对物体做功，物体的内能

18、增加、减小还是不变要看吸热情况，所以A错；气体压强与温度和体积两个因数有关，所以B错；在一定条件下热量都不会由低温物体传递到高温物体，C错.D.第二类永动机并不违反能量守恒定律，跟热现象有关的宏观过程均具有方向性。做功 和热传递是改变物体的内能的两种方式，做功是内能和其他形式的能之间的转化，热传递是内能之间的转移。ABDCDC.在绝热过程或孤立系统中，嫡是增加的，叫做嫡增加原理。对于其它情况， 系统的嫡可能增加，也可能减小。也即是说一个孤立系统总是从嫡小的状态向嫡大 的状态发展，而嫡值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序程度更 大的方向发展。C. 一定质量的理想气体等温膨胀过程，内

19、能不变，吸收的热量全部对外做，当然已经引起了其它变化，不违背热力学第二定律的表述因为物体由于受到摩擦力而停止运动，其动能变为系统的内能，增加了系统分子无规则运 动的程度，使得无规则运动加强，也就是系统的无序程度增加了，所以系统的嫡增加。气体被 压缩过程中，体积减小，分子间的相对位置越来越确定，系统的无序程度越来越小，所以嫡减 小。解析：（1）由表1知最大蓄水位为175m；平均年流量为4.510 1011m3；年平均消耗水能E=mgh =4.510 011 X103X9.8 175J=7.9 W17J;转化为电能的百分比Y =电上=8.468 M010X103 3600/7.9 10=38.6%。（2）设年发电时间为 t, t=E 电/P=8.468 X 1010/1.820 X 107h=193.9d。解析：本题涉及能源、环保等社会热点问题，我们要从化学视角去关注这些与生态环境、人们的健康密切相关的问题.环境污染的恶果是直接影响人类的延续和发展，酸雨是影响全球的问题.减少酸雨的产生