全优课堂·物理·选择性必修第三册(人教版) 课件 第3章　4 热力学第二定律

第三章热力学定律4热力学第二定律

1.理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可能制成的原因(重点).2.学会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(重点).3.学会运用热力学第二定律解决一些实际问题(难点).课前·

自主预习1．热传导的方向性(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)热传导过程是有________的．2．热力学第二定律的克劳修斯表述热量不能自发地从________物体传到________物体．即热传导的过程具有________．热力学第二定律的克劳修斯表述高温低温低温高温方向性低温高温方向性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__________与燃料燃烧产生的________的比值．用公式表示η＝_____．热力学第二定律的开尔文表述化学能内能做功机械能机械功W热量Q2．开尔文表述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)3．热力学第二定律的理解(1)一切宏观自然过程的进行都具有_________．(2)气体向真空的自由膨胀是________的．(3)第二类永动机是不可能制成的．(4)机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功而转化成机械能．完全变成功方向性不可逆4．第二类永动机(1)定义：只从单一热库吸收热量，使之完全变为功而不引起其他变化．(2)第二类永动机不可能制成的原因：虽然第二类永动机不违背______________，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，热机要不断地把吸收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．能量守恒定律课堂·

重难探究1．对热力学第二定律的理解在热力学第二定律的表述中，正确地理解“自发地”“不产生其他影响”的确切含义是理解热力学第二定律的关键所在．(1)“自发地”过程就是不受外来干扰进行的自然过程，如重物下落、植物的开花结果等都是自然界客观存在的一些过程，它不受外界干扰．在热传递过程中，热量可以自发地从高温物体传向低温物体，却不能自发地从低温物体传向高温物体．对热力学第二定律的理解要将热量从低温物体传向高温物体，必须有“外界的影响或外界的帮助”，就是要有外界对其做功才能完成．电冰箱就是一例，它是靠电流做功的帮助把热量从低温处“搬”到高温处的．(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.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，进而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．例1下列关于热力学第二定律的说法，正确的是 (

)A．所有符合能量守恒定律的宏观过程都能发生B．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的C．机械能可以全部转化为内能，在不产生其他影响的情况下，内能也可以全部用来做功而转化成机械能D．气体向真空自由膨胀的自然过程是可逆的【答案】B【解析】符合能量守恒定律，但违背热力学第二定律的宏观过程不能发生，A错误；根据热力学第二定律可知热现象具有方向性，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，B正确；机械能可以全部转化为内能，在不产生其他影响的情况下，内能无法全部用来做功而转化成机械能，C错误；根据热力学第二定律可知热现象具有方向性，气体向真空的自由膨胀是不可逆的，D错误．变式1

(2024年南通月考)半导体掺杂对于半导体工业有着举足轻重的作用，其中一种技术是将掺杂源物质与硅晶体在高温(800～1250摄氏度)状态下接触，掺杂源物质的分子由于热运动渗透进硅晶体的表面.下列说法中正确的是

(

)A．这种渗透过程是自发可逆的B．这种渗透过程是外界作用引起的C．温度越高越容易掺杂D．温度升高后，掺杂源物质所有分子的热运动速率都增加【答案】C【解析】掺杂源物质的分子由于热运动渗透进硅晶体的表面，所以这种渗透过程是分子的扩散现象，该过程为自发过程，其逆过程不能自发进行，A、B错误；温度越高掺杂效果越好是因为温度升高时，分子的平均速率增大，并不是所有分子的热运动速率都增加，C正确，D错误．1．热力学第二定律的其他描述(1)一切宏观自然过程的进行都具有方向性．(2)气体向真空的自由膨胀是不可逆的．(3)第二类永动机是不可能制成的．对第二类永动机的理解2．两类永动机的比较永动机第一类永动机第二类永动机设计要求不消耗任何能量，可以不断做功(或只给予很小的能量启动后，可以永远运动下去)将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化(或只有一个热源，实现内能与机械能的转化)不可能的原因违背了能量守恒定律违背了热力学第二定律例2

(多选)关于第二类永动机，下列说法正确的是 (

)A．没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机叫作第二类永动机B．第二类永动机违反了能量守恒定律，所以不可能制成C．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能D．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能，同时不引起其他变化【答案】AD【解析】根据第二类永动机的定义可知A正确；第二类永动机不违反能量守恒定律，但是违反热力学第二定律，B错误；内能在引起其他变化时可能全部转化为机械能，C错误，D正确．变式2根据你学过的热学中的有关知识，判断下列说法正确的是

(

)A．机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部用来做功转化成机械能B．第一类永动机违背热力学第一定律，第二类永动机违背热力学第二定律，都不可以制造出来C．凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在传热中，热量只能从高温物体传递给低温物体，而不能从低温物体传递给高温物体D．随着科技不断进步，热机的效率能达到100%【答案】B【解析】机械能可以全部转化为内能，内能也可以用来做功转化成机械能，但后者会引起其他变化，且不能全部转化成机械能，因为任何物体内能都不会为0，A错误；第一类永动机违背热力学第一定律，第二类永动机违背热力学第二定律，都不可以制造出来，B正确；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，在传热中，热量只能自发地从高温物体传递给低温物体，但在一定条件下也能从低温物体传递给高温物体，C错误；尽管科技不断进步，但热机的效率也不能达到100%，D错误．小练·

随堂巩固1．对热力学第一定律和第二定律的理解，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．内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化D．机械能不能全部转化为内能【答案】C【解析】根据热力学第二定律可知，热量不能自发地由低温物体传递到高温物体，但在一定条件下，热量可以由低温物体传递到高温物体，例如电冰箱的工作过程，故A错误；根据热力学第一定律，物体内能的变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和，B错误；内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化，是热力学第二定律的表述形式之一，C正确；机械能可以全部转化为内能，D错误．2．关于热力学定律，下列说法正确的是 (

)A．在一定条件下物体的温度可以降到0KB．物体从单一热库吸收的热量可全部用于做功C．吸收了热量的物体，其内能一定增加D．压缩气体总能使气体的温度升高【答案】B【解析】绝对零度只能无限趋近，永远无法达到，A错误；物体从单一热库吸收的热量可以全部用来对外做功，只不过会引起其他变化，B正确；由热力学第一定律可知，内能的变化决定于做功和热传递两个方面，所以吸收了热量的物体，其内能不一定增加，C、D错误．3．下列说法正确的是

(

)A．在一房间内，打开一台冰箱的门，再接通电源，过一段时间后，室内温度就会降低B．从目前的理论看来，只要实验设备足够高级，可以使温度降低到－274℃C．第二类永动机是不能制造出来的，尽管它不违反热力学第一定律，但它违反热力学第二定律D．机械能可以自发地全部转化为内能，内能也可以全部转化为机械能而不引起其他变化【答案】C【解析】在房间内，打开一台冰箱的门，再接通电源，电流做功电能转化为热能，室内温度会升高，A错误；－274℃低于绝对零度，是不可能达到的，B错误；第二类永动机不违反能量守恒定律，违反了物理过程的方向性，C正确；机械能可以自发地全部转化为内能，但不可能从单一热源吸收热量全并将这热量变为功，而不产生其他影响，D错误．4．(多选)采用涡轮增压技术可提高汽车发动机效率．将涡轮增压简化为以下两个过程，一定质量的理想气体首先经过绝热过程被压缩，然后经过等压过程回到初始温度，则 (

)A．绝热过程中，气体分子平均动能增加B．绝热过程中，外界对气体做负功C．等压过程中，外界对气体做正功D．等压过程中，气体内能不变【答案】AC5．压缩空气储能(CAES)是一种利用压缩空气来储存能量的新型储能技术，绝热压缩空气储能方式是压缩空气并将产生的热能储存在各种介质当中，比如混凝土、石头、矿洞矿石中等．需要发电的时候让压缩空气推动发电机工作，这种方式能够将压缩空气储能的效率提升．对于上述过程的理解，下列说法正确的是(

)A．绝热压缩空气，分子平均动能不变B．绝热压缩空气，温度升高，气体内能一定增大C．该方式能够将压缩空气储能的效率提升到100%D．压缩空气推动发电机工作，是气体对外做功，内能增大【答案】B【解析】绝热压缩空气前后，外界对气体做功，根据热力学第一定律，内能增大，温度升高，分子平均动能增大，A错误，B正确；压缩空气储能的过程涉及热运动的能量转换过程，任何转换过程效率都不可能达到100%，C错误；压缩空气膨胀推动发电机工作，是气体体积增大对外做功，根据热力学第一定律可知，内能减少，D错误．6．(多选)根据热学中的有关知识，下列说法正确的是 (

)A．一切符合能量守恒定律的宏观过程都能发生B．空调的工作过程表明，热量可以由低温物体向高温物体传递C．因为内能无法全部用来做功转化成机械能而不引起其他变化，所以热机效率一定不能达到百分之百D．第二类永动机不违背能量守恒定律，当人类科技水平足够先进时，第二类永动机