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第七节 热力学第二定律 一、学习目标： 二、重点和难点： 三、教学过程： 1.了解热传导过程的方向性。 2.了解什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可能制成。 3.了解热力学第二定律的两种不同的表述，以及这两种表述的物理实质。 4.了解什么是能量耗散。 二、重点和难点： 重点：热力学第二定律的物理实质和两种常见的表述． 难点：两类永动机的区别，第二类永动机不可能制成的原因 三、教学过程： 引入新课： 任何物体都具有内能，在地球上贮存量十分丰富的海水总质量约达吨，它的温度只要降低，就能释放相当于1800万个功率为100万千瓦的核电站一年的发电量，而人类都不能利用这种“新能源”，究其原因，是因为涉及物理学的一个基本定律——热力学第二定律． 新课教学： (一)、热传导的方向性 1．实例：热量会自动地从高温物体传给低温度物体。 2．热传导的过程具有方向性 3．自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。 1．实例：热量会自动地从高温物体传给低温度物体。 [注意]这里所说“自发地”是指没有任何外界的影响或帮助，电冰箱工作时能将冰箱内(温度较低)的热量，传给外界空气(温度较高)，是因为电冰箱消耗了电能，对制冷系统做了功。 2．热传导的过程具有方向性 热传导的过程可以向一个方向自发地进行(热量从高温物体自发地传给低温物体)；但向相反的方向不会自发地产生(热量不会自发地从低温物体传给高温物体)，只有借助外界的帮助才能进行。 (二)第二类永动机 1．第二类永动机：人们把想象中能够从单一热源吸收热量，全部用来做功而不引起其他变化的热机叫做第二类永动机。 2．第二类永动机不可能制成 表示机械能和内能的转化过程具有方向性．尽管机械能可以全部转化为内能，内能却不能全部转化成机械能，同时不引起其他变化． 3．第一类永动机和第二类永动机 它们都不可能制成，第一类永动机的设想违反了能量守恒定律；第二类永动机的设想虽不违反能量守恒定律，但违背了跟热现象相联系的宏观过程具有方向性的自然规律。 4．热机的效率 (1)热机做的功W和它从热源吸收的热量Q1的比值叫做热机的效率(2)热机的效率不可能达到100％ (三)热力学第二定律 1．热力学第二定律常见的两种表述： (1)按热传递的方向性来表述：不可能使热量从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化． (2)按机械能与内能转化过程的方向性来表述：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． 2．两种表述是等价的． 可以从一种表述导出另一种表述，两种表述都称为热力学第二定律 3．热力学第二定律的意义 提示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，是独立于热力学第一定律的一个重要自然规律． (四)能量耗散 1．能量耗散：流散的内能无法重新收集起来加以利用的现象叫做能量耗散． 2．能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性． 五、例题分析： [例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． [解析]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． [例2]第二类永动机不可以制成，是因为[ ] A. 违背了能量的守恒定律 B．热量总是从高温物体传递到低温物体 C．机械能不能全部转变为内能 D．内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化 [解析]第二类永动机设想虽然符合能量守恒定律，但是违背了能量转化中有些过程是不可逆的规律。所以不可能制成，选项D正确． [例3]试对热力学第一定律和热力学第二定律做一简单的评析 [解析]热力学第一定律和热力学第二定律是构成热力学知识的理论基础，前者对自然过程没有任何限制，只指出在任何热力学过程中能量不会有任何增加或损失，反映的是物体内能的变化与热量、做功的定量关系；后者则是解决哪些过程可以自发地发生，哪些过程必须借助于外界条件才能进行。 六、小结 ： 热力学第二定律有常见的两种表述，提示了有大量分子参与的宏观过程(即与热现象有关的宏观过程)的方向性，第二类永动机不可能制成。 七、 [巩固练习] 1.下列哪些物理过程具有方向性 A. 热传导过程 B．机械能和内能的转化过程 C．气体的扩散过程 D．气体向真空中膨胀的过程。答案： 上题答案：A B C D 2.热机是