人教版高中物理选择性必修第3册 第三章 热力学定律 4.热力学第二定律.pptVIP

4.热力学第二定律第三章

内容索引0102课前篇自主预习课堂篇探究学习

学习目标1.了解热传递、扩散现象、机械能与内能的转化等都具有方向性。知道具有方向性的过程为不可逆的。(物理观念)2.了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能制造成功的原因。(物理观念)3.能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,并能解决一些实际问题。(科学思维)4.了解能量耗散、能源和环境。(科学态度与责任)

思维导图

课前篇自主预习

必备知识一、宏观过程的方向性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,但不会自发地从低温物体传给高温物体,这说明传热的过程具有方向性。2.无数事实告诉我们,一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。

二、热力学第二定律1.定义:在物理学中,反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律。2.克劳修斯表述:热量不能自发地从低温物体传到高温物体。(该表述阐述的是传热的方向性)

3.开尔文表述(1)热机:热机是把内能转化为机械能的一种装置,如蒸汽机把水蒸气的内能转化为机械能,内燃机是把燃烧后的高温、高压气体的内能转化为机械能。(2)热机工作的两个阶段:第一个阶段是燃烧燃料,把燃料中的化学能变成工作物质的内能;第二个阶段是工作物质对外做功,把自己的内能变成机械能。

(3)热机工作时的能量分配:如图所示,热机工作时从高温热库吸收的热量Q,只有一部分用来做功W,转变为机械能,另一部分热量要排放到低温热库(冷凝器或大气),用于做功的热量一定小于它从高温热库吸收的热量,即WQ。

(4)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。(该表述阐述了机械能与内能转化的方向性)。

自我检测1.正误判断,判断结果为错误的小题请说明原因。(1)机械能可以完全转化为内能。()答案√(2)能够制成的热机既不违背能量守恒定律,也不违背热力学第二定律。()答案√(3)热量不能自发地从低温物体传递到高温物体。()答案√

(4)根据能量守恒定律可知,节约能源是没有必要的。()答案×解析人类使用能源的过程,尽管能量的数值不变,但最终会变为可用性差的内能,可以利用的能源会减少,因此,有必要节约能源。(5)能量耗散会导致总能量减少,也会导致能量品质降低。()答案×解析能量耗散不会导致总能量减少,但会导致能量的可利用的品质降低。

2.在研究性学习的过程中,同学们提出了以下四个活动方案,哪些从理论上讲是可行的()A.将散失在周围环境中的内能全部收回再利用B.发明一种制冷设备,使温度降至绝对零度C.汽车尾气中各类有害气体排入大气后发生扩散现象严重污染了空气,使它们自发地聚在一起,既清洁了空气,又变废为宝D.在房屋顶部盖上太阳能板,可用太阳能来解决照明和热水使用问题

答案D解析系统的内能流失到周围环境中,想要全部收回再利用只能消耗更多能源,A错误;温度不能无限降低,绝对零度不可能达到,B错误;扩散现象具有方向性,逆过程不可能自发进行,C错误;太阳能可以用来发电和进行加热,D正确。

3.“能源危机”是当今世界各国共同面临的问题。对此,以下措施可行的是()A.人人都要自觉做到节约用水、节约用电,不浪费和人为毁坏物品B.关闭所有的火力发电站C.各地都要兴建水力和风力发电站D.立即停止使用石油资源,改为使用核能和太阳能答案A解析受地域环境的限制,风力、水力发电站不能在各地兴建,因而不能关闭所有的火力发电站,故B、C错误。受技术限制,核能和太阳能尚不能完全替代石化资源,故D错误。A选项说法正确。

4.(多选)根据热力学第二定律可知,下列说法中正确的是()A.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B.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是可以实现的C.制冷系统将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气中,而不引起其他变化D.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

答案AD解析热力学第二定律揭示了与热现象有关的物理过程的方向性,机械能和内能的转化过程具有方向性,机械能可以全部转化为内能,而内能要全部转化为机械能必须借助外部的帮助,即会引起其他变化,A项正确,B项错误;热传递过程具有方向性,热量能自发地从高温物体传给低温物体,但是热量要从低温物体传给高温物体,必然要引起其他变化,故C项错误,D项正确。

课堂篇探究学习

探究一热力学第二定律情境探究1.如图所示,在甲图的活塞上轻轻放上一块小物体,重力做功将重力势能转化为气体内能,气体温度升高与外界进行热交换,直到乙图所示的状态,活塞还能自发地返回到原位置吗?要点提示活塞不能自发地返回到原位