优质教案：3.4热力学第二定律（解析版）.docxVIP

学而优教有方

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第三章热力学定律

第四节热力学第二定律

[核心素养·明目标]

核心素养

学习目标

物理观念

通过自然界中宏观过程的方向性，建立起热力学第二定律的概念；能用热力学第二定律正确描述和解释宏观方向性的自然现象。

科学思维

对常见的宏观自然过程的方向性进行简单分析；知道能量守恒与节约能源的本质

科学探究

理解冰箱的工作原理以及热机的效率为什么无法达到100%

科学态度

与责任

了解能源在社会发展中的地位；知道人类必须尊重自然，遵循自然规律；养成保护环境、节约资源、促进可持续发展的良好习惯

[基础知识深层理解提高]

知识点一：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．

2．热力学第二定律的克劳修斯表述：

热量不能自发地从低温物体传到高温物体．阐述的是传热的方向性．

3．热力学第二定律的开尔文表述：

(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．

②热机用于做功的热量一定小于它从高温热库吸收的热量，即WQ.

(2)热力学第二定律的开尔文表述：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)．

4．热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是等价的．(选填“等价”或“不等价”)

知识点二：能源是有限的

1．能源：具有高品质的容易利用的储能物质．

2．能量耗散：使用的能源转化成内能分散在环境中不能自动聚集起来驱动机器做功，这样的转化过程叫作“能量耗散”．

3．能源的使用过程中虽然能的总量保持不变，但能量的品质下降了，能源减少了

[典型例题、易错易混点剖析]

易错易混点1：自然过程的能量转化具有方向性

易错易混点辨析:(1)热传导具有方向性

两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，而低温物体不可能自发地将热量传给高温物体，要实现低温物体向高温物体传递热量，必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起其他变化．

(2)气体的扩散现象具有方向性

两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为均匀的混合气体，但这种均匀的混合气体，决不会自发地分开，成为两种不同的气体．

(3)机械能和内能的转化过程具有方向性

物体在地面上运动，因摩擦而逐渐停止下来，但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后，在地面上重新运动起来．

(4)气体向真空膨胀具有方向性

气体可自发地向真空容器内膨胀，但绝不可能出现气体自发地从容器中流出，使容器内变为真空．

2．在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产生其他影响”“单一热库”“不可能”的含义

(1)“自发地”是指热量从高温物体“自发地”传给低温物体的方向性．在传递过程中不会对其他物体产生影响或借助其他物体提供能量等．

(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．

(3)“单一热库”：指温度均匀并且恒定不变的系统．若一系统各部分温度不相同或者温度不稳定，则构成机器的工作物质可以在不同温度的两部分之间工作，从而可以对外做功．据报道，有些国家已在研究利用海水上下温度不同来发电．

(4)“不可能”：实际上热机或制冷机系统循环时，除了从单一热库吸收热量对外做功，以及热量从低温热库传到高温热库以外，过程所产生的其他一切影响，不论用任何的办法都不可能加以消除

例题1.下列说法正确的是（）

热量不能由低温物体传递到高温物体

外界对物体做功，物体的内能必定增加

热机的效率可以达到100%

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

解析：选D，根据然力学第二定律，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，但在外界帮助下，热量可以从低温物体传到高温物体。例如电冰箱制冷时，压缩积工作，消耗了电能，同时热量由冰箱内的低温物体传递到冰箱外的高温物体，所以选项A错误。外界对物体做功的同时，物体可能放热，物体的内能不一定增加，所以选项B错误。热机在工作过程中，需要从高温热库或者说高温热源吸收热量，然后这些热量只有一部分用于做功，转化为机械能。另一部分热量则要自发的排放给一个低温热库。所以热机的效率不可以达到100%。而D选项中的表述就是热力学第二定律的一种表速形式，所以选项D正确.

例题2.如图所示为电冰箱的工作原理示意图。压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环。在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外。下列说法正确的是（）

热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外

电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传