粤教版高中物理选择性必修第三册精品课件 第3章 热力学定律 第2节 能量守恒定律及其应用 第3节 热力学第二定律.ppt

解析子弹和沙箱相互作用的过程中,损失动能,转化为系统内能,由能量守恒定律得由于子弹和沙箱相互作用的时间极短,它们一起从最低点以v做圆周运动,满足机械能守恒,即规律总结利用能量守恒定律解题的方法在应用能量守恒定律处理问题时,首先要弄清系统有多少种能量相互转化,分析哪种形式的能量增加了,哪种形式的能量减少了;或者弄清哪个物体的能量增加,哪个物体的能量减少,增加量等于减少量.对点演练1.如图所示,一个质量为20kg的绝热气缸竖直放置,绝热活塞的质量为5kg,处于静止状态时被封闭气体的高度为50cm.现在在活塞上方加质量为15kg的物体,待稳定后,被封闭气体的高度变为40cm.求在这一过程中气体的内能增加多少.(g取10m/s2,忽略大气压力及摩擦阻力的影响)答案20J解析由能量守恒定律可知,内能的增加等于活塞和物体重力势能的减少,ΔU=ΔE=(m0+m)gh=(15+5)×10×(50-40)×10-2J=20J.探究点二热力学第二定律导学探究将一滴红色颜料滴进一杯清水中,整杯水将均匀地变红.从系统的角度来看,颜料扩散之前是一种状态,扩散之后是另一种状态.那么,水中扩散后的颜料能否自发地重新聚集在一起,而其余部分又变成清水?要点提示不可能,违反了热力学宏观现象的方向性.知识点拨1.克劳修斯表述的理解:指明热传递等热力学宏观现象的方向性,不需要借助外界提供能量的帮助,其物理本质是揭示了热传递过程是不可逆的.2.开尔文表述的理解:表述中的“单一热源”指温度恒定且均匀的热源.“不引起其他变化”是指唯一效果是热量全部转变为功而外界及系统都不发生任何变化.其物理实质揭示了热变功过程是不可逆的.3.两种表述是等价的如果克劳修斯表述不成立,则开尔文表述也不成立.4.热力学第二定律的每一种表述都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性,进而使人们认识到自然界中一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性,都是不可逆的.要点笔记(1)在可以引起其他影响的情况下,热量可以从低温物体传到高温物体,如空调、冰箱等.(2)分析热力学第二定律的应用问题时都不能忽视“自发性”和“不引起其他变化”的物理意义.典例剖析【例题2】(多选)根据热力学第二定律,下列说法正确的是()A.热机中燃气的内能不可能全部变成机械能B.电能不可能全部转变成内能C.在火力发电机中,燃气的内能不可能全部转变成电能D.在热传导中,热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体ACD解析凡是与热现象有关的宏观热现象都具有方向性.无论采用任何设备和手段进行能量转化,热机的效率不可能达到100%,故热机中燃气的内能不能全部转化为机械能,故A正确;火力发电机发电时,能量转化的过程为内能→机械能→电能,因为内能→机械能的转化过程中会对外放出热量,故燃气的内能必然不能全部转变为电能,故C正确;热量从低温物体传递到高温物体不能自发进行,必须借助外界的帮助,结果会带来其他影响,这正是热力学第二定律第一种(克劳修斯)表述的主要思想,故D正确.规律总结理解热力学第二定律的实质,即自然界中进行的所有涉及热现象的宏观过程都具有方向性.理解的关键在于“自发”和“不产生其他影响”.对点演练2.(多选)图中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,现将活塞杆缓慢向右移动,这样气体将等温膨胀并通过杆对外做功.若已知理想气体的内能只与温度有关,则下列说法正确的是()A.气体是从单一热源吸热,全部用来对外做功,此过程违背热力学第二定律B.气体是从单一热源吸热,但并未全部用来对外做功,此过程不违背热力学第二定律C.气体是从单一热源吸热,全部用来对外做功,此过程不违背热力学第二定律D.气体是从单一热源吸热,全部用来对外做功,此过程不违背热力学第一定律CD解析由于气体始终通过气缸与外界接触,外界温度不变,活塞杆与外界连接并使其缓慢地向右移动过程中,有足够时间进行热交换,气体等温膨胀,所以气缸内的气体温度不变,内能也不变,该过程气体是从单一热源即外部环境吸收热量,即全部用来对外做功才能保证内能不变,此过程既不违背热力学第二定律,也不违背热力学第一定律,此过程由外力对活塞做功来维持,如果没有外力F对活塞做功,此过程不可能发生,C、D正确.探究点三热力学第一、第二定律的比较及两类永动机的比较导学探究在热力学第一定律问世后,人们认识到能量是不能被凭空制造出来的,于是有人提出,设计一类装置,从海洋、大气乃至宇宙中吸取热能,并将这些热能作为驱动永动机转动和功输出的源头,这就是第二类永动机.你觉得这类永动机能制成吗?要点提示第二类永动机不可能制成,因为机械能和内能