2024年新教材高中物理第三章热力学定律第4节热力学第二定律学案新人教版选择性必修第三册.docxVIP

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第4节热力学其次定律

课标解读

课标要求

素养要求

1.通过自然界中宏观过程的方向性，了解热力学其次定律。

2.了解热力学其次定律的两种表述,并能用热力学其次定律说明为什么其次类永动机不能制造胜利。

3.能用热力学其次定律说明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。

4.了解能量耗散、能源和环境。

1.物理观念：知道传热、扩散现象、机械能与内能的转化具有方向性，了解能量耗散和品质降低的缘由，能说明相关现象。

2.科学思维：理解热力学其次定律的两种表述，学会用热力学其次定律说明自然界中的能量转化、转移及方向性问题，提高分析推理实力。

3.科学探究：通过对热机效率的探讨，揭示热机效率不能达到100%的实质，学会与他人沟通合作，提高探究科学的实力。

4.科学看法与责任：学会科学家探究问题的方法，养成实事求是的科学看法，培育学习科学的爱好。

自主学习·必备学问

见学用159页

教材研习

教材原句

要点一热力学其次定律

克劳修斯表述：热量不能自发地①从低温物体传到高温物体。该表述阐述的是传热的方向性。

开尔文表述：不行能从单一热库汲取热量，使之完全②变胜利，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。

要点二能量耗散和能源是有限的

分散在环境中的内能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”。能源的运用过程中虽然能的总量保持守恒，但能量的品质③下降了。虽然能量总量不会削减，但能源会逐步削减，因此能源是有限的资源。

自主思索

①“热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体”这一说法是否正确？为什么？

答案：提示这一说法是不正确的。热力学其次定律是说热量不能自发地从低温物体传到高温物体。此说法略去了“自发地”，通过外界做功是可以把热量从低温物体传到高温物体的。例如电冰箱的制冷就是这一状况。

②如图所示为国内某柴油机厂所产的单缸柴油机，图中上方部分为水箱。水箱所起的作用是什么?柴油机工作时，内能可以全部转化为机械能吗？为什么？

答案：提示柴油机工作时水箱所起的作用是作为低温热库。在内能向机械能转化的过程中，内能有一部分转移到低温热库（水箱），不行能全部转化为机械能。

③既然能量是守恒的，我们为什么还要节约能源？

答案：提示能量是守恒的，但能量耗散却会导致能量品质降低，它将能量从可用的形式降级为不大可用的形式。煤、石油、自然气等能源储存着高品质的能量，在利用它们的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的内能。故能量虽然不会削减但可利用的高品质能源会越来越少，所以要节约能源。

名师点睛

热力学其次定律的理解

（1）传热的方向性

①热量可以自发地由高温物体传给低温物体。

②热量不能自发地由低温物体传给高温物体。

③一切与热现象有关的宏观自然过程都是不行逆的。

（2）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。其次个阶段是工作物质对外做功，把自己的内能变成机械能。

②热机的效率：热机输出的机械功W与燃料产生的热量Q的比值。用公式表示：η=W

互动探究·关键实力

见学用159页

探究点一热力学其次定律的理解

情境探究

1.地球上有大量的海水，它的总质量约为1.4×1018t，有人设想让这些海水的温度降低0.1℃

（1）这是一件既经济又没有环境污染的事情，这一想法违反能量守恒定律吗？

（2）这个设想能胜利吗？为什么？

答案：提示（1）这一设想从能量转化角度是海水的内能转化为电能，并不违反能量守恒定律。

（2）这种利用海水的内能发电的过程，违反了热力学其次定律，所以不会胜利。

2.电冰箱是一种利用工作物质，使热量从低温物体传到高温物体的装置，通过压缩机的工作可以使肯定空间内的物体温度低于环境温度并维持低温状态。

（1）电冰箱“将热量从低温物体传到高温物体”是否违反热力学其次定律？

（2）夏天，将房间一台正在工作的电冰箱的门打开，这是否可以降低室内的平均温度？为什么？

答案：提示（1）在电冰箱的实例中，热量的确是从低温物体传到高温物体，但这不是自发的过程，这个过程必需有第三者的介入，即压缩机必需工作，所以其不违反热力学其次定律。

（2）不会降低室内的平均温度。若将一台正在工作的电冰箱的门打开，尽管可以不断向室内释放冷气，但同时冰箱的箱体也向室内散热，就整个房间来说，由于外界通过导线不断有能量输入，室内的温度会不断上升。

探究归纳

1.热力学其次定律的理解

（1）“自发地”过程就是不受外来干扰进行的自然过程，在热传递过程中，热量可以自发地从高温物体传到低温物体，却不能自发地从低温物体传到高温物体。要将热量从低温物体传到高温物体，必需“对外界有影响或有外界的帮助”，就是要有外界对其做功才能完成。电冰箱就