2013年高中物理 第3章 第4节 热力学第二定律精品课件 粤教版选修3-3.ppt

1、第四节热力学第二定律核心要点突破课堂互动讲练知能优化训练第四节课前自主学案课标定位课标定位学习目标：1.了解热现象中宏观自然过程的方向性2理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3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4了解熵是反映系统无序程度的物理量重点难点：1.热力学第二定律及所反映出的热现象的宏观过程的方向性2热力学第二定律中所描述的“不发生其他变化”课前自主学案一、热传导的方向性1两个温度不同的物体互相接触时，热量会自发地从_物体传给_物体，但不会自发地从_物体传给_物体这说明：热传导过程是有_的2热力学第二定律是一条反映自然界过程进行_和_的规律高温

2、低温低温高温方向性方向条件二、机械能和内能转化过程的方向性1机械能和内能转化过程具有_性，即机械能全部转化为内能的过程是可以_进行的，内能全部转化为机械能的过程，是不能_进行的，要将内能全部转化为机械能，必然会引起其他影响方向自发自发2第二类永动机(1)定义：从_吸热全部用来_，而不引起其他变化的热机(2)第二类永动机不可能制成原因是它违背了热力学第二定律三、热力学第二定律1第一种表述(克劳修斯表述)：热量不能_从低温物体传递到高温物体或者说，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(按照热传导的方向性来表述)单一热源做功自动地2第二种表述(开尔文表述)：不可能从_吸收热量并把它

3、全部用来_，而不引起其他变化(按照机械能与内能转化过程的方向性来表述)热力学第二定律的这两种表述是等价的热现象的宏观过程都具有方向性3自然界中一切与热现象有关的自然过程都具有方向性单一热源做功思考感悟“水往低处流”是一个自发过程，在无外界影响时，它的逆过程可否实现？你由这一自然现象受到什么启发？提示：不能实现自然界中出现的自发过程一般都是不可逆的3热传递和内能的关系：若物体既不对外做功，外界对物体也不做功，当物体从外界吸收热量Q时，它的内能_关系式为Q_；若物体向外放出热量，则Q0，U0，表明内能_4热力学第一定律如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，那么，物体内能的增加U就等于物体_的热

4、量Q和_做的功W之和增加U减少吸收外界对物体思考感悟下列现象中能量是怎样转化的？A水电站发电时，水轮机被水流冲击转动，带动发电机发电B利用地热发电提示：A.机械能转化为电能B热能转化为电能四、热力学第二定律的微观实质1做功是与分子群体的_运动联系在一起的，内能是和分子的_运动联系在一起的机械能转化为内能的过程，从微观上来说，是大量分子的_运动朝_运动的方向转换的过程，其相反方向的过程是大量分子从_运动朝_运动方向转换的过程有序无序有序无序无序有序2热传导过程是使物体内部分子的热运动由比较_的状态向_的状态转化的过程3热力学第二定律的微观实质与热现象有关的自发的宏观过程，总是朝着分子热运动状态_

5、增加的方向进行的五、熵意义：描述物体的无序程度，物体内部分子热运动无序程度越高，物体的熵就越大有序无序无序性核心要点突破一、对热力学第二定律的微观解释1有序和无序有序：只要确定了某种规则，符合这个规则的就叫做有序无序：不符合某种确定规则的称为无序.无序意味着各处都一样，平均、没有差别，有序则相反有序和无序是相对的2宏观态和微观态宏观态：符合某种规定、规则的状态，叫做热力学系统的宏观态微观态：在宏观状态下，符合另外的规定、规则的状态叫做这个宏观态的微观态系统的宏观态所对应的微观态的多少表现为宏观态无序程度的大小如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说这个“宏观态”是比较无序的，同时也决定了

6、宏观过程的方向性从有序到无序3热力学第二定律的微观意义一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行4熵一个系统的熵是随着系统状态的变化而变化的在自然过程中，系统的熵是增加的在绝热过程或孤立系统中，熵是增加的，叫做熵增加原理对于其他情况，系统的熵可能增加，也可能减小从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律：一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序程度更大的方向发展即时应用(即时突破，小试牛刀)1一个物体在粗糙的平面上滑动，最后停止系统的熵如何变化？解析：因为物体由于受到摩擦力而停止运动，其动能变为系统的内能，增加了系统分子无

7、规则运动的程度，使得无规则运动加强，也就是系统的无序程度增加了，所以系统的熵增加答案：见解析二、热力学第一、第二定律的比较及两类永动机的比较1热力学第二定律与热力学第一定律比较规律区别联系 热力学第一定律热力学第二定律区别热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的表现，否定了创造能量和消灭能量的可能性，从而否定了第一类永动机热力学第二定律是关于在有限空间和时间内，一切和热现象有关的物理过程、化学过程具有不可逆性的经验总结，从而否定了第二类永动机联系两定律都是热力学基本定律，分别从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律，二者相互独立，又相互补充，都是热力学的理论基础2.两类永动机的比较分

8、类第一类永动机第二类永动机设计要求不消耗任何能量，可以不断做功(或只给予很小的能量启动后，可能永远运动下去)将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化(或只有一个热源，实现内能与机械能的转化)不可能的原因违背了能的转化与守恒定律违背了热力学第二定律特别提醒：热力学第二定律是在提高热机效率的生产实践中发现的，但它对实践的指导意义却不限于热机它与热力学第一定律一起构成了热力学的主要理论基础除对热学研究外，其他如在化学反应中，研究化学能与其他形式能量的转化及各种化学过程进行的条件和方向等都有着重要的指导意义即时应用(即时突破，小试牛刀)2(单选)关于两类永动机和热力学两个定律，下列说法正确的是()A第

9、二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律B第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律C由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能D由热力学第二定律可知热从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的解析：选D.第一类永动机违反热力学第一定律，第二类永动机违反热力学第二定律，A、B错；由热力学第一定律可知W0，Q0，但UWQ可以等于0，C错；由热力学第二定律可知D中现象是可能的，但不引起其他变化是不可能的，D对课堂互动讲练例例11类型一对热力学第二定律的理解及应用(双选)下列说法正确的是()A热传导的过程

10、是有方向性的B第二类永动机不可能制成，因为它违反能量守恒定律C第二类永动机不可能制成，因为机械能和内能的转化过程具有方向性D热力学第二定律表明，所有的物理过程都具有方向性【思路点拨】理解热力学第二定律的内涵及与热力学第一定律的区别【精讲精析】根据热力学第二定律和实验事实都可以说明，热传导的过程是有方向性的，热量可以从高温物体自发地传给低温物体，却不能自发地由低温物体传给高温物体，所以选项A正确第二类永动机是一种热机，它希望能够从单一热源吸热全部用来做功而不引起其他任何的变化，这种设想并不违反能量守恒定律，但违反热力学第二定律，所以选项B错误，选项C正确热力学第二定律指出了所有与热现象有关的宏观

11、物理过程都具有方向性，并不是所有的物理过程都具有方向性，因此选项D的说法错误【答案】AC【规律总结】热力学第二定律反映了一个自然规律，这就是与热现象有关的宏观物理过程具有方向性，主要是热传导的方向性和机械能转化为内能的方向性由于人们发现这样的规律是源于对热机的研究，所以定律的表述比较抽象，重要的是要通过一些实例认识有哪些现象表明了能量转化过程的方向性类型二热力学第一定律与热力学第二定律的对比例例22(单选)关于永动机和热力学定律的讨论，下列叙述正确的是()A第二类永动机违反能量守恒定律B如果物体从外界吸收了热量，则物体的内能一定增加C外界对物体做功，则物体的内能一定增加D做功和热传递都可以改变

12、物体的内能，但从能量转化或转移的观点来看这两种改变方式是有区别的【思路点拨】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，并不违背能量守恒定律；热力学第一定律揭示了能量守恒定律中内能变化的方式【自主解答】第二类永动机违反热力学第二定律，并不是违反能量守恒定律，故A错据热力学第一定律UQW知内能的变化由做功W和热传递Q两个方面共同决定，只知道做功情况或只知道热传递情况无法确定内能的变化情况，故B、C项错误做功和热传递都可改变物体内能，但做功是不同形式能的转化，而热传递是同种形式能间的转移，这两种方式是有区别的，故D正确【答案】D变式训练(单选)关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述正确的是()A热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化，而热力学第二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式的能，故这两条定律是相互矛盾的B内能可以转化为其他形式的能，只是会产生其他影响，故两条定律并不矛盾C两条定律都是有关能量的转化规律，它们不但不矛盾，而且没有本质区别D其实，能量守恒定律已经包含了热力学第一定律和热力学第二定律解析：选B.热力学第一定律和热力学第二定律并不矛盾，对于机械能和内能的转化所具有的方向性也是存在的