高二物理课件 10.4 热力学第二定律 （人教版选修3-3）

\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n1.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.\n2.其他影响：指除了从单一热库吸收的热量，以及所做的功以外的其他一切影响；或者除了从低温物体吸收热量、高温物体得到相同的热量外，其他一切影响和变化.不是不能从单一热库吸收热量而对外做功，而是这样做的过程中，一定伴随着其他变化或影响.同样，也不是热量不能从低温物体传到高温物体，而是此过程的完成不产生其他影响的自发热传递是不可能的.\n3.关于“不可能”：实际上热机或制冷机系统循环终了时，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，不论用任何曲折复杂的办法都不可能加以消除.4.适用条件：只能适用于由很大数目分子所构成的系统及有限范围内的宏观过程.而不适用于少量的微观体系，也不能把它扩展到无限的宇宙.5.两种表述是等价的：两种表述都揭示了热现象宏观过程的方向性.两种表述可以相互推导.\n【典例1】随着世界经济的快速发展，能源短缺问题日显突出，近期油价不断攀升，已对各国人民的日常生活造成了各种影响，如排长队等待加油的情景已经多次在世界各地发生，能源成为困扰世界经济发展的重大难题之一，下列有关能量转化的说法中正确的是()A.不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他的变化B.只要对内燃机不断改进，就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能C.满足能量守恒定律的物理过程都能自发地进行D.外界对物体做功，物体的内能必然增加\n【解题指导】解答此题时应注意以下三点：\n【标准解答】选A.由热力学第二定律的开尔文表述可知A对.热机效率总低于100%，B错；满足能量守恒的过程未必能自发进行，任何过程一定满足热力学第二定律，C错；由热力学第一定律ΔU=W+Q可知，W>0，ΔU不一定大于0，即内能不一定增加，D错.\n【规律方法】理解热力学第二定律的方法(1)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“不引起其他变化”.(2)还要正确理解哪些过程不会达到(100%的转化而不产生其他影响).\n【变式训练】根据热力学第二定律，下列判断正确的是()A.热机中燃气的内能不可能全部变成机械能B.电流的能不可能全部变成内能C.在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变成电能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\n【解析】选A、C、D.凡是与热现象有关的宏观自然过程都具有方向性.无论采用任何设备和手段进行能量转化，总是遵循“机械能可全部转化为内能，而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变为电能，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(克氏)表述的主要思想，故D正确；由电流热效应中的焦耳定律可知，电流的能可以全部转化为内能，故B错误.\n【变式备选】下列说法正确的是()A.机械能全部变成内能是不可能的B.第二类永动机不可能制造成功的原因是其违背了能量守恒定律C.根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体D.从单一热库吸收的热量全部变为功是可能的\n【解析】选D.热力学第二定律只是说热量不能自发地从低温物体传向高温物体，通过外力做功是可以把热量从低温物体传到高温物体的，例如电冰箱的制冷过程就是这一情况，显然这种情况已引起了其他变化.机械能可以全部转化为内能，故A、C错；第二类永动机不可能制造成功是因为它违背了热力学第二定律，故B错；从单一热库吸收热量全部用来做功而不引起其他变化，是不可能的，但如果是从单一热库吸收热量全部变为功的同时也引起了其他的变化，是可能的，故D对.\n\n1.热力学第二定律与热力学第一定律的比较\n\n2.两类永动机的比较\n\n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局限于热机.它与热力学第一定律一起构成了热力学的主要理论基础.除对热力学研究外，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.\n【典例2】关于两类永动机和热力学两个规律，下列说法正确的是()A.第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，从单一热库吸收热量，完全变成功也是可能的【解题指导】掌握两类永动机的概念以及深刻理解热力学两大定律是解答本题的关键.\n【标准解答】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W≠0，Q≠0，但ΔU=W+Q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.\n【规律方法】解决此类问题要深入理解好热力学第一定律和热力学第二定律.(1)热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的一种表述形式，是从能的角度揭示不同物质运动形式相互转化的可能性.告诫人们：第一类永动机不可能制成.(2)热力学第二定律揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性.如机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能而不引起其他变化，进一步揭示了各种物质过程及其运动形式的转化过程都具有方向性.告诫人们：第二类永动机不可能制成.\n【变式训练】关于热现象和热学规律，下列说法中正确的是()A.随着低温技术的发展，我们可以使温度逐渐降低，并达到绝对零度，最终实现热机效率为100%B.热量是不可能从低温物体传递给高温物体的C.第二类永动机遵从能量守恒，故能做成D.用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功2.0×105J，同时空气向外界放出热量1.5×105J，则空气的内能增加了0.5×105J【解析】选D.由热力学第二定律知B、C错；绝对零度不可能达到，A错；由热力学第一定律知D正确.\n【典例3】(2011·绵阳高二检测)一种冷暖两用型空调，铭牌标注：输入功率1kW，制冷能力1.2×104kJ/h,制热能力1.3×104kJ/h.这样，该空调在制热时，每消耗1J电能，将放出3J多热量.指标是否错误？【解题指导】空调机不论制冷还是制热都是将内能从温度低的地方向温度高的地方传递，即热量从低温物体向高温物体传递.\n【标准解答】空调制冷、制热是靠压缩机做功，通过内部的制冷剂将热量从温度低的地方向温度高的地方传递.在制热时，室内温度高，室外温度低，热量不会自发地从室外向室内传递.要实现这一过程就会引起其他的变化，这里的其他变化正是通过压缩机做功消耗电能的过程，题中放出了3J的热量是指将3J的内能从室外传递到室内，需消耗1J的电能.整个过程既不违背热力学第一定律的能量守恒，又符合热力学第二定律的方向性.因此题中指标没有错误.答案:见标准解答\n一、选择题1.(2010·烟台高二检测)热力学第二定律使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程()A.都具有方向性B.只是部分具有方向性C.没有方向性D.无法确定是否具有方向性\n【解析】选A.自然界中所有涉及热现象的宏观过程都具有方向性，如表所示：\n2.下列过程中，可能发生的是()A.某工作物质从高温热源吸收20kJ的热量，全部转化为机械能，而没有产生其他任何影响B.打开一高压密闭容器，其内气体自发溢出后又自发跑进去，恢复原状C.利用其他手段，使低温物体的温度更低，高温物体的温度更高D.两瓶不同液体自发混合，然后又自发地各自分开\n【解析】选C.根据热力学第二定律，热量不可能从低温物体自发地传给高温物体，而不引起其他的变化，但通过一些物理过程是可以实现的，故C项对；内能自发地全部转化为机械能是不可能的，故A项错；气体膨胀具有方向性，故B项错；扩散现象也有方向性，D项也错.\n3.关于热机的效率，下列说法正确的是()A.有可能达80%B.有可能达100%C.有可能超过80%D.有可能超过100%【解析】选A、C.因为第二类永动机不能实现，所以热机的效率永远也达不到100%.\n4.关于热力学第二定律，下列说法正确的是()A.热力学第二定律是通过实验总结出来的实验定律B.热力学第二定律是通过大量自然现象的不可逆性总结出来的经验定律C.热力学第二定律是物理学家从理论推导得出来的结果D.由于热力学第二定律没有理论和实验的依据，因此没有实际意义\n【解析】选B.热力学第二定律是物理学家通过对大量自然现象的分析，又总结了生产和生活经验得到的结论，是一个经验定律，它并不能通过理论和实验来证明，但它符合客观事实，因此是正确的，它揭示了宏观过程的方向性，使人们认识到第二类永动机不可能制成，对我们认识自然和利用自然有着重要的指导意义.\n5.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.内能可以完全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\n【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，故B正确.\n6.(2011·深圳高二检测)下列说法正确的是()A.物体的内能就是组成该物体的所有分子热运动动能的总和B.随着高科技的发展，绝对零度是可以达到的C.做功和热传递在改变内能的方式上是不同的D.一切过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行\n【解析】选C.内能的改变有两种方式：做功和热传递.做功是不同形式的能之间的转化，热传递是同种形式能间的转移，故它们的形式不同，C项正确；内能是所有分子动能和势能的总和，故A项错误；绝对零度是达不到的，故B项错误；在人为干预的情况下，过程可以向无序性减小的方向进行，故D项错误.\n7.如图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()\nA.热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外B.电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能C.电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律D.电冰箱的工作原理违反热力学第一定律【解析】选B、C.热力学第一定律适用于所有的热学过程，C正确，D错误；由热力学第二定律可知A错误，B正确.\n【方法技巧】热力学第二定律的解题关键(1)解决有关热力学第二定律问题的关键是熟记两种表述，并理解两种表述的等效性.(2)抓住热力学第二定律的实质是自然界中所有涉及热现象的宏观过程都具有方向性.(3)热量可以从高温物体传到低温物体，也可以从低温物体传到高温物体，只不过前者能自发地进行，后者必须借助外界的帮助.(4)机械能可以全部转化为内能，而内能要全部转化为机械能的话，势必会引起其他变化.\n8.(2011·三亚高二检测)下列说法中正确的是()A.一切形式的能量间的相互转化都具有方向性B.热量不可能由低温物体传给高温物体C.气体的扩散过程具有方向性D.一切形式的能量间的相互转化都不具有可逆性【解析】选C.热力学第二定律反映的是所有与热现象有关的宏观过程都具有方向性，A、D错；热量不是不能从低温物体传给高温物体，关键是看能否还产生其他影响，B错；气体的扩散过程具有方向性，C对.\n二、非选择题9.用两种不同的金属丝组成一个回路，接触点1插在热水中，接触点2插在冷水中，如图所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象.这一实验是否违反热力学第二定律？热水和冷水的温度是否会发生变化？简述这一过程中能的转化情况.\n【解析】温差发电现象中产生了电能是因为热水中的内能减少，一部分转化为电能，一部分传递给冷水，不违反热力学第二定律.答案：不违反热水温度降低，冷水温度升高一部分内能转化为电能\n10.热力学第二定律常见的表述有两种.第一种表述：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；第二种表述：不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化.图甲是根据热力学第二定律的第一种表述画出的示意图：外界对制冷机做功，使热量从低温物体传递到高温物体.请你根据第二种表述完成示意图乙.根据你的理解，热力学第二定律的实质是________________________.\n\n【解析】示意图如图所示.一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性.答案：见解析\nThankyou!\n励志名言形成天才的决定因素应该是勤奋\n安全小贴上课间活动注意安全