人教版选择性必修三第三章3.4热力学第二定律学案

3.4热力学第二定律学案
一学科核心素养
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。
二学习重难点
重点：热力学第二定律两种常见的表述。
难点：热力学第二定律的开尔文表述。
三课前预习
1．在自然界发生的种种变化中，能量的总值虽然保持不变（守恒），但是能量可被利用的价值却越来越小，或者说能量的品质在逐渐降低，这就是______。
2．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：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化。
图a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b、根据你的理解，热力学第二定律的实质是___________。
3．直接利用太阳能有两种途径：
（1）把太阳能转化为______以供应用，如太阳炉、太阳能热水器、太阳能发电站.
（2）通过光电转换装置把太阳能直接转化为_______能，如太阳能电池.
4．说明下列能源利用方式中的能量转化过程：
（1）水力发电：_____________________________.
（2）电动水泵抽水：_____________________________.
（3）柴油机车牵引列车前进：_____________________________.
（4）火箭发射人造卫星：_____________________________.
5．如图所示是压缩式电冰箱的工作原理示意图。经过干燥过滤器后液体制冷剂进入蒸发器，汽化吸收箱体内的热量，压缩机使低温低压的制冷剂气体变成高温高压的气体，然后制冷剂在冷凝器中液化放出热量到箱体外。电冰箱将热量从低温物体转移到高温物体的工作过程___________（填“违背”或“不违背”）热力学第二定律。制冷剂在蒸发器中由液态变成气态的过程中，做的功W___________（填“大于”“小于”或“等于”）零；分子的势能将___________（填“增大”“不变”或“减小”）。
6．能源是有限的
（1）能源：具有_______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_______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，_______减少了。
7．石油、电能、地热能、天然气中属于新能源的是_____，属于二次能源的是_____。
8．（1）一切与热现象有关的宏观自然过程都是______的；
（2）热量能自发地从高温物体转移到低温物体，说明了热传递的______。
（3）能量的耗散：其他形式的能转化为内能后不能再重复利用，这种现象叫作能量的耗散。
（4）能量的耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有______。
19．热力学第二定律
（1）定义：在物理学中，反映宏观自然过程的_______性的定律。
（2）热力学第二定律的克劳修斯表述：热量不能_______地从低温物体传到_______温物体，阐述的是传热的_______性。
（3）热力学第二定律的开尔文表述：
a.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________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_______。
②热机用于做功的热量一定_______它从高温热库吸收的热量，即W_______Q；
b.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_______，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_______的。（选填“等价”或“不等价”）
四自我检测
1．如图所示，相通的容器甲、乙间装有阀门K，容器甲中充满气体，容器乙内为真空，整个系统与外界没有热交换。打开阀门K后，甲中的气体进入乙中，最终达到平衡，则（　　）
A．气体体积膨胀，对外做功
B．气体分子势能减少，内能增加
C．体积变大，温度降低
D．乙中气体不可能自发地全部退回到甲中
2．根据热力学定律，下列说法错误的是（　　）
A．电冰箱的工作表明，热量可以从低温物体向高温物体传递
B．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量
C．科技的不断进步使得人类有可能生产出从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化的热机
D．即使没有漏气、摩擦、不必要的散热等损失，热机也不可以把燃料产生的内能全部转化为机械能
3．二氧化碳是导致“温室效应”的主要原因之一，人类在采取节能减排措施的同时，也在研究控制温室气体的新方法。目前，专家们正在研究二氧化碳的深海处理技术。在某次实验中，将一定质量的二氧化碳气体封闭在一个可以自由压缩的导热容器中，将容器缓慢移到海水某深处，气体体积减小为原来的一半，温度逐渐降低。此过程中（　　）
A．封闭的二氧化碳气体对外界做正功
B．封闭的二氧化碳气体压强可能增大
C．封闭的二氧化碳气体分子的平均动能增大
D．封闭的二氧化碳气体一定从外界吸收热量
4．下列关于热力学第二定律的说法正确的是（　　）
A．所有符合能量守恒定律的宏观过程都能发生
B．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的
C．机械能可以全部转化为内能，在不产生其他影响的情况下，内能可以全部用来做功而转化成机械能
D．气体向真空的自由膨胀是可逆的
5．下列过程中，可能实现的是（　　）
A．水的温度自动下降时释放的内能全部转化为机械能
B．内燃机汽缸内气体的内能全部转化为机械能
C．在粗糙水平面上运动的物体，它的动能转化为内能，使物体温度升高
D．静止在光滑水平面上的物体，温度降低时释放的内能可以转化为物体的动能，使物体运动起来
6．如图所示，水平固定不动、导热性能良好的汽缸内用活塞封闭着一定质量的空气，外界温度恒定，开始时活塞静止，现在施加外力使活塞缓慢向右移动（活塞始终未被拉出汽缸），忽略气体分子间的相互作用，则在活塞移动的过程中，下列说法正确的是（　　）
A．汽缸内气体从外界吸收的热量等于气体对外界做的功
B．汽缸内气体分子的平均动能变小
C．汽缸内气体的压强不变
D．由于温度没变，热量不可以从相同温度的物体传到另一相同温度的物体
7．能源问题是当今世界最为重要的问题之一，热力学的研究对能源利用率的提高起到了关键作用，为热机的设计与制造提供了足够的理论支持。关于热机和热力学定律，以下表述正确的是（　　）
A．将电冰箱的门打开可以使房间里的温度降低
B．因为能量守恒，随着科技的发展能量可以循环利用，从而解决能源危机问题
C．第二类永动机并没有违背能量守恒定律，但热机的效率不可能达到
D．热力学第二定律可表述为“不可能使热量由低温物体传递到高温物体”
8．下列说法正确的是（ ）
A．0℃的冰融化成0℃的水，分子的平均动能不变，内能变小
B．载重汽车卸去货物的过程中，外界对汽车轮胎内的气体做正功
C．热量可以从低温物体传递到高温物体
D．一定量的某种理想气体在等温膨胀过程中，压强一定增加
9．下列说法正确的是（　　）
A．体积和温度都相同的气体，内能一定相同
B．一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加
C．一切过程都是向着分子热运动无序性增大的方向进行的
D．从单一热源吸收热量，使之完全变为功而不产生其他影响是不可能的
10．下列说法正确的是（　　）
A．第二类永动机违反能量守恒定律，因此不可能制成
B．第一类永动机违反热力学第二定律，因此不可能制成
C．电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递
D．从单一热库吸收热量，使之完全变为功，是提高机械效率的常用手段
参考答案：
三课前预习
1．能量的耗散与退化
2．见解析
3． 内能 电
4． 机械能→电能 电能→机械能 化学能→内能→机械能 化学能→内能→机械能
5． 不违背 小于 增大
6． 高品质 自动聚集 能源
7． 地热能 电能
8． 不可逆 方向性 方向性
9． 方向 自发 高 方向 化学能 机械能 小于 < 完全变成功 等价
四自我检测
1．D
2．C
3．B
4．B
5．C
6．A
7．C
8．C
9．B
10．C
试卷第1页，共3页