第二章 2.4热力学第二定律 教学课件(共39张PPT)
文档属性
| 名称 | 第二章 2.4热力学第二定律 教学课件(共39张PPT) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 4.6MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-02-03 15:50:51 | ||
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文档简介
(共39张PPT)
导入新课
不可能把热从低温物体传到高温物体，而不引起其它变化。
人类能利用这种“新能源”吗？
如此严重的能源危机，可是： 地球贮存量十分丰富的海水总质量约达1.4×1018吨，它的温度只要降低0.1℃，就能释放相当于1800万个功率为100万千瓦的核电站一年的发电量。相当于600万个北仑电厂（曾经我国最大的火电厂）；相当于180多万个三峡水电厂一年的发电量。
4.热力学第二定律
第二章 能量的守恒与耗散
1. 知识与能力
了解热传递的方向性。
认识热力学第二定律的物理意义。
2 . 过程与方法
培养运用分析论证进行理论概括的抽象思维能力
体验科学思辨的作用。
教学目标
3. 情感态度与价值观
了解热传递以及自然界一切自动发生的宏观过程的方向性。
培养热爱生活的情趣
热爱生活
研究生活
热力学第二定律的物理意义
热传递过程的方向性
教学重难点
重点
难点
2﹑热机的效率和第二类永动机
1﹑自然过程的方向性
3﹑热力学第二定律
本节导航
1 、自然过程的方向性
[注意]这里所说“自发地”是指没有任何外界的影响或帮助。
热传导的过程可以向一个方向自发地进行（热量从高温物体自发地传给低温物体）。
热量不会自发地从低温物体传给高温物体，只有在外界的帮助才能进行，因而会产生其他影响或其他变化。
不插电，我不干活！
电冰箱工作时能将冰箱内(温度较低)的热量，传给外界空气(温度较高)，是因为电冰箱消耗了电能，制冷系统做了功。
归纳
热传导的过程具有方向性
热传导的过程可以向一个方向自发地进行(热量从高温物体自发地传给低温物体)；但向相反的方向不会自发地产生(热量不会自发地从低温物体传给高温物体)，只有借助外界的帮助才能进行，因而会产生其他影响或其他变化。
不仅热传递现象，自然界中自动发生的实际过程，都具有方向性。
具有自动发生的趋势，一旦发生就无需借助外力，可以自动进行。
具有单向性
自发过程
不可逆过程
可逆过程
同样的平衡条件下，正逆过程以同一途径进行
可逆循环后，系统回原态，环境回原态
传热、做体积功、
化学变化是否有方向
所有自发过程的方向
热、功转换是否有方向
热、功转换方向
结 论
其逆过程在无外界干涉下是不能自动进行的
2.热机的效率和热力学第二定律
前面我们已经学习过有关热机的工作原理，下面让我们来学习一下热机的工作效率。
名词解释
热机的工作效率
热机所做的功与其所吸收的热的比值，用η 表示
η=W/Q
热机总要向冷凝器散热，因此，不可能把吸收的热量全部转化为机械能，所以热机的效率不可能达到100%。
内燃机中汽缸中气体燃烧产生热量Q1
外界
推动活塞做功 W
排出废气，同时散失热量Q2
热机工作原理图
热机的效率?的理解
理解
（l）热机做的功W和它从热源吸收的热量Q的比值叫做热机的效率 ?=W/Q1
（2）热机的效率不可能达到100％
曾经有人设计一类机器，希望它从高温热库（例如锅炉）吸取热量后全部用来做功，不向低温热库排出热量。这种机器的效率不是可以达到100%了吗？这种机器不违背能量守恒定律，但是都没有成功。人们吧这种只从单一热库吸热，同时不间断的做功的永动机叫第二类永动机。
第二类永动机
机械能和内能的转化具有方向性。
要点
表示机械能和内能的转化过程具有方向性．尽管机械能可以全部转化为内能，内能却不能全部转化成机械能，同时不引起其他变化．
第二类永动机不可能制成的原因
分析
分析
两种永动机都不能实现给我们的启示
第一类永动机和第二类永动机它们都不可能制成，第一类永动机的设想违反了能量守恒定律；第二类永动机的设想虽不违反能量守恒定律，但违背了跟热现象相联系的宏观过程具有方向性的自然规律．造永动机的失败，从反面显示出自然界存在着某种制约着人们的普遍规律：想不付出代价而从自然界中取出可供利用的有效动力是不可能的，人们只能根据各种自然力相互转化的具体条件，付出一定代价而有效地利用自然界提供的各种能源。
3. 热力学第二定律
热力学第二定律的发展史
克劳修斯（1822-1888）曾任德国柏林皇家工学校物理教授
1850年，克劳修斯在卡诺的基础上统一了能量守恒和转化定律与卡诺原理，指出：一个自动运作的机器，不可能把热从低温物体移到高温物体而不发生任何变化，这就是热力学第二定律。
1851年，开尔文又提出：不可能从单一热源取热，使之完全变为有用功而不产生其他影响；或不可能用无生命的机器把物质的任何部分冷至比周围最低温度还低，从而获得机械功。这就是热力学第二定律的“开尔文表述”。
奥斯特瓦尔德则表述为：第二类永动机不可能制造成功。
开尔文（1824-1907）毕业于剑桥大学聘为格拉斯哥大学自然哲学教授长达50年，曾任法国科学院院士，英国皇家学会会长
那么热力学第二定律到底是描述什么物理现象的呢？下面让我们来认识一下它
热力学第二定律
定义
热力学第二定律常见的两种表述：
（1）按热传递的方向性来表述：不可能使热量从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化．（克劳修斯表述）
（2）按机械能与内能转化过程的方向性来表述：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．（开尔文表述）
物理意义
1.两种表述是等价的
可以从一种表述导出另一种表述，两种表述都称为热力学第二定律
2.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都具有方向性。它揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，是成为独立于热力学第一定律的一个重要的自然规律。
1.自然过程的方向性
热传递以及自然界中一切自动发生的宏观现象都是具有方向性的
2. 热机的效率和第二类永动机
热机所做的功与其所吸收的热的比值，用η 表示
η=W/Q
第二类永动机不可能实现
3. 热力学第二定律
热力学第二定律的两种表述
课堂小结
1.下列哪些物理过程具有方向性（ ）
A. 热传导过程
B．机械能与内能的转化过程
C．气体的扩散过程
D．气体向真空中膨胀的过程。
课堂练习
ACD的过程都是自发进行的，所以他们的物理过程是具有方向性的。
ACD
2. 第二类永动机不可以制成，是因为（ ）
A. 违背了能量的守恒定律
B．热量总是从高温物体传递到低温物体
C．机械能不能全部转变为内能
D．内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化
D
第二类永动机失败的原因是违背了热力学第二定律
3.根据热力学第二定律，下列判断正确的是（ ）
A. 电流的能不可能全部变为内能
B．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变为电能
C．热机中，燃气内能不可能全部变为机械能
D．在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温度物体．
BCD
电流的能量可以全部变为内能，所以A对；
燃气的内能有一部分变为内能和光能，所以B对；
热机的工作效率不可能为100%，所以C对；
热力学第二定律，所以D对。
4.热机是一种 的装置，热机做的功和它从热源吸收热量的比值叫做热机的______。
5.能量耗散是从_______ 角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性。
把内能转化为机械能
效率
能量转化
6. 热力学第一定律和热力学第二定律的内容各是什么？
试述热力学第一定律和热力学第二定律的区别与联系．
解：1）略
2）热力学第一定律指出了在任何热力学过程中，能量不会有任何增减或损失，对自然过程也没有限制；而热力学第二定律是解决了哪些过程可以发生。两个定律从不同角度揭示了热力学过程中遵从的规律，既相互独立，又相互补充，共同构成了热力学知识的理论基础
7. 什么是第二类永动机?为什么第二类永动机不可能造成?第一类永动机和第二类永动机各自违反了什么定律？
答：1）能够从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化的热机称为第二类永动机。
2）第二类永动机不可能制成的原因是因为机械能和内能转化过程具有方向性，尽管机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化为机械能，而不引起其他变化。
3）第一类永动机违反了能量守恒定律。第二类永动机违反了执力学第二定律。
8.下列有关温度的说法正确的是（ ）
A．用摄氏温标和热力学温标表示的温度虽数值不同，但温度的间隔相同
B．随着科技的发展，人们总有一天可以使温度达到热力学零度
C．热力学零度是低温的极限
D．热力学第三定律阻止了人们对接近热力学零度低温的获得
AC
解析：用摄氏温标和热力学温标表示的温度虽起点不同，但温度间隔相同，热力学第三定律并没有阻止人们想方法尽可能地接近热力学零度这一低温的极限。
9.一台功率为40马力的拖拉机，工作10小时，烧去柴油80千克，试求这拖拉机的效率(柴油的燃烧值为q=10200卡/克? 1马力=735瓦特)
解析：这台拖拉机功率P=735×40=2.94×104瓦t=3.6×104秒，故拖拉机做功W=Pt=2.94×104×3.6×104=1.058×109J燃烧柴油得到热量Q1=10200×8×4.2×104=3.427×109J.
故效率η=W/Q=31%
10.一种冷暖两用型空调，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。是指标错误还是能量不守恒？
解析：都不是，空调制冷、制热靠压缩机做功，从室内(室外)吸收热量放到室外(室内)。在制热时，放出的热量等于消耗的电能与从室外吸收的热量之和，完全可以大于电能消耗。这既不违背热力学第一定律，也不违背热力学第二定律。
习题解答
1.解：这种说法是对热力学第二定律的片面理解。热力学第二定律的一种表述是：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其它的变化。理解这句话的关键是后半句话：不引起其他的变化。若考虑引起其他变化，则热全部转化为功是有可能发生的。
2.解：自然界中的许多宏观过程都是自行发生的。如气体扩散过程，水在重力作用下从高处向低处流，热量自发的从高温物体向低温物体传递等。
3.解：没有违反热力学第二定律。热力学第二定律指的是：不可能使热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。在酷暑季节，虽然人们把热量传递到高于体温的环境中去了，但却引起了其他的变化，汗液也从身体中蒸发出去了。若没有汗液的蒸发，这种热传递过程是不可能发生的。
导入新课
不可能把热从低温物体传到高温物体，而不引起其它变化。
人类能利用这种“新能源”吗？
如此严重的能源危机，可是： 地球贮存量十分丰富的海水总质量约达1.4×1018吨，它的温度只要降低0.1℃，就能释放相当于1800万个功率为100万千瓦的核电站一年的发电量。相当于600万个北仑电厂（曾经我国最大的火电厂）；相当于180多万个三峡水电厂一年的发电量。
4.热力学第二定律
第二章 能量的守恒与耗散
1. 知识与能力
了解热传递的方向性。
认识热力学第二定律的物理意义。
2 . 过程与方法
培养运用分析论证进行理论概括的抽象思维能力
体验科学思辨的作用。
教学目标
3. 情感态度与价值观
了解热传递以及自然界一切自动发生的宏观过程的方向性。
培养热爱生活的情趣
热爱生活
研究生活
热力学第二定律的物理意义
热传递过程的方向性
教学重难点
重点
难点
2﹑热机的效率和第二类永动机
1﹑自然过程的方向性
3﹑热力学第二定律
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1 、自然过程的方向性
[注意]这里所说“自发地”是指没有任何外界的影响或帮助。
热传导的过程可以向一个方向自发地进行（热量从高温物体自发地传给低温物体）。
热量不会自发地从低温物体传给高温物体，只有在外界的帮助才能进行，因而会产生其他影响或其他变化。
不插电，我不干活！
电冰箱工作时能将冰箱内(温度较低)的热量，传给外界空气(温度较高)，是因为电冰箱消耗了电能，制冷系统做了功。
归纳
热传导的过程具有方向性
热传导的过程可以向一个方向自发地进行(热量从高温物体自发地传给低温物体)；但向相反的方向不会自发地产生(热量不会自发地从低温物体传给高温物体)，只有借助外界的帮助才能进行，因而会产生其他影响或其他变化。
不仅热传递现象，自然界中自动发生的实际过程，都具有方向性。
具有自动发生的趋势，一旦发生就无需借助外力，可以自动进行。
具有单向性
自发过程
不可逆过程
可逆过程
同样的平衡条件下，正逆过程以同一途径进行
可逆循环后，系统回原态，环境回原态
传热、做体积功、
化学变化是否有方向
所有自发过程的方向
热、功转换是否有方向
热、功转换方向
结 论
其逆过程在无外界干涉下是不能自动进行的
2.热机的效率和热力学第二定律
前面我们已经学习过有关热机的工作原理，下面让我们来学习一下热机的工作效率。
名词解释
热机的工作效率
热机所做的功与其所吸收的热的比值，用η 表示
η=W/Q
热机总要向冷凝器散热，因此，不可能把吸收的热量全部转化为机械能，所以热机的效率不可能达到100%。
内燃机中汽缸中气体燃烧产生热量Q1
外界
推动活塞做功 W
排出废气，同时散失热量Q2
热机工作原理图
热机的效率?的理解
理解
（l）热机做的功W和它从热源吸收的热量Q的比值叫做热机的效率 ?=W/Q1
（2）热机的效率不可能达到100％
曾经有人设计一类机器，希望它从高温热库（例如锅炉）吸取热量后全部用来做功，不向低温热库排出热量。这种机器的效率不是可以达到100%了吗？这种机器不违背能量守恒定律，但是都没有成功。人们吧这种只从单一热库吸热，同时不间断的做功的永动机叫第二类永动机。
第二类永动机
机械能和内能的转化具有方向性。
要点
表示机械能和内能的转化过程具有方向性．尽管机械能可以全部转化为内能，内能却不能全部转化成机械能，同时不引起其他变化．
第二类永动机不可能制成的原因
分析
分析
两种永动机都不能实现给我们的启示
第一类永动机和第二类永动机它们都不可能制成，第一类永动机的设想违反了能量守恒定律；第二类永动机的设想虽不违反能量守恒定律，但违背了跟热现象相联系的宏观过程具有方向性的自然规律．造永动机的失败，从反面显示出自然界存在着某种制约着人们的普遍规律：想不付出代价而从自然界中取出可供利用的有效动力是不可能的，人们只能根据各种自然力相互转化的具体条件，付出一定代价而有效地利用自然界提供的各种能源。
3. 热力学第二定律
热力学第二定律的发展史
克劳修斯（1822-1888）曾任德国柏林皇家工学校物理教授
1850年，克劳修斯在卡诺的基础上统一了能量守恒和转化定律与卡诺原理，指出：一个自动运作的机器，不可能把热从低温物体移到高温物体而不发生任何变化，这就是热力学第二定律。
1851年，开尔文又提出：不可能从单一热源取热，使之完全变为有用功而不产生其他影响；或不可能用无生命的机器把物质的任何部分冷至比周围最低温度还低，从而获得机械功。这就是热力学第二定律的“开尔文表述”。
奥斯特瓦尔德则表述为：第二类永动机不可能制造成功。
开尔文（1824-1907）毕业于剑桥大学聘为格拉斯哥大学自然哲学教授长达50年，曾任法国科学院院士，英国皇家学会会长
那么热力学第二定律到底是描述什么物理现象的呢？下面让我们来认识一下它
热力学第二定律
定义
热力学第二定律常见的两种表述：
（1）按热传递的方向性来表述：不可能使热量从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化．（克劳修斯表述）
（2）按机械能与内能转化过程的方向性来表述：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．（开尔文表述）
物理意义
1.两种表述是等价的
可以从一种表述导出另一种表述，两种表述都称为热力学第二定律
2.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都具有方向性。它揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，是成为独立于热力学第一定律的一个重要的自然规律。
1.自然过程的方向性
热传递以及自然界中一切自动发生的宏观现象都是具有方向性的
2. 热机的效率和第二类永动机
热机所做的功与其所吸收的热的比值，用η 表示
η=W/Q
第二类永动机不可能实现
3. 热力学第二定律
热力学第二定律的两种表述
课堂小结
1.下列哪些物理过程具有方向性（ ）
A. 热传导过程
B．机械能与内能的转化过程
C．气体的扩散过程
D．气体向真空中膨胀的过程。
课堂练习
ACD的过程都是自发进行的，所以他们的物理过程是具有方向性的。
ACD
2. 第二类永动机不可以制成，是因为（ ）
A. 违背了能量的守恒定律
B．热量总是从高温物体传递到低温物体
C．机械能不能全部转变为内能
D．内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化
D
第二类永动机失败的原因是违背了热力学第二定律
3.根据热力学第二定律，下列判断正确的是（ ）
A. 电流的能不可能全部变为内能
B．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变为电能
C．热机中，燃气内能不可能全部变为机械能
D．在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温度物体．
BCD
电流的能量可以全部变为内能，所以A对；
燃气的内能有一部分变为内能和光能，所以B对；
热机的工作效率不可能为100%，所以C对；
热力学第二定律，所以D对。
4.热机是一种 的装置，热机做的功和它从热源吸收热量的比值叫做热机的______。
5.能量耗散是从_______ 角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性。
把内能转化为机械能
效率
能量转化
6. 热力学第一定律和热力学第二定律的内容各是什么？
试述热力学第一定律和热力学第二定律的区别与联系．
解：1）略
2）热力学第一定律指出了在任何热力学过程中，能量不会有任何增减或损失，对自然过程也没有限制；而热力学第二定律是解决了哪些过程可以发生。两个定律从不同角度揭示了热力学过程中遵从的规律，既相互独立，又相互补充，共同构成了热力学知识的理论基础
7. 什么是第二类永动机?为什么第二类永动机不可能造成?第一类永动机和第二类永动机各自违反了什么定律？
答：1）能够从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化的热机称为第二类永动机。
2）第二类永动机不可能制成的原因是因为机械能和内能转化过程具有方向性，尽管机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化为机械能，而不引起其他变化。
3）第一类永动机违反了能量守恒定律。第二类永动机违反了执力学第二定律。
8.下列有关温度的说法正确的是（ ）
A．用摄氏温标和热力学温标表示的温度虽数值不同，但温度的间隔相同
B．随着科技的发展，人们总有一天可以使温度达到热力学零度
C．热力学零度是低温的极限
D．热力学第三定律阻止了人们对接近热力学零度低温的获得
AC
解析：用摄氏温标和热力学温标表示的温度虽起点不同，但温度间隔相同，热力学第三定律并没有阻止人们想方法尽可能地接近热力学零度这一低温的极限。
9.一台功率为40马力的拖拉机，工作10小时，烧去柴油80千克，试求这拖拉机的效率(柴油的燃烧值为q=10200卡/克? 1马力=735瓦特)
解析：这台拖拉机功率P=735×40=2.94×104瓦t=3.6×104秒，故拖拉机做功W=Pt=2.94×104×3.6×104=1.058×109J燃烧柴油得到热量Q1=10200×8×4.2×104=3.427×109J.
故效率η=W/Q=31%
10.一种冷暖两用型空调，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。是指标错误还是能量不守恒？
解析：都不是，空调制冷、制热靠压缩机做功，从室内(室外)吸收热量放到室外(室内)。在制热时，放出的热量等于消耗的电能与从室外吸收的热量之和，完全可以大于电能消耗。这既不违背热力学第一定律，也不违背热力学第二定律。
习题解答
1.解：这种说法是对热力学第二定律的片面理解。热力学第二定律的一种表述是：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其它的变化。理解这句话的关键是后半句话：不引起其他的变化。若考虑引起其他变化，则热全部转化为功是有可能发生的。
2.解：自然界中的许多宏观过程都是自行发生的。如气体扩散过程，水在重力作用下从高处向低处流，热量自发的从高温物体向低温物体传递等。
3.解：没有违反热力学第二定律。热力学第二定律指的是：不可能使热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。在酷暑季节，虽然人们把热量传递到高于体温的环境中去了，但却引起了其他的变化，汗液也从身体中蒸发出去了。若没有汗液的蒸发，这种热传递过程是不可能发生的。