沪教版高中物理选修3-3 4.3热力学第二定律_学案1

热力学第二定律

【学习目标】
1．通过自然界中自发过程的方向性得出并理解热力学第二定律
2．能用热力学第二定律解释第二类永动机不能制造成功的原因
3．能用热力学第二定律解释自然界中的能量变化、转移及方向性问题
【学习重点】
理解热传导的方向性及热力学第二定律。
【学习难点】
热力学第二定律的理解
【学习过程】
一、自学探究
自学探究一： 自然过程的方向性
1．热传递的方向性
温度不同的两个物理接触时，热量能够自发地从 物体传到 物体，但不能自发地从 物体传到 物体。这说明：热传递具有 性。
2． 气体的扩散现象具有方向性：两种不同的气体可以 地进入对方，最后成为均匀的混合气体，但这种均匀的混合气体，决不会 地分开而成为两种不同的气体。
3．机械能与内能转化的方向性
通过摩擦、撞击等可将物体的机械能全部转化为 能，但 能不能全部转化为机械能，而不引起其他变化。这说明：机械能与内能的转化具有 性。
4．气体向真空膨胀具有方向性：气体可 地向真空容器膨胀，但决不可能出现气体 地从窗口中流出，容器变为真空。
结论：在自然界中，一切自发过程都是有 性的，是 的，但都不违反能量守恒定律。
自学探究二： 热力学第二定律
1．两种表述
①克劳修斯表述：


②开尔文表述：
此表述也可理解为：不可能把内能全部转化为机械能，而不引起其他变化。
2．理解
①“不引起其它变化”的含义是不借助外界的帮助或不需要消耗其它能量的意思，也就是“不能自发地”的意思。
②两种表述的实质是相同的，克劳修斯表述是从 过程具有方向性的角度描述的，而开尔文表述是从 过程具有方向性的角度描述的。每一种表述都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，即自然界的一切自发过程都具有 性，或自然界的一切与热现象有关的宏观过程都具有 性，都是不可逆的。
3．热力学第二定律的应用
1 什么叫第二类永动机？


②第二类永动机为什么不可能制成？第二类永动机和第一类永动机有什么不同？


③热力学第二定律的又一表述： 不可制成，或热机的效率不可能达到 。
二、合作探究
1．热传递的方向性能否理解为“热量不会从低温物体传给高温物体”？热力学第二定律的开尔文表述能否理解为“不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功”？



2．简述理想热机的工作原理及其效率的计算公式？





【达标检测】
1．下列说法中正确的是( )
A．一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性
B．一切不违背能量守恒定律的物理过程都是可以实现的
C．热量是可以从低温物体传到高温物体的
D．一切物理过程都不可能自发地进行
2．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
3．下列过程中，可能发生的是 ( )
A．某工作物质从高温热源吸收20 kJ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溢进去，恢复原状
C．利用其他手段，使低温物体温度更低，高温物体的温度更高
D．将两瓶不同液体混合，然后它们又自发地各自分开
4．下列哪些现象能够发生，并且不违背热力学第二定律 ( )
A．一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热
B．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能
C机械能可以全部转化为内能，热量也可能全部转化为机械能
D．电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体
5．如图所示为电冰箱工作原理示意图。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 ( )
A．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二定律