2012【优化方案】精品课件：鲁科物理选修3-3第5章第4节

(共31张PPT)
第3节　热力学第二定律
第4节　熵——无序程度的量度
核心要点突破
课堂互动讲练
知能优化训练
第
4
节
课前自主学案
课标定位
学习目标：1.知道与热现象有关的宏观过程具有方向性．
2．了解热机的工作原理．
3．了解热力学第二定律的多种表述．
4．了解熵是反映系统无序程度的物理量及熵增加原理和能量退降．
重点难点：1.热力学第二定律的两种不同表述以及对两种表述的理解．
2．对熵和熵增加原理的理解．
课标定位
课前自主学案
一、自然过程的方向性
1．可逆过程和不可逆过程
(1)可逆过程：系统回到原来的状态，同时消除原来过程对外界的一切影响，则__________过程为可逆过程．
(2)不可逆过程：如果用任何方法都不能使______与_______完全复原，则原来的过程为不可逆过程．
原来的
系统
外界
2．热传导的方向性
温度不同的两个物体接触时，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：热传导具有___________
3．功转变为热的方向性
在焦耳的叶轮搅水实验中，重物下落使水温上升，是___________转化为_______的过程；
高温
低温
低温
高温
方向性．
机械能
内能
与此相反过程，即水温自动降低，产生水流，推动叶片转动，带动重物上升的过程是不可能发生的，尽管它不违背___________________这说明：功转变为热具有_________
4．热转变为功的方向性
(1)热机：消耗_______对外做功的装置．
(2)原理：热机必须工作在两个____________的热源之间，通过工作物质，将从高温热源吸收
热力学第一定律．
方向性．
内能
温度不同
的热量，一部分用来____________，另一部分完全损耗掉，损耗的热量不可能再自动地收集起来．这说明：热转变为功具有__________
5．结论：凡是与热现象有关的宏观过程都具有____________
二、热力学第二定律的表述
1．第一种表述(克劳修斯表述)：不可能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化．
对外做功
方向性．
方向性．
2．第二种表述(开尔文表述)：不可能从___________吸取热量，使之完全变为
__________，而不引起其他变化．
热力学第二定律的这两种表述是____________热现象的宏观过程是_______________
3．第二类永动机
(1)定义：从_____________吸收热量并使之
_________转化为功而不产生其他影响的机器．
单一热源
有用功
等价的．
不可逆的．
单一热源
完全
(2)第二类永动机不可能制成：第二类永动机并不违背热力学____________，但违背了热力学
______________
(3)热力学第二定律的又一种表述：第二类永动机是___________制成的．
三、有序和无序
1．热传导这个过程使无序程度________
第一定律
第二定律．
不可能
增加．
2．机械能转变为内能的过程是大量分子的
__________向____________的转化过程．
3．热力学第二定律的微观本质：一切不可逆过程总是沿着大量分子热运动无序程度_______的方向进行．
四、熵和熵增加原理
1．定义：用来量度系统___________的物理量叫做熵．
有序运动
无序运动
增大
无序程度
2．熵增加原理：在孤立系统中，一切不可逆过程必然朝着__________的方向进行，这就是熵增加原理．
孤立系统是指与外界既没有物质交换也没有
________交换的系统．
五、无处不在的熵
1．熵与能量退降：在熵增加的同时，一切不可逆过程总是使能量逐渐丧失做功的本领，从可利用状态转化为不可利用状态，能量品质退化了，这种现象称为能量退降．
熵增加
能量
2．熵与环境
熵是系统无序程度的量度．随着时代的发展，人们已把它与混乱、污染、生态环境破坏、物质资源浪费等社会问题联系起来．
核心要点突破
一、热力学第二定律的理解
1．克劳修斯表述
“不可能使热量由低温物体传向高温物体而不引起其他变化，”这句话包含以下三层意思：
(1)热量会自发地从高温物体传给低温物体，在传递过程中不会对其他物体产生影响；
(2)如果有其他作用，热量有可能由低温物体传递到高温物体；
(3)如果没有其他作用，热量就不可能由低温物体传递到高温物体．
2．开尔文表述
“不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不引起其他变化”这句话包含以下三层意思：
(1)从单一热源吸收热量，一般来说只有部分转化为机械能，所以第二类永动机是不可能制成的；
(2)机械能转化为内能是自然的，可以全部转化；
(3)如果引起其他变化，可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功．
特别提醒：“不能自发发生”不是不能发生，只是说明这种事件的发生是需要条件的．
二、热力学第二定律与热力学第一定律的关系
1．热力学第一定律揭示了做功和热传递对改变物体内能的规律关系ΔU＝W＋Q，指明内能不但可以转移，而且还能跟其他形式的能相互转化．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．热力学第一定律只有一种表述形式．
2．热力学第二定律揭示了涉及热现象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理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．热力学第二定律有多种表述形式．
3．两定律的关系：热力学第一定律是和热现象有关的物理过程中能量守恒的特殊表达形式，说明功及热量与内能改变的定量关系，而第二定律指出了能量转化与守恒能否实现的条件和过程进行的方向，指出了一切变化过程的自然发展方向不可逆，除非靠外界影响．所以二者相互独立，又相互补充．
三、两类永动机的比较
第一类永动机违背了能的转化与守恒定律．第二类永动机虽然不违背能的转化和守恒定律，但因为机械能和内能的转化过程是具有方向性的，热机工作时从高温热源吸收的热量Q，只有一部分用来做功W，转变为机械能，另一部分热量要排放给低温热源，也就是说，热机在工作过程中必然排出部分热量，热机用于做机械功的热量仅是它从高温热源吸收热量的一部分，绝不会是全部．所以第二类永动机是不可能制成的．
四、对熵和熵增加原理的理解
1．熵是反映系统无序程度的物理量，正如温度反映物体内分子平均动能大小一样，系统越混乱无序程度越大，这个系统的熵就越大．
2．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．
3．对于孤立的热力学系统而言，所发生的是由非平衡态向着平衡态的变化过程，因此，总是朝着熵增加的方向进行．或者说，一个孤立系统的熵永远不会减小．这就是熵增加原理．
4．在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小，如果过程可逆，则熵不变；如果过程不可逆，则熵增加．
特别提醒：熵增加原理的适用对象是孤立系统，如果是非孤立系统，熵有可能减少．
课堂互动讲练
热力学第二定律的理解与应用
下列说法正确的是(　　)
A．物体吸收热量，其温度一定升高
B．热量只能从高温物体向低温物体传递
C．遵守热力学第一定律的过程一定能实现
D．做功和热传递是改变物体内能的两种方式
例1
【思路点拨】　热力学第一定律解决的是内能和其他形式能转化的量值关系，热力学第二定律解决的是能量转化的条件和方向．
【自主解答】　由热力学第一定律可知，做功与热传递可以改变物体的内能，D正确；物体吸收热量时，其内能不一定增大，A错；由热力学第二定律可知，宏观的热现象有方向性，但若通过外界做功，热量也可以从低温物体传到高温物体，B、C错．
【答案】　D
【方法总结】　热力学第一定律可以求解一切与热现象有关的能量转化问题；热力学第二定律用以判断与热现象有关的宏观物理过程的方向性问题．
变式训练1　我们绝不会看到：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来，其原因是
(　　)
A．违反了能量守恒定律
B．在任何条件下内能不可能转化成机械能，只有机械能才能转化成内能
C．机械能和内能的转化过程具有方向性，内能转化成机械能是有条件的
D．以上说法均不正确
解析：选C.违反了热力学第二定律．
熵增加原理的应用
质量相同、温度相同的水，如图5－3－1所示分别处于固态、液态和气态三种状态下，它们的熵的大小有什么关系？为什么？
例2
图5－3－1
【思路点拨】　本题考查物体三种状态的无序程度，三种状态中气体无序程度最大，熵最大．
【精讲精析】　根据大量分子运动对系统无序程度的影响，热力学第二定律又有一种表述：由大量分子组成的系统自发变化时，总是向着无序程度增加的方向发展，至少无序程度不会减少，这也就是说，任何一个系统自发变化时，系统的熵要么增加，要么不变，但不会减少．
质量相同、温度相同的水，可以由固态自发地向液态、气态转化，所以，气态时的熵最大，其次是液态，固态时的熵最小．
【答案】　见精讲精析
【方法总结】　在任何自然过程中， 一个孤立系统的总熵不会减小，如果过程可逆，则熵不变，如果过程不可逆，则熵增加．
变式训练2　关于热力学第二定律的微观意义，下列说法中正确的是(　　)
A．大量分子无规则的热运动能够自发转变为有序运动
B．热传递的自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程
C．热传递的自然过程是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程
D．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
解析：选CD.热传递的过程中热量从温度高的物体向温度低的物体传递，是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化，而不是从有序运动向无序运动状态的转化；大量分子的运动不可能从无序运动自动转为有序运动；自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行．A、B错误，C、D正确．自然过程的方向性是热力学第二定律的本质．
知能优化训练
本部分内容讲解结束
点此进入课件目录
按ESC键退出全屏播放
谢谢使用