1、高考资源网（） 您身边的高考专家课时10.4热力学第二定律1.能判断涉及热现象的宏观过程是具有方向性的。2.知道并理解热力学第二定律的两种经典表述。3.形成关于宏观热现象都具有不可逆性的概念。4.认识到热力学第一定律与热力学第二定律具有同样重要的意义。重点难点:对热力学第二定律内容的理解。对热力学第二定律的两种表述的理解,用热传导过程的方向性解释第二类永动机不可能制成的原因。教学建议:热力学第二定律的两种表述实质上是通过大量实例归纳出来的,因此教学过程中要利用好学生熟悉的热学现象和曾经接触过的物理模型。教学中应引导学生积极主动地发表个人的看法,这对达成教学目标起到推进作用。教学中利用流程图形象
2、地将能量转化与守恒的特征与转化的方向性特征表示出来,归纳出其中共同的特征:过程的不可逆性。然后就其中的热传导与功热转化两个过程具体分析,归纳出热力学第二定律的两种经典表述。由于任何一类宏观自发的热学过程都可以作为热力学第二定律的表述,让学生尝试从多角度描述热力学第二定律,有效地帮助学生建构比较完整的宏观热学规律体系。导入新课:覆水难收;君不见黄河之水天上来,奔流到海不复回;体会水流的不可逆性,大家是否发现一些事件的发展过程也具有方向性、不可逆性?1.热力学第二定律的一种表述(1)可逆与不可逆过程(热传导的方向性):热量可以自发地由高温物体向低温物体进行传递,但相反方向却不能自发地进行,即热传导
3、具有方向性,是一个不可逆过程。(2)热力学第二定律的一种表述(克劳修斯表述):热量不能自发地从低温物体传递到高温物体。2.热力学第二定律的另一种表述(1)开尔文表述:不可能从单一热库吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响。(2)热力学第二定律的其他描述:一切宏观自然过程的进行都具有方向性;气体向真空的自由膨胀是不可逆的。1.覆水难收;破镜难圆;水从高山流到河谷,不可能自己再返回高处;一滴墨水滴入一杯清水,会均匀地扩散开来,不可能再自动地凝成一滴墨水这些现象说明什么道理?解答:自然界的宏观过程不可能自动地逆向进行。要使它们逆向进行,就必须由外界对它们施加作用。2.在外力作用下,一个在水平地面
4、上运动的物体,当撤去外力后,会出现什么现象? 在这个过程中,能量是如何转化的?物体的内能会自发地转化成机械能,从而让物体运动吗?解答:物体运动的速度越来越小,最后停下。由于摩擦力阻碍物体相对于地面的运动,物体在运动过程中,它要克服摩擦力做功,所以最后会停下来。在此过程中,物体的动能转化为内能。物体的内能不能自发地转化成机械能。在有外界帮助或引起其他变化的情况下内能可以转化为机械能。3.电冰箱在工作时,是从冰箱内低温物体吸热,然后释放到冰箱外部高温空间。这一过程是自发进行的吗?热力学第二定律反映了什么样的规律?解答:不是。热力学第二定律反映了自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。4.判
5、断下列说法是否正确。(1)第二类永动机违反了能量守恒定律。(2)只要对内燃机不断改进,就可以将内燃机得到的全部内能转化为机械能。(3)热力学第二定律表明,所有的物理过程都具有方向性。解答:(1)第二类永动机违反热力学第二定律,并不是违反能量守恒定律,(1)错。(2)任何热机都不可能使燃料释放的热量完全转化为机械能,即热机效率总低于100%,(2)错。(3)热力学第二定律指出了所有与热现象有关的宏观物理过程都具有方向性,并不是所有的物理过程都具有方向性,(3)错。主题1:热力学第二定律的两种表述(重点探究)问题:阅读课本相关内容,回答下面的问题。(1)两个温度不同的物体互相接触时,将会出现什么现
6、象?(2)上述过程中热量是自发地从高温物体传给低温物体的,我们所说的“自发地”指的是没有任何的外界影响或者帮助。那么,同学们见过热量从低温物体传给高温物体的实例吗?(3)热传递的方向性能否简单理解为“热量不会从低温物体传给高温物体”?(4)热力学第二定律存在克劳修斯表述和开尔文表述,这两种表述的不同点和共同点是什么?解答:(1)两个温度不同的物体互相接触时,热量将从高温物体传给低温物体,使高温物体温度降低,低温物体温度升高。(2)电冰箱能够把热量从低温物体传给高温物体,在该过程中电冰箱要消耗电能,一旦切断电源,电冰箱就不能把其内部的热量传给外界的空气了,相反,外界的热量会自发地传给电冰箱,使其
7、温度逐渐升高。(3)不能。“自发地”是指没有第三者影响,例如,空调、冰箱等制冷机就是把热量从低温物体传到了高温物体,但是也产生了影响,即外界做了功。(4)克劳修斯表述阐述了热传递过程的方向性,开尔文表述阐述了机械能与内能转化的方向性。两种表述是等价的,可以从其中一种表述推导出另一种表述,两种表述都说明自发的宏观热现象具有方向性。知识链接: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,以及热量从低温热源传到高温热源以外,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消除。主题2:热机和第二类永动机问题:阅读课本相关内容,回答下列问题。(1)汽车发动机工作时,汽缸(
8、燃烧室)是它的高温热库,低温热库在哪里?(2)我们假想:发明一种热机,并用来对物体做功,将内能全部转化为动能,而不引起其他变化,这是否可能?(3)第二类永动机为什么不可能制成?解答:(1)汽车发动机工作时低温热库就是汽缸外界空间中的大气。(2)热机不能把它得到的内能全部转化为机械能,因为热机必须有热源和冷凝器。热机工作时,总要向冷凝器放热,不可避免地要由工作物质带走一部分热量Q,即使是理想热机,没有摩擦,也没有漏气等能量损失,它也不可能把吸收的热量百分之百地转化为机械能,总要有一部分热量散发到冷凝器中。(3)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
9、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。知识链接:尽管机械能可以全部转化为内能,但内能却不能全部转化成机械能而不引起其他变化;机械能和内能的转化过程具有方向性。1.(考查热力学第一定律和热力学第二定律的关系)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.内能可以全部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
10、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【解析】热力学第一定律与热力学第二定律分别从内能可以与其他形式的能相互转化和能量转化的方向性两个角度指出内能与其他形式的能相互转化过程中遵循的规律,这两条定律并不矛盾,A、C错误,B项正确。能量守恒定律已经包含了热力学第一定律,但并未指出能量转化的方向性,所以D错误。【答案】B【点评】热力学第一定律是能量守恒在热现象中的体现,而热力学第二定律则指出所有与热现象有关的宏观物理过程都具有方向性,二者并不矛盾。2.(考查对宏观自然过程方向性的理解)下列物理过程具有方向性的是()。A.热传导过程B.机械能
11、和内能的转化过程C.气体的扩散过程D.气体向真空中膨胀的过程【答案】ABCD【点评】自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。3.(考查对热传导方向性的理解)关于热传导的方向性,下列说法正确的是()。A.热量只能从高温物体传给低温物体B.热量能自发地从低温物体传给高温物体C.在一定条件下,热量也可以从低温物体传给高温物体D.热量一定不能从低温物体传给高温物体【解析】热量不能自发地从低温物体传给高温物体,但在外界作用下可以从低温物体传给高温物体,如空调、冰箱制冷,所以C正确。【答案】C【点评】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”。4
12、.(考查对热力学第二定律的综合理解)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.热量不可能从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】热力学第二定律反映了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,关键是会不会产生其他影响,B错;气体扩散过程具有方向性,C对。【答案】C【点评】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。拓展一:热力学第二定律理解中的几个问题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,
13、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【分析】解答此题时应注意以下三点:(1)注意热力学第二定律的克劳修斯及开尔文表述的完整性,不能断章取义。(2)热力学第一定律与热力学第二定律的区别与联系。(3)内能改变的两种方式。【解析】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
14、量守恒的过程未必能自发地进行,与热现象有关的任何物理过程一定满足热力学第二定律,C错;由热力学第一定律U=W+Q可知,W0,U不一定大于0,即内能不一定增加,D错。【答案】A【点拨】理解热力学第二定律的方法:(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。拓展二:热力学第一、第二定律的比较两类
15、永动机的比较2.关于两类永动机和热力学的两个规律,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量从低温物体传向高温物体是可能的,从单一热库吸收热量,完全用来做功也是可能的【分析】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。【解析】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W0,Q0,但U=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。【答案】D【点拨】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。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。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。热力学第二定律- 5 - 版权所有高考资源网
