1、1 新情境激趣引航覆水难收君不见黄河之水天上来奔流到海不复回大家是否发现一些事件的发展过程具有方向性、不可逆性？2 新知识预习探索学习目标1.通过自然界中热传导方向性的实例，了解热力学第二定律，并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2.能用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移及方向性问题3.尝试运用热力学第二定律解决一些实际问题.新知预习一、热力学第二定律的克劳修斯表述1热传导的方向性：一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的2热力学第二定律的克劳修斯表述：德国物理学家克劳修斯在1850 年提出：热量不能自发地从低温物体传到高温物体热力学第二定律的克劳修斯表述，阐述的是
2、传热的方向性。二、热力学第二定律的开尔文表述1热机：(1)热机工作的两个阶段：第一个阶段是燃烧燃料，把燃料中的化学能变成工作物质的内能第二个阶段是工作物质对外做功，把自己的内能变成机械能(2)热机的效率：热机输出的机械能 W 与燃料产生的热量 Q 的比值用公式表示为 WQ.2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(该表述阐述了机械能与内能转化的方向性)3热力学第二定律的其他描述：(1)一切宏观自然过程的进行都具有方向性(2)气体向真空的自由膨胀是不可逆的(3)第二类永动机是不可能制成的4第二类永动机：(1)定义：只从单一热库吸收热量，使之完全变为功而不引起其他变
3、化的热机(2)第二类永动机不可能制成的原因：虽然第二类永动机不违反能量守恒定律，但大量的事实证明，在任何情况下，热机都不可能只有一个热库，热机要不断地把吸取的热量变为有用的功，就不可避免地将一部分热量传给低温热库问题探索想一想问题 1 温度不同的两个物体接触时，热量会从低温物体传给高温物体吗？提示 会。温度不同的两个物体接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，要使热量从低温物体传给高温物体，必须借助其他帮助，如电冰箱的工作。问题 2 汽车发动机工作时，气缸(燃烧室)是它的高温热库，低温热库在哪里？提示 汽车发动机工作时低温热库就是气缸外界的大气。3 新课堂互动探究 知识点一 热力学第二定律
4、的理解重点聚焦1单一热库：指温度均匀并且恒定不变的系统若一系统各部分温度不相同或者温度不稳定，则构成机器的工作物质可以在不同温度的两部分之间工作，从而可以对外做功据报道，有些国家已在研究利用海水上下温度不同来发电2其他影响：指除了从单一热库吸收的热量，以及所做的功以外的其他一切影响；或者除了从低温物体吸收热量、高温物体得到热量外，其他一切影响和变化不是不能从单一热库吸收热量而对外做功，而是这样做功的过程中，一定伴随着其他变化或影响同样，也不是热量不能从低温物体传到高温物体，而是指不产生其他影响的自发热传递是不可能的3关于“不可能”：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
5、功，以及热量从低温热库传到高温热库以外，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加以消除4适用条件：只能适用于由很大数目分子所构成的系统及有限范围内的宏观过程，而不适用于少量的微观体系，也不能把它扩展到无限的宇宙5两种表述是等价的：两种表述都揭示了热现象宏观过程的方向性两种表述可以相互推导如果克劳修斯表述不成立，则开尔文表述也不成立典例精析 根据热力学第二定律，可知下列说法中正确的是()A热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体B热量能够从高温物体传到低温物体，也可能从低温物体传到高温物体C机械能可以全部转化为内能，但热量不可能全部转化为机械能D机械能可以
6、全部转化为内能，热量也可能全部转化为机械能【解析】根据热传递规律可知热量不可能自发地从低温物体传到高温物体但在一定条件下，热量也可以从低温物体传到高温物体，例如电冰箱等就是这样的装置因此选项 B 正确，A 错误机械能可以全部转化为内能，在一定条件下，热量也可以全部转化为机械能例如气体的等温膨胀，就是将吸收来的热量全部用来对外做功，但是它引起了一定的变化，那就是气体膨胀了，要使气体回到原来状态，就必须对气体做功，因此选项 D 正确，C 错误【答案】BD【方法归纳】自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性如果若引起其他变化或者在一定条件下，热量可以从低温传到高温，内能也可以转化为机械能跟踪练
7、习1根据热力学第二定律，下列判断不正确的是()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在传热中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体【解析】凡是与热现象有关的宏观热现象都具有方向性无论采用任何设备和手段进行能量转化，总是遵循“机械能可全部转化为内能，而内能不能全部转化为机械能”，故 A 正确；火力发电机发电时，能量转化的过程为内能机械能电能，因为内能机械能的转化过程中会对外放出热量，故燃气的内能必然不能全部变为电能，C正确；热量从低温物体传递到高温物体不能自发进行，必须借助外界的帮助，结果会带来其他影响，这正是热力学第二
8、定律第一种(克氏)表述的主要思想，故 D 正确；由电流热效应中的焦耳定律可知，电流的能可以全部转化为内能，故 B 错误【答案】B知识点二热力学第一、第二定律的比较及两类永动机的比较重点聚焦(1)热力学第二定律与热力学第一定律的比较 规律区别联系 热力学第一定律热力学第二定律区别热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的表现，否定了创造能量和消灭能量的可能性，从而否定了第一类永动机热力学第二定律是关于在有限空间和时间内，一切和热现象有关的物理过程、化学过程具有不可逆性的经验总结，从而否定了第二类永动机联系两定律都是热力学基本定律，分别从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律，二者相互独立
9、，又相互补充，都是热力学的理论基础.(2)两类永动机的比较分类第一类永动机第二类永动机设计要求不消耗任何能量，可以不断做功(或只给予很小的能量启动后，可以永远运动下去)将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化(或只有一个热源，实现内能与机械能的转化)特 别 提 醒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，又相互补充典例精析 关于永动机和热力学定律的讨论，下列叙述正确的是()A第二类永动机违反能量守恒定律B
10、如果物体从外界吸收了热量，则物体的内能一定增加C外界对物体做功，则物体的内能一定增加D做功和热传递都可以改变物体的内能，但从能量转化或转移的观点来看这两种改变方式是有区别的【解析】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，故 A 错据热力学第一定律 UQW 知内能的变化由做功 W 和传热 Q 两个方面共同决定，只知道做功情况或只知道传热情况无法确定内能的变化情况，故 B、C 项错误；做功和传热都可改变物体内能但做功是不同形式能的转化，而传热是同种形式能间的转移，这两种方式是有区别的，故 D 正确【答案】D【方法归纳】热力学第一定律说明了内能变化的决定因素和计算方法第二定律说明了热
11、现象的方向性，要正确理解它们的确切含义跟踪练习2关于两类永动机和热力学两个规律，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，但同时做功和传热一定会改变内能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，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的【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 UWQ 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
12、化是不可能的，D 对【答案】D4 新思维随堂自测1.下列说法不正确的是()A热量能自发地从高温物体传给低温物体B热量不能从低温物体传到高温物体C传热是有方向性的D气体向真空中膨胀的过程是有方向性的【解析】如果是自发的过程，热量只能从高温物体传向低温物体，但这并不是说热量不能从低温物体传向高温物体，只是不能自发地进行，在外界条件的帮助下，热量也能从低温物体传到高温物体，选项 A、C 正确，B 错误；气体向真空中膨胀的过程是不可逆的，具有方向性的，D 正确【答案】B2下列说法中不正确的是()A第一类永动机不可能制成，因为它违背了能量守恒定律B第二类永动机不可能制成，因为它违背了能量守恒定律C热力学
13、第一定律和热力学第二定律是相互独立的D热力学第二定律的两种表述是等效的【解析】第一类永动机违背了能量守恒定律，第二类永动机违背了大量分子宏观过程的方向性，A 正确，B 错误；热力学第一定律与第二定律相辅相成，互相独立，C 正确；热力学第二定律的两种表述是等效的，D 正确【答案】B3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，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
14、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的进行D外界对物体做功，物体的内能必然增加【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；满足能量守恒的过程未必能自发进行，任何过程一定满足热力学第二定律，C 错；由热力学第一定律 UWQ可知，W0，U 不一定大于 0，即内能不一定增加，D 错【答案】A4下列宏观过程不能用热力学第二定律解释的是()A大米和小米混合后小米能自发地填充到大米空隙中而经过一段时间大米、小米不会自动分开B将一滴红墨水滴入一杯清水中，会均匀扩散到整杯水中，经过一段时间，墨水和清水不会自动分开C冬季的夜晚，放在室外的物体
15、随气温的降低，不会由内能自发地转化为机械能而动起来D随着节能减排措施的不断完善，最终仍不会使汽车热机的效率达到 100%【解析】热力学第二定律反映的是与热现象有关的宏观过程的方向性的规律，A 不属于热现象，A 错；由热力学第二定律可知 B、C、D 正确【答案】A5(多选)关于热机的效率，下列说法正确的是()A有可能达到 80%B有可能达到 100%C有可能超过 80%D一定能达到 100%【解析】由热力学第二定律可知热机的效率不可能达到 100%，故 A、C 选项正确【答案】AC5 新视点名师讲座对热力学第二定律的两种表述是等价的证明两种表述是等价的，即一个说法是正确的，另一个说法必然也是正确
16、的；如一个说法是错误的，另一个说法必然也是不成立的下面给出证明设表述一不成立，如图所示，低温热源 T2 可以自发地向高温热源T1 传递热量 Q2.那么，我们可在高温热源 T1 和低温热源 T2 之间设置一热机，使它从高温热源吸收热量 Q1，对外做功 W，并把热量 Q2 传递给低温热源当这一过程完成之时，低温热源由于吸热和放热相等，没有引起其他变化高温热源放出热量 Q1 大于吸收热量 Q2，热机对外做功 WQ1Q2，相当于高温热源放出的热量全部用来对外做功，且没有引起其他变化，也就是说单一热源所放出的热量全部用来做功这显然是违反表述二的即凡违反表述一的说法，必然违反表述二反之，也可以证明，凡违反
17、表述二的，也必然违反表述一 关于热力学定律，下列说法正确的是_A为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量B对某物体做功，必定会使该物体的内能增加C可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功D不可能使热量从低温物体传向高温物体E功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程【解析】做功和热传递都可以改变物体的内能，A 正确；由热力学第一定律可知对某物体做功，物体的内能可能增加、不变或减小，B 错误；由热力学第二定律可知，通过外界作用可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功，可以使热量从低温物体传向高温物体，C 正确，D 错误；所有的实际宏观热过程都是不可逆过程，E 正确【答案】ACE【失分警示】对热力学第二定律的两种表述要牢固掌握，对第二种表述如果记混，容易漏选 C.