1、第3节宏观过程的方向性第4节热力学第二定律第5节初识熵1.了解自然界中热传导方向性的实例2.了解热力学第二定律的两种不同的表述，以及这两种表述的物理实质，并注意对热力学第二定律的理解和运用3.知道熵的概念，了解熵增原理，能用熵增原理认识自然界中能量转化的方向性一、宏观过程的方向性1自然过程的方向性(1)热传递的方向性：两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，而低温物体不可能自发地将热量传给高温物体(2)扩散现象的方向性：两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为均匀的混合气体气体的自由膨胀也是一种扩散现象，同样具有方向性(3)机械能与内能转化的方向性(4)其他过程的方
2、向性：如燃烧过程、爆炸过程等都具有方向性2不可逆过程：某过程只沿某个方向发生，而不可能在没有外界影响(或不产生其他影响)的情况下沿相反方向发生这些过程我们称之为不可逆过程二、热力学第二定律1热力学第二定律的克劳修斯表述：不可能把热量从低温物体传递到高温物体而不产生其他影响2热力学第二定律的开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量使之全部变为有用的功而不产生其他影响.三、初识熵1熵的概念：表示系统的无序性程度无序性大，熵大；无序性小，熵小2对熵的进一步认识(1)熵是系统无序度的量度(2)熵是不可逆过程的共同判据(3)熵是系统状态的函数3熵增原理：孤立系统的熵总是增加的，或者孤立系统的熵总不减少对热力
3、学第二定律的理解及应用 热力学第二定律理解中的几个问题(1)单一热源：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、高温物体得到相同的热量外，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，而是此过程的完成不产生其他影响的自发热传递是不可能的(3)关于“不可
4、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(多选)根据热力学第二定律可知，下列说法中正确的是()A不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化B没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机是可以实现的
5、C制冷系统将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气中，而不引起其他变化D不可能把热量从低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化解析热力学第二定律揭示了与热现象有关的物理过程的方向性，机械能和内能的转化过程具有方向性，机械能可以全部转化为内能，而内能要全部转化为机械能必须借助外部的帮助，即会引起其他变化，A选项正确，B选项错误；热传递过程也具有方向性，热量能自发地从高温物体传到低温物体，但是热量要从低温物体传到高温物体，必然要引起其他变化(外界对系统做功)，故C选项错误，D选项正确答案AD理解热力学第二定律的方法(1)理解热力学第二定律的实质，即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
6、解的关键在于“自发”和“不引起其他变化”(2)还要正确理解哪些过程不会达到(100%的转化而不产生其他影响) 1.下列说法中正确的是( )A第二类永动机是不可能制成的，因为它违反了能量守恒定律B热量不可能由低温物体传给高温物体C气体的自发扩散过程具有方向性D实际的宏观过程都会自发地往熵逐渐减少的方向进行解析：选C.第二类永动机是不可能制成的，它不违反能量守恒定律，但是违反了热力学第二定律，选项A错误；热量也可能由低温物体传给高温物体，但要引起其他的变化，选项B错误；根据热力学第二定律可知，气体的自发扩散过程具有方向性，选项C正确；实际的宏观过程都会自发地往熵逐渐增大的方向进行，故D错误熵增原理
7、“熵”是什么？“熵”是德国物理学家克劳修斯在1850年创造的一个术语，他用熵来表示任何一种能量在空间分布的均匀程度能量分布得越均匀，熵就越大如果对于我们所考虑的那个系统来说，能量完全均匀地分布，那么这个系统的熵就达到最大值简单地说，“熵”就是微观粒子的无序程度、能量差别的消除程度在克劳修斯看来，在一个封闭的系统中，运动总是从有序到无序发展的比如，把一块冰糖放入水中，结果整杯水都甜了这就是说，糖分子的运动扩展到了整杯水中，它们的运动变得更加无序了对于一个封闭的系统，能量差也总是倾向于消除的比如，有水位差的两个水库，如果把它们连接起来，那么，重力就会使一个水库的水面降低，而使另一个水库的水面升高，
8、直到两个水库的水面相等，势能取平为止克劳修斯总结说，自然界中的一个普遍规律是：运动总是从有序到无序，能量的差异总是倾向变平均等，也即“熵将随着时间而增大”(1)由熵的定义可知，熵较大的宏观状态就是无序程度较大的宏观状态，也就是出现概率较大的宏观状态在自然过程中熵总是增加的，其原因并非因为有序是不可能的，而是因为通向无序的渠道要比通向有序的渠道多得多把事情搞得乱糟糟的方式要比把事情做得整整齐齐的方式多得多(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如果过程可逆，则熵不变；
9、如果过程不可逆，则熵增加根据你对熵增原理的理解，举出一些系统从有序变为无序的例子解析根据熵增原理，自然界的一切自发的过程总是朝着熵增加的方向进行，而熵是描述系统无序程度的物理量熵越大，无序程度越高，所以，熵的增加就意味着系统无序程度的增加，即从有序向无序的方向转化答案举例：燃料的燃烧；气体的扩散；破镜不能复原；覆水难收；一切生命体从生到亡等一切自发的不可逆的过程都是从有序到无序 2.下面关于熵的有关说法错误的是()A熵是系统内分子运动无序性的量度B在自然过程中熵总是增加的C热力学第二定律也叫做熵减小原理D熵值越大代表着越无序解析：选C.如果过程是可逆的，则熵不变，如果不可逆，则熵是增加的，而且
10、一切自然过程都是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行随堂检测1(多选)关于热传递的方向性，下列说法正确的是()A热量能自发地由高温物体传给低温物体B热量能自发地由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热量一定不可能从低温物体传给高温物体解析：选AC.在有外力做功情况下，热量可以从低温物体传递给高温物体，而热量能自发地从高温物体传给低温物体，故A、C选项正确2(多选)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
11、温物体解析：选BCD.根据热力学第二定律可知，凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，电流的能可全部变为内能(由焦耳定律可知)，而内能不可能全部变成电流的能而不产生其他影响机械能可全部变为内能，而内能不可能全部变成机械能而不产生其他影响在热传导中，热量只能自发地从高温物体传递给低温物体，而不能自发地从低温物体传递给高温物体3(多选)电冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气，这说明了()A热量能自发地从低温物体传给高温物体B在一定条件下，热量可以从低温物体传给高温物体C热量的传导过程不具有方向性D在自发的条件下热量的传导过程具有方向性解析：选BD.一切自发过程都有方向性，如
12、热传导，热量总是由高温物体自发地传向低温物体；又如扩散，气体总是自发地由密度大的地方向密度小的地方扩散如果在外界帮助下气体可以由密度小的地方向密度大的地方扩散，热量可以从低温物体传向高温物体，电冰箱就是借助外界做功把热量从低温物体冷冻食品传向高温物体周围的大气所以在回答热力学过程的方向性问题时，要区分是自发过程还是非自发过程，电冰箱内热量传递的过程是有外界参与的4(多选)对于孤立体系中发生的实际过程，下列说法中正确的是()A系统的总熵只能增大，不可能减小B系统的总熵可能增大，可能不变，还可能减小C系统逐渐从比较有序的状态向更加无序的状态发展D系统逐渐从比较无序的状态向更加有序的状态发展解析：选
13、AC.在孤立体系中发生的实际过程，其系统的总熵是增加的，它不可能减小，故A正确，B错误根据熵增原理，该系统只能是从比较有序的状态向更无序的状态发展，故C正确，D错误5关于热力学定律，下列说法正确的是_A气体吸热后温度一定升高B对气体做功可以改变其内能C理想气体等压膨胀过程一定放热D热量不可能自发地从低温物体传到高温物体E如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡解析：根据热力学第一定律，气体吸热的同时若对外做功，则内能不一定增大，温度不一定升高，选项A错误对气体做功可以改变其内能，选项B正确理想气体等压膨胀过程，对外做功，由理想气体状态方程可知，气
14、体温度升高，内能增大，故气体一定吸热，选项C错误根据热力学第二定律，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，选项D正确根据热平衡定律，如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡，选项E正确答案：BDE6热力学第二定律常见的表述有两种：第一种表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体；第二种表述：不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响图甲是根据热力学第二定律的第一种表述画出的示意图：外界对制冷机做功，使热量从低温物体传递到高温物体请你根据第二种表述完成示意图乙根据你的理解，热力学第二定律的实质是什么？ 答案：如图所示 一切与热现象
15、有关的宏观过程均具有方向性课时作业一、单项选择题1热传递的方向性是指()A热量只能从高温物体传到低温物体，而不能从低温物体传到高温物体B热量只能从低温物体传到高温物体，而不能从高温物体传递到低温物体C热量既能从高温物体传到低温物体，又可以从低温物体传递到高温物体D热量会自发地从高温物体传递到低温物体，而不会自发地从低温物体传递到高温物体解析：选D.热力学第二定律告诉我们：热量不能自发地从低温物体传到高温物体，当提供能量让热机工作时，热量是可以从低温物体传到高温物体的，故能说明热传导具有方向性的事实，必须是自发的热传导现象，D选项正确2关于热力学第二定律，下列说法正确的是()A热力学第二定律是通
16、过实验总结出来的实验定律B热力学第二定律是通过大量自然现象的不可逆性总结出来的经验定律C热力学第二定律是物理学家从理论推导得出来的结果D由于热力学第二定律没有理论和实验的依据，因此没有实际意义解析：选B.热力学第二定律是物理学家通过对大量自然现象的分析，又总结了生产和生活经验得到的结论，是一个经验定律，它并不能通过理论和实验来证明，但它符合客观事实，因此是正确的，它揭示了宏观过程的方向性，使人们认识到第二类永动机不可能制成，对我们认识自然和利用自然有着重要的指导意义3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
17、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：选B.热力学第一定律和热力学第二定律并不矛盾，对于机械能和内能的转化所具有的方向性也是存在的，故B选项正确4已知一个系统的两个宏观态甲、乙，及对应微观态的个数分别为较少、较多，则下列关于对两个宏观态的描述及过程自发的可能方向的说法中正确的是()A甲比较有序，乙比较无序，甲乙B甲比较无序，乙比较有序，甲乙C甲比较有序，乙比较无序，乙甲D
18、甲比较无序，乙比较有序，乙甲解析：选A.一个宏观态对应微观态的多少标志了宏观态的无序程度，从中还可以推知系统自发的方向，微观态数目越多，表示越无序，一切自然过程总沿着无序性增大的方向进行，A对，B、C、D错5密闭隔热的房间内有一电冰箱，现接通电源使电冰箱开始工作，并打开电冰箱的门，则过段时间后室内的温度将()A降低B不变C升高 D无法判断解析：选C.电冰箱制冷过程中，使冰箱内的温度降低的同时，又使其外部温度升高(使冰箱内部内能转移到外部)，此过程不可能自发发生，必又消耗电能，此部分电能最终也转变为内能，因此从总能量的角度看，内能增加，室内温度上升二、多项选择题6以下说法正确的是()A满足能量守
19、恒定律的宏观过程都是可以自发进行的B熵是物体内分子运动无序程度的量度C若容器中用活塞封闭着刚好饱和的一些水汽，当保持温度不变向下缓慢压活塞时，水汽的质量减少，密度不变D当分子间距离增大时，分子间引力增大，而分子间斥力减小解析：选BC.自然界中与热现象有关的宏观过程都具有方向性，故A错误；熵是物体内分子运动无序程度的量度，B正确；向下压缩时气体温度不变，饱和汽压值不变，密度不变，体积减小则水汽的质量变小，C正确；分子间的引力和斥力都随着分子间距离的增大而减小，D错误7.如图所示为电冰箱的工作原理图，压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环，那么，下列说法中正确的是()A在冰箱内的管道中
20、，制冷剂迅速膨胀并吸收热量B在冰箱外的管道中，制冷剂迅速膨胀并放出热量C在冰箱内的管道中，制冷剂被剧烈压缩并吸收热量D在冰箱外的管道中，制冷剂被剧烈压缩并放出热量解析：选AD.电冰箱的作用是把热量从温度较低的冰箱内部搬运到温度较高的外部，所以在电冰箱内部的管道内制冷剂应迅速膨胀吸热，在外部的管道内会被剧烈压缩而放热8根据热力学定律和分子动理论，可知下列说法正确的是()A可以利用高科技手段，将流散到环境中的内能重新收集起来加以利用而不引起其他变化B理想气体状态变化时，温度升高，气体分子的平均动能增大，气体的压强可能减小C布朗运动是液体分子的运动，温度越高布朗运动越剧烈D利用浅层海水和深层海水之间
21、的温度差可以制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，这在原理上是可行的解析：选BD.根据热力学第二定律知机械能可以完全转化为内能，而内能向机械能的转化是有条件的，A项错误温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子平均动能越大，而气体压强大小宏观上取决于气体的温度与体积，温度升高，若体积增大，气体的压强可能减小，B项正确布朗运动是布朗颗粒的运动而非液体分子的运动，但它反映了液体分子运动的无规则性，温度越高，布朗运动越显著，C项错误利用浅层海水和深层海水之间的温度差可以制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，理论上满足热力学第一、第二定律，这在原理上是可行的，D项正确三、非选择题9成语“
22、覆水难收”指的是一盆水泼出后是不可能再回到盆中的请从不同宏观态所对应的微观态数目不同这个角度，解释为什么水不会自发地聚到盆中解析：由于盆的形状确定，水在盆中所处的宏观态对应的微观态数目少，较为有序当把水泼出后，它的形状不受盆的限制，各种可能的形状都有，此时所处的宏观态对应的微观态数目将变得非常多，较为无序因为自发的过程总是从有序向着无序发展，所以水不会自发地聚到盆中答案：见解析10用两种不同的金属丝组成一个回路，接触点1插在热水中，接触点2插在冷水中，如图所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象这一实验是否违反热力学第二定律？热水和冷水的温度是否会发生变化？简述这一过程中能的转化情况解析：温差发电现象中产生了电能是因为热水中的内能减少，一部分转化为电能，一部分传递给冷水，不违反热力学第二定律答案：不违反热水温度降低，冷水温度升高一部分内能转化为电能