高中物理第十章热力学定律第4节热力学第二定律导学案新人教版选修3_3

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1、4　热力学第二定律内容要求热力学第二定律通过自然界中热传导的方向性等实例，初步了解热力学第二定律，知道热力学第二定律的两种不同表述及实质，能运用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移以及方向性问题。第二类永动机了解什么是第二类永动机，能用热力学第二定律解释第二类永动机不能制成的原因。有人提出这样一种设想，发明一种热机，用它把物体与地面摩擦所产生的热量都吸收过来并对物体做功，将内能全部转化为动能，使因摩擦停止运动的物体在地面上重新运动起来，而不引起其他变化。这是一个非常诱人的设想，并且这种设想并不违背能量守恒定律，如果真能造出这样的热机，“能源问题”也就解决了。同学们想

2、一下，这样的热机能制成吗？为什么？提示：不能制成，因为它违背了热力学第二定律。一、热传导的方向性1．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，这说明热传导的过程具有____性。2．无数事实告诉我们，一切与热现象有关的宏观自然过程都是______的。思考1：结合电冰箱的工作情况想一下，热传导的方向性是否说明“热量不能从低温物体传给高温物体”？二、热力学第二定律1．定义：在物理学中，反映宏观自然过程的______的定律就是热力学第二定律。2．表述(1)克劳修斯表述：热量不能______从低温物体传到高温物

3、体。(该表述阐述的是传热的______)(2)开尔文表述：不可能从单一热库________，使之完全变成____，而不产生其他影响。(该表述阐述的是机械能与内能转化的______)(3)其他表述：对任何一类宏观自然过程进行____的说明，都可以作为热力学第二定律的表述。例如，热力学第二定律可以表述为：气体向真空的自由膨胀是______的。三、热机和第二类永动机1．热机(1)热机工作的两个阶段第一个阶段是________，把燃料中的____能变成工作物质的____。第二个阶段是工作物质________，把自己的____能变成____能。(2)热机的效率热机输出的______

4、____与燃料产生的热量Q的比值叫做热机的效率，用公式可表述为η＝__________。2．第二类永动机(1)定义：只从单一热库吸收热量，并使之完全变成有用功而不产生________的热机。(2)第二类永动机不可制成的原因：违背了__________定律。思考2：如果随着科技的不断发展，能够使热机没有漏气，没有摩擦，也没有机体热量损失，是不是能使热机的效率达到100%?答案：一、1.高温　低温　低温　高温　方向2．不可逆思考1提示：不能，这是因为热量能从低温物体传向高温物体，只不过不能自发进行，而是需要外界帮助。二、1.方向性2．(1)自发地　方向性　(2)吸收热量　功　

5、方向性　(3)方向　不可逆三、1.(1)燃烧燃料　化学　内能　对外做功　内　机械　(2)机械功W　2．(1)其他影响　(2)热力学第二思考2提示：不能，这是因为由热力学第二定律可知热机的工作物质吸收的热量不能完全用来对外做功。一、对热力学第二定律的理解1．在热力学第二定律的表述中，“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助。“不产生其他影响”的涵义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响。如吸热、放热、做功等。2．热力学第二定律的实质热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，进而使人

6、们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。3．对热力学第二定律的两种表述等价性的证明两种表述是等价的，即一个说法是正确的，另一个说法也必然是正确的；如一个说法是错误的，另一个说法必然是不成立的。下面给出证明：设表述(1)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W＝Q1－Q2，相当于高温热源放出的

7、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(2)的。即凡违反表述(1)的说法，必然违反表述(2)。反之，也可以证明，凡违反表述(2)的，也必然违反表述(1)。热力学第二定律的提出具有如下意义：(1)揭示了自然界中进行的涉及热现象的宏观过程(或自然界中实际的宏观过程)都具有方向性。(2)说明自然界中各种不可逆过程都是相关联的，即由某一过程的不可逆性可推出另一过程的不可逆性。二、热力学第一定律与热力学第二定律的比较1．关于摩擦生热：热力学第一定律中，滑动摩擦力做功可以全部转