高中物理 3.4热力学第二定律学案（含解析）粤教版选修3-3

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1、学案4　热力学第二定律[学习目标定位]1.通过自然界中传热的方向性等实例，初步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成的原因.2.能运用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移以及宏观自然过程的方向性问题.3.了解熵的概念及熵增加原理，并能解释生活中的有关现象．1．气体膨胀对外界做功．2．不同物质能够彼此进入对方的现象叫扩散现象．3．能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变，这就是能量守恒定律．一、热传导的方向性1．热

2、量可以自发地从高温物体传给低温物体．2．热量不可能自发地从低温物体传给高温物体．3．热传导过程具有方向性.二、机械能和内能转化过程的方向性1．机械能和内能转化过程具有方向性，即机械能全部转化为内能的过程是可以自发进行的，内能全部转化为机械能的过程，是不能自发进行的，要将内能全部转化为机械能，必然会引起其他影响．2．第二类永动机：(1)定义：从单一热源吸热全部用来做功，而不引起其他变化的热机．(2)第二类永动机不可能制成的原因是从单一热源吸热把内能全部转化为机械能而不引起其他变化是不可能的．三、热力学第二定律1．第一种表述(克劳修斯表述)：热量

3、不能自动地从低温物体传递到高温物体．或者说，不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化．显然这是按照热传导的方向性来表述的．2．第二种表述(开尔文表述)：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．这是按照机械能与内能转化过程的方向性来表述的．四、热力学第二定律的微观实质1．从微观上来说，机械能转化为内能的过程，是大量分子的有序运动朝无序运动的方向转化的过程．2．热传导过程是使物体内部分子的热运动由比较有序的状态向无序的状态转化的过程．3．热力学第二定律的微观实质：与热现象有关的自发的宏观过程，总是朝着分子热运动

4、状态无序性增加的方向进行的．五、熵意义：描述物体的无序程度，物体内部分子热运动无序程度越高，物体的熵就越大.一、热力学第二定律[问题设计]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，结果使高温物体的温度降低，低温物体的温度升高，这一过程可逆吗？答案　不可逆[要点提炼]1．两种常见表述(1)克劳修斯表述：热量不能自动地从低温物体传递到高温物体．(阐述的是热传导的方向性)(2)开尔文表述：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．(阐述的是机械能与内能转化的方向性)2．热力学第二定律的理解(1)克劳修斯

5、表述指明热传导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，其物理本质是揭示了热传导过程是不可逆(填“可逆”或“不可逆”)的．(2)开尔文表述中的“单一热源”指温度恒定且均匀的热库．“不引起其他变化”是指惟一效果是热量全部转变为功而外界及系统都不发生任何变化．其物理实质揭示了机械能转化为内能的过程是不可逆的．(3)热力学第二定律的每一种表述都揭示了大量分子参与的过程的方向性．进而使人们认识到自然界中一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性，都是不可逆的．二、两个热力学定律的比较与应用[问题设计]地球上有大量的海水，它的总质量约为1.4

6、×1018t，如果这些海水的温度降低0.1℃，将要放出5.8×1023J的热量，这相当于1800万个功率为100万千瓦的核电站一年的发电量，这么巨大的能量，人们为什么不去开发研究呢？答案　这种利用海水的内能发电的过程，违背了热力学第二定律，所以不会研究成功．[要点提炼]1．两个定律比较：热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的具体表现形式，在转化的过程中，总的能量保持不变．热力学第二定律是指在有限的时间和空间内，一切和热现象有关的物理过程、化学过程具有不可逆性(填“可逆性”或“不可逆性”)．2．两类永动机的比较：第一类永动机：不消耗任何能量，

7、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)．第二类永动机：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，实现内能全部转化为机械能)．3．第一类永动机和第二类永动机都不可能制成第一类永动机的设想违反了能量守恒定律；第二类永动机的设想不违反能量守恒定律，但违背了跟热现象有关的宏观过程具有方向性的自然规律．三、热力学第二定律的微观实质1．对热力学过程的微观解释在通过做功使系统内能增加的过程中，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，但其逆过程却不能自发地进行，即不可能由大量分子无规则的热运动自发地转变为

8、有序的运动．2．对热传递过程的微观解释从微观上看，热传递的过程中，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，其逆过程不能自发地进行．