2018学年高中物理 第4章 能量守恒与热力学定律 热力学第二定律学案 教科版选修3-3

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1、热力学第二定律【学习目标】1．了解热传导过程的方向性；2．了解什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可能制成；3．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；4．利用热力学第二定律分析解决实际问题，作出正确判断．5．知道什么是有序和无序，什么是宏观态和微观态；6．知道热力学第二定律的微观解释，而一切自然过程总是沿分子热运动的无序性增大的方向进行的；7．知道熵的概念，熵的增加原理．8．了解什么是能源、常规能源、常规能源的储量与人类需求的矛盾；9．了解常见能源的使用与环境污染的关系：10．了解哪些能源是清洁能源，哪些能源是可再生能源；11．理解能量守恒和节约能源的关系

2、；12．了解开发新能源的意义．【要点梳理】要点一、热力学第二定律1．热传导的方向性（自然过程的方向性）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，结果使高温物体的温度降低，低温物体的温度升高．（1）热传导具有方向性：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，要实现低温物体向高温物体传递热量，必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起其他变化．（2）气体的扩散现象具有方向性：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，但这种均匀的混合气体，决不会自发地分开，成为两种不同的气体．（3）机

3、械能和内能的转化过程具有方向性：物体在水平面上运动，因摩擦而逐渐停止下来，但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后，在地面上重新运动起来．（4）气体向真空膨胀具有方向性：气体可自发地向真空容器内膨胀，但绝不可能出现气体自发地从容器中流出，使容器内变为真空．（5）在整个自然界中，无论有生命的还是无生命的．所有的宏观自发过程都具有单向性，都有一定的方向性，都是一种不可逆过程．如河水向下流，重物向下落，山岳被侵蚀，房屋衰朽倒塌，人的一生从婴儿到老年到死亡等．2．热机（1）热机：热机是把内能转化成机械能的一种装置．如蒸汽机把水蒸气的内能转化为机械能；内燃机是把燃烧后的高温高压气体的内能转化

4、为机械能．（2）热机的组成部分①热源：指燃烧燃料而获得能量的部件．②工作物质：指利用获得的热量来做功的物质，如蒸汽机里的蒸汽，内燃机里燃烧后的高温气体．③冷凝器：把做功后工作物质所剩余的热量进行再吸收的部分．如推动活塞做功后放出的蒸汽的温度也很高，如果把这种蒸汽直接放入大气中，则大气就是冷凝器．当然这样就白白浪费了剩余的蒸汽所具有的能量，通常把这种工作后剩余的蒸汽通过管道送入居民区用于烧水、做饭、取暖等．（3）热机的工作原理工作物质从热源吸收热量，推动活塞做功彤，然后排出废气，同时把热量散发到冷凝器中．根据能量守恒有．（4）热机的效率把热机做的功与它从热源中吸收的热量的比值叫做热机的

5、效率，用表示，有．因为，所以，．这说明热机不可能把吸收的热能全部转化为机械能，总有一部分要散失到冷凝器中．3．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．把它得到的内能全部转化为机械能，热机效率达．这种想象中的热机称为第二类永动机．只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用的功而不引起其他变化的热机．（2）第二类永动机不可能制成虽然第二类永动机不违反能量守恒定律，大量的事实证明．在任何情况下，热机都不可能只有一个热源，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源．很显然，如果第二类永动机能制成，那么就可以利用空气或海洋作为热源，从它们

6、那里不断吸取热量而做功，这是最经济不过的，因为海洋的内能实际上是取之不尽的．4．热力学第二定律（1）两种表述①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．这是按照热传导的方向性来表述的．②不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功．而不引起其他变化也可以表述为：第二类永动机是不可能制成的．这是按照机械能与内能转化过程的方向性来表述的．（2）两种表述是等效的热力学第二定律的两种表述看上去似乎没有什么联系，然而实际上它们是等效的，即由其中一个，可以推导出另一个．（3）热力学第二定律的实质热力学第二定律的每一种表述，揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，使人们认识到自然界中进行的

7、涉及热现象的宏观过程都具有方向性．5．热力学第一定律和热力学第二定律的区别（1）热力学第一定律揭示了做功和热传递对改变物体内能的规律关系，指明内能不但可以转移，而且还能跟其他形式的能相互转化．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．告诫人们：第一类永动机不可能制成．热力学第一定律只有一种表述形式．（2）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，内能却不可能全