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高二物理人教版選修3-3第十章第4講熱力學(xué)第二定律ppt課件

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高二物理人教版選修3-3第十章第4講熱力學(xué)第二定律ppt課件

第4講 熱力學(xué)第二定律,目標(biāo)定位 1.通過(guò)自然界中客觀過(guò)程的方向性,了解熱力學(xué)第二定律. 2.了解熱力學(xué)第二定律的兩種不同表述,以及兩種表述的物理實(shí)質(zhì). 3.了解什么是第二類永動(dòng)機(jī),知道為什么它不能制成.,預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué) 梳理·識(shí)記·點(diǎn)撥,1.一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過(guò)程都是 的.如物體間的傳熱、氣體的膨脹、擴(kuò)散……都有特定的 . 2.反映宏觀自然過(guò)程 的定律就是熱力學(xué)第二定律.,一、熱力學(xué)第二定律,不可逆,方向性,方向性,二、熱力學(xué)第二定律的兩種表述,1.克勞修斯表述:熱量不能 地從 溫物體傳到 溫物體. 2.開爾文表述:不可能從 熱庫(kù)吸收熱量,使之 變成功,而 其他影響.,自發(fā),低,高,單一,完全,不產(chǎn)生,三、熱機(jī),1.熱機(jī)的效率η:熱機(jī)輸出的 與燃料產(chǎn)生的 的 比值,用公式表示為 .熱機(jī)的效率不可能達(dá)到100%. 2.第二類永動(dòng)機(jī):只有 熱源,從單一熱源吸收熱量,可以 用來(lái)做功的熱機(jī)叫第二類永動(dòng)機(jī),它不違背 ,但違背 ,所以 實(shí)現(xiàn).,機(jī)械功,熱量,η=,單一,全部,能量守恒定律,熱力學(xué)第二定律,不能,課堂講義 理解·深化·探究,一、宏觀過(guò)程的方向性,,1.熱傳導(dǎo)具有方向性:兩個(gè)溫度不同的物體相互接觸時(shí),熱量會(huì)自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體,結(jié)果使高溫物體的溫度降低,低溫物體的溫度升高. 2.氣體的擴(kuò)散現(xiàn)象具有方向性:兩種不同的氣體可以自發(fā)地進(jìn)入對(duì)方,最后成為均勻的混合氣體,但這種均勻的混合氣體,決不會(huì)自發(fā)地分開,成為兩種不同的氣體.,3.機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過(guò)程具有方向性:物體在水平面上運(yùn)動(dòng),因摩擦而逐漸停止下來(lái),但絕不可能出現(xiàn)物體吸收原來(lái)傳遞出去的熱量后,在地面上重新運(yùn)動(dòng)起來(lái). 4.氣體向真空膨脹具有方向性:氣體可自發(fā)地向真空容器膨脹,但絕不可能出現(xiàn)氣體自發(fā)地從容器中流出,容器變?yōu)檎婵?,5.在整個(gè)自然界中,無(wú)論有生命的還是無(wú)生命的,所有的宏觀自發(fā)過(guò)程都具有單向性,都有一定的方向性,都是一種不可逆過(guò)程.,例1 下列說(shuō)法正確的是( ) A.熱量能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體 B.熱量不能從低溫物體傳到高溫物體 C.熱傳遞是有方向性的 D.氣體向真空中膨脹的過(guò)程是有方向性的,解析 如果是自發(fā)地進(jìn)行,熱量只能從高溫物體傳到低溫物體,但這并不是說(shuō)熱量不能從低溫物體傳到高溫物體,只是不能自發(fā)地進(jìn)行,在外界條件的幫助下,熱量也能從低溫物體傳到高溫物體,A、C對(duì),B錯(cuò); 氣體向真空中膨脹的過(guò)程也是不可逆,具有方向性的,D對(duì). 答案 ACD,借題發(fā)揮 兩個(gè)溫度不同的物體相互接觸時(shí),熱量會(huì)自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體,使高溫物體的溫度降低,低溫物體的溫度升高,這個(gè)過(guò)程是自發(fā)進(jìn)行的,不需要任何外界的影響或者幫助,有時(shí)我們也能實(shí)現(xiàn)熱量從低溫物體傳給高溫物體,如電冰箱,但這不是自發(fā)地進(jìn)行的,需要消耗電能,其實(shí)自然界中所有的熱現(xiàn)象都是具有單向性的.,二、熱力學(xué)第二定律和第二類永動(dòng)機(jī),1.克勞修斯表述是按熱傳導(dǎo)的方向性表述的.熱量可以由低溫物體傳到高溫物體但不能是自發(fā)的,如:冰箱、空調(diào). 2.開爾文表述是按照機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過(guò)程的方向性來(lái)表述的.不是不能從單一熱庫(kù)吸收熱量而對(duì)外做功,而是這樣做的結(jié)果,一定伴隨著其他變化或影響. 3.這兩種表述看似毫無(wú)聯(lián)系,其實(shí)是等價(jià)的,可以從一種表述導(dǎo)出另一種表述.,4.熱力學(xué)第二定律揭示了自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性. 5.第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成,它也是熱力學(xué)第二定律的一種表述形式. 雖然第二類永動(dòng)機(jī)不違反能量守恒定律,但大量的事實(shí)證明,在任何情況下熱機(jī)都不可能只有一個(gè)熱源,熱機(jī)要不斷地把吸取的熱量變?yōu)橛杏玫墓?,就不可避免地將一部分熱量傳給低溫?zé)嵩?,例2 根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知,下列說(shuō)法中正確的是( ) A.不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來(lái)做功,而不引起其 他變化 B.沒有冷凝器,只有單一的熱源,能將從單一熱源吸收的熱量全 部用來(lái)做功,而不引起其他變化的熱機(jī)是可以實(shí)現(xiàn)的 C.制冷系統(tǒng)將冰箱里的熱量傳給外界較高溫度的空氣中,而不引 起其他變化 D.不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體,而不引起其他變化,解析 熱力學(xué)第二定律揭示了與熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過(guò)程的方向性,機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過(guò)程具有方向性,機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,而內(nèi)能要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能必須借助外部的幫助,即會(huì)引起其他變化,A選項(xiàng)正確,B選項(xiàng)錯(cuò)誤; 熱傳遞過(guò)程也具有方向性,熱量能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體,但是熱量要從低溫物體傳到高溫物體,必然要引起其他變化(外界對(duì)系統(tǒng)做功),故C選項(xiàng)錯(cuò)誤,D選項(xiàng)正確. 答案 AD,借題發(fā)揮 (1)一切物理過(guò)程均遵守能量守恒定律,但遵守能量守恒定律的物理過(guò)程不一定均能實(shí)現(xiàn). (2)熱力學(xué)第二定律的關(guān)鍵在于“自發(fā)性”和“方向性”.,例3 第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因是( ) A.違背了能量守恒定律 B.熱量總是從高溫物體傳遞到低溫物體 C.機(jī)械能不能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 D.內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而不引起其他變化,解析 第二類永動(dòng)機(jī)的設(shè)想并不違背能量守恒定律,但是違背了熱力學(xué)第二定律,所以不可能制成.,D,對(duì)點(diǎn)練習(xí) 鞏固·應(yīng)用·反饋,宏觀過(guò)程的方向性,,,1.下列哪個(gè)過(guò)程具有方向性( ) A.熱傳導(dǎo)過(guò)程 B.機(jī)械能向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過(guò)程 C.氣體的擴(kuò)散過(guò)程 D.氣體向真空中的膨脹,1,2,3,4,解析 這四個(gè)過(guò)程都是與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程,根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知,它們都是不可逆的,具有方向性.,ABCD,2.根據(jù)熱力學(xué)第二定律,下列判斷正確的是( ) A.電流的能不可能全部變?yōu)閮?nèi)能 B.在火力發(fā)電機(jī)中,燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部變?yōu)殡娔?C.熱機(jī)中,燃?xì)鈨?nèi)能不可能全部變?yōu)闄C(jī)械能 D.在熱傳導(dǎo)中,熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高 溫物體,1,2,3,4,熱力學(xué)第二定律和第二類永動(dòng)機(jī),解析 根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知,凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程都具有方向性,電流的能可全部變?yōu)閮?nèi)能(由焦耳定律可知),而內(nèi)能不可能全部變成電流的能,而不產(chǎn)生其他影響.機(jī)械能可全部變?yōu)閮?nèi)能,而內(nèi)能不可能全部變成機(jī)械能.在熱傳導(dǎo)中,熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體,而不能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體. 答案 BCD,1,2,3,4,3.關(guān)于熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律,下列論述正確的是( ) A.熱力學(xué)第一定律指出內(nèi)能可以與其他形式的能相互轉(zhuǎn) 化,而熱力學(xué)第二定律則指出內(nèi)能不可能完全轉(zhuǎn)化為其 他形式的能,故這兩條定律是相互矛盾的 B.內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為其他形式的能,只是會(huì)產(chǎn)生其他 影響,故兩條定律并不矛盾,1,2,3,4,C.兩條定律都是有關(guān)能量的轉(zhuǎn)化規(guī)律,它們不但不矛盾, 而且沒有本質(zhì)區(qū)別 D.其實(shí),能量守恒定律已經(jīng)包含了熱力學(xué)第一定律和熱 力學(xué)第二定律,1,2,3,4,解析 熱力學(xué)第一定律揭示了內(nèi)能與其他形式能量之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系,是能量守恒定律在熱學(xué)中的具體體現(xiàn).熱力,學(xué)第二定律則進(jìn)一步闡明了內(nèi)能與其他形式能量轉(zhuǎn)化時(shí)的方向性,二者表述的角度不同,本質(zhì)不同,相互補(bǔ)充,并不矛盾,故選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤,選項(xiàng)B正確;,1,2,3,4,內(nèi)能在一定條件下可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,熱量也可以由低溫物體傳遞到高溫物體,但是要引起其他變化,如電冰箱制冷機(jī)工作還要消耗電能,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤. 答案 B,4.關(guān)于熱現(xiàn)象和熱學(xué)規(guī)律,下列說(shuō)法中正確的是( ) A.隨著低溫技術(shù)的發(fā)展,我們可以使溫度逐漸降低,并達(dá)到 絕對(duì)零度,最終實(shí)現(xiàn)熱機(jī)效率100% B.熱量是不可能從低溫物體傳遞給高溫物體的 C.第二類永動(dòng)機(jī)遵從能量守恒定律,故能制成 D.用活塞壓縮汽缸里的空氣,對(duì)空氣做功2.0×105 J,同時(shí)空 氣向外界放出熱量1.5×105 J,則空氣的內(nèi)能增加了5×104 J,1,2,3,4,解析 由熱力學(xué)第二定律知,B、C錯(cuò); 絕對(duì)零度不可能達(dá)到,A錯(cuò); 由熱力學(xué)第一定律知D正確. 答案 D,1,2,3,4,

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