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高中人教版 (2019)4 热力学第二定律导学案
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这是一份高中人教版 (2019)4 热力学第二定律导学案，共8页。学案主要包含了自主学习，课堂探究，典题精讲等内容，欢迎下载使用。
（一）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：热量不能自发地从_________传到_________。(该表述阐述的是热传递的方向性)
② 开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生_________。(该表述阐述的是机械能与内能转化的方向性)
（二）能源是有限的
1._________：有序度较高(集中度较高)的能量转化为内能，即成为更加分散即无序度更大的能量，流散到环境中无法重新收集起来加以利用的现象。
2.能量耗散虽然不会导致能量总量的减少，却会导致能量_________的降低，实际上是将能量从高度有用的高品质形式降级为可用性差的低品质形式。
二、课堂探究
[情景设问]大家是否发现一些事件的发展过程具有方向性、不可逆性？
覆水难收
君不见黄河之水天上来，奔流到海不复回
（一）热力学第二定律
[讨论]在自然界发生的一切过程中能量都是守恒的，满足能量守恒的过程是否都能实现呢？
如：热量自发地由高温物体向低温物体传递的过程是不可逆的。
扩散现象进行是有方向的,过程是不可逆的。
功可以自动转化为热，但热却不能自动转化为功。通过摩擦而使功转变为热的过程是不可逆的。
结论1：
① 无数事实告诉我们：凡是实际的过程，只要涉及热现象，如热传递、气体的膨胀、扩散、有摩擦的机械运动…都有特定方向。也就是说，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。
② 在物理学中，反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律。
③ 热力学第二定律的克劳修斯表述：热量不能自发地从_________传到_________。
[思考与讨论]电冰箱通电后箱内温度低于箱外温度，并且还会继续降温，直到达到设定的温度。显然这是热量从低温物体传到了高温物体。这一现象是否违背了热力学第二定律呢？
在电冰箱的实例中，热量的确从低温物体——冰箱内的食品，传到了高温物体——冰箱外的空气。但这不是自发的过程，这个过程必须有第三者的介入：必须开动冰箱的压缩机。
如果不供电，冰箱的压缩机会停止工作，自发的过程则是热量从冰箱外的高温空气传向冰箱内的低温食品。
[情境引入]一个在水平地面上的物体，由于克服摩擦力做功，最后要停下来。在这个过程中，物体的动能转化成为内能，使物体和地面的温度升高。
我们能不能看到这样的现象：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来。
结论2：热机是把______转化成______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为机械能。
热机工作时的能流分配 热机能流图
[思考]热机的工作原理是什么呢？
结论3：
工作物质从______吸收热量Q1，推动活塞______W,然后排出废气,同时把热量Q2散发到冷凝器或大气中。
根据能量守恒定律有Q1=W+Q2。
[讨论]机器工作时有工作效率一说，热机的效率怎么计算呢？
结论4：
把热机做的功W与它从热库中吸收的热量Q1的比值叫作热机的效率,用η表示,有______
因为Q1=W+Q2,所以Q1>W,η<______。
[思考]我们把“从单一热库吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响的热机称为第二类永动机”,如果随着科技的不断发展,能够使热机没有漏气、没有摩擦,是不是就能制成第二类永动机?
结论5：
热力学第二定律的开尔文表述：不可能从_________吸收热量，使之完全变成_________，而不产生其他影响。
[思考]如何理解单一热库？
结论6：单一热库指_________均匀并且_________的系统。
[讨论]热力学第二定律的意义是什么？
结论7：提示了有大量分子参与的宏观过程的______，是独立于热力学第一定律的一个重要自然规律。
[思考与讨论]在水平地面上滚动的足球，摩擦力做负功，其动能转化为内能，最终停了下来，同时产生的热量散失在周围的环境中。会不会有这样的现象：静止在水平地面上的足球和地面、周围的空气自发地降低温度释放内能，并将释放出的内能全部转化为足球的动能，让足球又滚动起来？
结论8：上述现象是不可能发生的。因为机械能可以全部转化成内能，但这个过程是_________的。
[讨论]试总结热力学第一定律与热力学第二定律的联系与区别。
结论9：
（二）能源是有限的
[讨论]你知道哪些常规能源？
结论10：常规能源是指已被________的能源，如煤、石油、天然气、水力等。
[讨论]既然能量是守恒的，为什么又说能源是有限的呢？
结论11：
① 能量耗散
系统的内能流散到周围环境中，没有办法把这些内能_________起来加以利用，这种现象叫做能量耗散。
② 品质降低
能量从_________的形式降级为_________的形式叫品质降低。能量在利用过程中，总是由高品质的能量最终转化为低品质的能量。
三、典题精讲
【例题1】根据热力学第二定律判断，下列说法正确的是（ ）
A．功可以全部转化为热，但热不能全部转化为功
B．热可以从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体
C．气体向真空的自由膨胀是不可逆的
D．随着技术的进步，热机的效率可以达到100%
【例题2】以下关于热学的说法正确的是（ ）
A．物体温度升高时，物体内所有分子的动能都增大
B．水表面层的分子间的作用表现为相互吸引
C．气体产生压强是由于分子间相互排斥
D．符合能量守恒定律的过程都能自发进行
核心素养专练
1．热力学第二定律使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程，下列说法正确的是（ ）
A．只是部分宏观过程具有方向性
B．第二类永动机既违背能量守恒定律，又违背热力学第二定律
C．热量只能从高温物体传到低温物体，不能从低温物体传到高温物体
D．根据热力学定律，热机的效率不可能达到100%
2．下列说法不正确的是（ ）
A．物体吸收热量，其温度一定升高
B．做功和热传递是改变物体内能的两种方式
C．布朗运动是悬浮在液体或气体中固体颗粒的无规则运动，是液体（气体）分子无规则运动的反应
D．第二类永动机是不能制造出来的，尽管它不违反热力学第一定律，但它违反热力学第二定律
3．下列说法中正确的是（ ）
A．电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体，违背热力学第二定律
B．理想气体膨胀时对外界做了功，所以系统的内能一定会减少
C．能量耗散现象说明：在能量转化的过程中，虽然能的总量并不减小，但能量品质降低了
D．熵值越大，代表系统分子运动越有序
4.关于永动机，下列说法中正确的是（ ）
A．随着科技的不断发展，永动机是可以制成的
B．第一类永动机违反了热力学第二定律
C．第二类永动机违反了热力学第二定律
D．永动机指的是在摩擦力趋于零的条件下一直运动的机器，它不需要对外做功
5.下列论述不正确的是（ ）
A．一定质量的理想气体经历一缓慢的绝热膨胀过程，气体的内能增大
B．“第一类永动机”违反了能量守恒定律
C．气体向真空的自由膨胀是不可逆的
D．热力学第二定律可描述为“第二类永动机不可制成”
6.根据所学的热学的有关知识，判断下列说法中正确的是（ ）
A．机械能可以全部转化为内能，内能也可以自发地全部转化成机械能
B．凡与热现象有关的自发的宏观过程都具有方向性。在热传递中，热量能够从高温物体传递给低温物体，但不能自发地从低温物体传递给高温物体
C．随着技术不断进步，制冷机可以使温度降到-300℃
D．满足能量守恒定律的物理过程都能自发进行
7.关于热学规律，下列说法正确的是（ ）
A．第二类永动机不能制成，因为它违反了能量守恒定律
B．热机不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功
C．热量不可能从低温物体传到高温物体
D．未来科技进步了，人类就可以将散失在环境中的内能全部重新收集起来加以利用
8．下列说法中，能够发生且不违背热力学第二定律的是（ ）
A．一杯热茶自然放置，茶会自动变得更热
B．电冰箱正常工作时把箱内低温物体的热量传递到箱外高温物体
C．只要对蒸汽机不断革新，它就可以把蒸汽的内能全部转化成机械能
D．利用降低海水温度放出大量的热量来发电，从而解决能源短缺的问题
9.空调制冷工作过程（热量从室内温度较低的空气中传递到室外温度较高的空气中）是否违反热传递过程的单向性，请说明理由____________；若在与外界无热传递的封闭房间里.打开冰箱门，让冰箱内的冷气不断流出，经过一段时间后能否起到和空调一样让室内降温的效果，请说明理由____________。
10.热量会自发地从高温物体传给低温物体，（选填“能”“不能”）____________实现相反过程，这说明热传导具有____________性。
定律
热力学第一定律
热力学第二定律
区别
热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的表现,否定了创造能量和消灭能量的可能性,从而否定了________
热力学第二定律是关于在有限空间和时间内,一切和热现象有关的宏观自然过程具有不可逆性的经验总结,从而否定了________
联系
两者都是热力学基本定律,分别从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律,二者相互独立,又相互补充,都是热力学的理论基础
参考答案
自主学习
方向性 低温物体 高温物体
其他影响 能量耗散 品质
课堂探究
结论1：低温物体 高温物体
结论2：内能 机械能
结论3：热库 做功
结论4：η=W/Q1 1
结论5：单一热库 功
结论6：温度 恒定不变
结论7：方向性
结论8：不可逆
结论9：第一类永动机 第二类永动机
结论10：广泛应用
结论11：收集 高度有用 不大可用
典题精讲
【例题1】C
【例题2】B
核心素养专练
1.D
2.A
3.C
4.C
5.A
6.B
7.B
8.B
9.空调制冷工作过程是通过压缩做功来实现的，制冷机的工作不违反热传递过程的单向性；
不能起到和空调一样让室内降温的效果，是由于电冰箱工作较长时间后，为要消耗电能，房内气体内能增加，故房间内部的气温将升高。
10.不能，方向
（一）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：热量不能自发地从_________传到_________。(该表述阐述的是热传递的方向性)
② 开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生_________。(该表述阐述的是机械能与内能转化的方向性)
（二）能源是有限的
1._________：有序度较高(集中度较高)的能量转化为内能，即成为更加分散即无序度更大的能量，流散到环境中无法重新收集起来加以利用的现象。
2.能量耗散虽然不会导致能量总量的减少，却会导致能量_________的降低，实际上是将能量从高度有用的高品质形式降级为可用性差的低品质形式。
二、课堂探究
[情景设问]大家是否发现一些事件的发展过程具有方向性、不可逆性？
覆水难收
君不见黄河之水天上来，奔流到海不复回
（一）热力学第二定律
[讨论]在自然界发生的一切过程中能量都是守恒的，满足能量守恒的过程是否都能实现呢？
如：热量自发地由高温物体向低温物体传递的过程是不可逆的。
扩散现象进行是有方向的,过程是不可逆的。
功可以自动转化为热，但热却不能自动转化为功。通过摩擦而使功转变为热的过程是不可逆的。
结论1：
① 无数事实告诉我们：凡是实际的过程，只要涉及热现象，如热传递、气体的膨胀、扩散、有摩擦的机械运动…都有特定方向。也就是说，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。
② 在物理学中，反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律。
③ 热力学第二定律的克劳修斯表述：热量不能自发地从_________传到_________。
[思考与讨论]电冰箱通电后箱内温度低于箱外温度，并且还会继续降温，直到达到设定的温度。显然这是热量从低温物体传到了高温物体。这一现象是否违背了热力学第二定律呢？
在电冰箱的实例中，热量的确从低温物体——冰箱内的食品，传到了高温物体——冰箱外的空气。但这不是自发的过程，这个过程必须有第三者的介入：必须开动冰箱的压缩机。
如果不供电，冰箱的压缩机会停止工作，自发的过程则是热量从冰箱外的高温空气传向冰箱内的低温食品。
[情境引入]一个在水平地面上的物体，由于克服摩擦力做功，最后要停下来。在这个过程中，物体的动能转化成为内能，使物体和地面的温度升高。
我们能不能看到这样的现象：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来。
结论2：热机是把______转化成______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为机械能。
热机工作时的能流分配 热机能流图
[思考]热机的工作原理是什么呢？
结论3：
工作物质从______吸收热量Q1，推动活塞______W,然后排出废气,同时把热量Q2散发到冷凝器或大气中。
根据能量守恒定律有Q1=W+Q2。
[讨论]机器工作时有工作效率一说，热机的效率怎么计算呢？
结论4：
把热机做的功W与它从热库中吸收的热量Q1的比值叫作热机的效率,用η表示,有______
因为Q1=W+Q2,所以Q1>W,η<______。
[思考]我们把“从单一热库吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响的热机称为第二类永动机”,如果随着科技的不断发展,能够使热机没有漏气、没有摩擦,是不是就能制成第二类永动机?
结论5：
热力学第二定律的开尔文表述：不可能从_________吸收热量，使之完全变成_________，而不产生其他影响。
[思考]如何理解单一热库？
结论6：单一热库指_________均匀并且_________的系统。
[讨论]热力学第二定律的意义是什么？
结论7：提示了有大量分子参与的宏观过程的______，是独立于热力学第一定律的一个重要自然规律。
[思考与讨论]在水平地面上滚动的足球，摩擦力做负功，其动能转化为内能，最终停了下来，同时产生的热量散失在周围的环境中。会不会有这样的现象：静止在水平地面上的足球和地面、周围的空气自发地降低温度释放内能，并将释放出的内能全部转化为足球的动能，让足球又滚动起来？
结论8：上述现象是不可能发生的。因为机械能可以全部转化成内能，但这个过程是_________的。
[讨论]试总结热力学第一定律与热力学第二定律的联系与区别。
结论9：
（二）能源是有限的
[讨论]你知道哪些常规能源？
结论10：常规能源是指已被________的能源，如煤、石油、天然气、水力等。
[讨论]既然能量是守恒的，为什么又说能源是有限的呢？
结论11：
① 能量耗散
系统的内能流散到周围环境中，没有办法把这些内能_________起来加以利用，这种现象叫做能量耗散。
② 品质降低
能量从_________的形式降级为_________的形式叫品质降低。能量在利用过程中，总是由高品质的能量最终转化为低品质的能量。
三、典题精讲
【例题1】根据热力学第二定律判断，下列说法正确的是（ ）
A．功可以全部转化为热，但热不能全部转化为功
B．热可以从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体
C．气体向真空的自由膨胀是不可逆的
D．随着技术的进步，热机的效率可以达到100%
【例题2】以下关于热学的说法正确的是（ ）
A．物体温度升高时，物体内所有分子的动能都增大
B．水表面层的分子间的作用表现为相互吸引
C．气体产生压强是由于分子间相互排斥
D．符合能量守恒定律的过程都能自发进行
核心素养专练
1．热力学第二定律使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程，下列说法正确的是（ ）
A．只是部分宏观过程具有方向性
B．第二类永动机既违背能量守恒定律，又违背热力学第二定律
C．热量只能从高温物体传到低温物体，不能从低温物体传到高温物体
D．根据热力学定律，热机的效率不可能达到100%
2．下列说法不正确的是（ ）
A．物体吸收热量，其温度一定升高
B．做功和热传递是改变物体内能的两种方式
C．布朗运动是悬浮在液体或气体中固体颗粒的无规则运动，是液体（气体）分子无规则运动的反应
D．第二类永动机是不能制造出来的，尽管它不违反热力学第一定律，但它违反热力学第二定律
3．下列说法中正确的是（ ）
A．电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体，违背热力学第二定律
B．理想气体膨胀时对外界做了功，所以系统的内能一定会减少
C．能量耗散现象说明：在能量转化的过程中，虽然能的总量并不减小，但能量品质降低了
D．熵值越大，代表系统分子运动越有序
4.关于永动机，下列说法中正确的是（ ）
A．随着科技的不断发展，永动机是可以制成的
B．第一类永动机违反了热力学第二定律
C．第二类永动机违反了热力学第二定律
D．永动机指的是在摩擦力趋于零的条件下一直运动的机器，它不需要对外做功
5.下列论述不正确的是（ ）
A．一定质量的理想气体经历一缓慢的绝热膨胀过程，气体的内能增大
B．“第一类永动机”违反了能量守恒定律
C．气体向真空的自由膨胀是不可逆的
D．热力学第二定律可描述为“第二类永动机不可制成”
6.根据所学的热学的有关知识，判断下列说法中正确的是（ ）
A．机械能可以全部转化为内能，内能也可以自发地全部转化成机械能
B．凡与热现象有关的自发的宏观过程都具有方向性。在热传递中，热量能够从高温物体传递给低温物体，但不能自发地从低温物体传递给高温物体
C．随着技术不断进步，制冷机可以使温度降到-300℃
D．满足能量守恒定律的物理过程都能自发进行
7.关于热学规律，下列说法正确的是（ ）
A．第二类永动机不能制成，因为它违反了能量守恒定律
B．热机不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功
C．热量不可能从低温物体传到高温物体
D．未来科技进步了，人类就可以将散失在环境中的内能全部重新收集起来加以利用
8．下列说法中，能够发生且不违背热力学第二定律的是（ ）
A．一杯热茶自然放置，茶会自动变得更热
B．电冰箱正常工作时把箱内低温物体的热量传递到箱外高温物体
C．只要对蒸汽机不断革新，它就可以把蒸汽的内能全部转化成机械能
D．利用降低海水温度放出大量的热量来发电，从而解决能源短缺的问题
9.空调制冷工作过程（热量从室内温度较低的空气中传递到室外温度较高的空气中）是否违反热传递过程的单向性，请说明理由____________；若在与外界无热传递的封闭房间里.打开冰箱门，让冰箱内的冷气不断流出，经过一段时间后能否起到和空调一样让室内降温的效果，请说明理由____________。
10.热量会自发地从高温物体传给低温物体，（选填“能”“不能”）____________实现相反过程，这说明热传导具有____________性。
定律
热力学第一定律
热力学第二定律
区别
热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的表现,否定了创造能量和消灭能量的可能性,从而否定了________
热力学第二定律是关于在有限空间和时间内,一切和热现象有关的宏观自然过程具有不可逆性的经验总结,从而否定了________
联系
两者都是热力学基本定律,分别从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律,二者相互独立,又相互补充,都是热力学的理论基础
参考答案
自主学习
方向性 低温物体 高温物体
其他影响 能量耗散 品质
课堂探究
结论1：低温物体 高温物体
结论2：内能 机械能
结论3：热库 做功
结论4：η=W/Q1 1
结论5：单一热库 功
结论6：温度 恒定不变
结论7：方向性
结论8：不可逆
结论9：第一类永动机 第二类永动机
结论10：广泛应用
结论11：收集 高度有用 不大可用
典题精讲
【例题1】C
【例题2】B
核心素养专练
1.D
2.A
3.C
4.C
5.A
6.B
7.B
8.B
9.空调制冷工作过程是通过压缩做功来实现的，制冷机的工作不违反热传递过程的单向性；
不能起到和空调一样让室内降温的效果，是由于电冰箱工作较长时间后，为要消耗电能，房内气体内能增加，故房间内部的气温将升高。
10.不能，方向
相关学案
高中物理第三章 热力学定律4 热力学第二定律导学案： 这是一份高中物理第三章 热力学定律4 热力学第二定律导学案，共6页。学案主要包含了学习目标，学习重难点，学习过程，巩固练习等内容，欢迎下载使用。
高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册第三章 热力学定律4 热力学第二定律学案及答案： 这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册第三章 热力学定律4 热力学第二定律学案及答案，共7页。学案主要包含了热力学第二定律，热力学第二定律的理解，能源是有限的等内容，欢迎下载使用。
高中人教版 (2019)4 热力学第二定律学案及答案： 这是一份高中人教版 (2019)4 热力学第二定律学案及答案，共9页。学案主要包含了热力学第二定律，能源是有限的等内容，欢迎下载使用。
