人教版 (2019)选择性必修 第三册4 热力学第二定律学案

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第三册4 热力学第二定律学案，共5页。

一、热力学第二定律
一滴黑色颜料滴进一杯清水中扩散，整杯水将均匀地变黑。从系统的角度来看， 扩散之前是一种状态，扩散后是另一种状态。那么，水中扩散后的颜料能否自发地重新聚集在一起，而其余部分又变成清水？这说明了什么？
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1．热现象的方向性：一切与热现象有关的宏观自然过程都是____________的，即与热现象有关的宏观自然过程有________性。
2．热力学第二定律的克劳修斯表述：
热量不能__________地从__________温物体传到________温物体。阐述的是传热的________性。
3．热力学第二定律的开尔文表述：
(1)热机
①热机工作的两个阶段：第一个阶段是燃烧燃料，把燃料中的______________________变成工作物质的__________；第二个阶段是工作物质对外__________，把自己的内能变成____________。
②热机用于做功的热量一定________它从高温热库吸收的热量，即W________Q。
(2)热力学第二定律的开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之____________，而不产生其他影响。(该表述阐述了机械能与内能转化的方向性)
4．热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是____________(选填“等价”或“不等价”)的。
5．热力学第二定律的实质：揭示了宏观自然过程的________。
如图所示是制冷机和热机的工作过程示意图，通过此图思考以下问题：
(1)制冷机工作时热量是自发地从低温热库传到高温热库吗？
(2)热机工作时能否将从高温热库吸收的热量全部用于做功？
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(1)一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。( )
(2)机械能可以完全转化为内能，而内能不可能完全转化为机械能。( )
(3)热量不可能自发的从低温物体传到高温物体。( )
例1 (多选)根据热力学第二定律可知，下列说法中正确的是( )
A．不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化
B．没有冷凝器，只有单一的热库，能将从单一热库吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机是可以实现的
C．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
D．如果没有摩擦、漏气等，热机效率可以达到100%
例2 (2022·驻马店市高二期末)下列过程中可能发生的是( )
A．某种物质从高温热源吸收20 kJ的热量，全部转化为机械能，而没有产生其他影响
B．打开一高压密闭容器，其内气体自发逸出后又自发跑进去，恢复原状
C．利用其他手段，使低温物体的温度更低，高温物体的温度更高
D．将两瓶不同液体混合，然后它们又自发地各自分开
1．一切物理过程均遵循能量守恒定律，但遵循能量守恒定律的物理过程不一定均能实现。
2．热力学第二定律的两种表述分别对应着一种“不可能”，但都有一个前提条件“自发地”或“不产生其他影响”，如果去掉这种前提条件，就都是有可能的。例如电冰箱的作用就是使热量从低温物体传到高温物体，等温膨胀就是从单一热库吸收热量，使之完全用来做功，但不是自发地或是产生了其他影响。
二、热力学第一定律和热力学第二定律的比较
1．两定律的比较
2．两类永动机的比较
例3 关于两类永动机和热力学两大定律，下列说法正确的是( )
A．第二类永动机不可能制成是因为违背了热力学第一定律
B．第一类永动机不可能制成是因为违背了热力学第二定律
C．由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，传热也不一定改变内能，但同时做功和传热一定会改变内能
D．由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热库吸收热量，完全变成功也是可能的
例4 (2020·全国卷Ⅱ)下列关于能量转换过程的叙述，违背热力学第一定律的有______，不违背热力学第一定律、但违背热力学第二定律的有________。(填正确答案标号)
A．汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热
B．冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低
C．某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，而不产生其他影响
D．冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内
三、能源是有限的
1．能源：具有____________的容易利用的储能物质。
2．能量耗散：使用的能源转化成内能分散在环境中不能自动聚集起来驱动机器做功，这样的转化过程叫作“能量耗散”。
3．能源的使用过程中虽然能的总量保持守恒，但能量的品质下降了，________减少了。
1．流动的水带动水磨做功，由于磨盘和粮食之间的摩擦和挤压，使磨盘和粮食的温度升高，水流的一部分机械能转变成了内能，这些内能最终流散到周围的环境中，我们没有办法把这些流散的内能重新收集起来加以利用。可见，内能与机械能相比，哪种能量的品质低？
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2．如图所示是两幅宣传节约能源的图片。请问：既然能量是守恒的，我们为什么还要节约能源？
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例5 下列说法正确的是( )
A．人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造
B．在能源的利用过程中，由于能量在数量上并未减少，所以不需要节约能源
C．自然界中只要涉及热现象的宏观过程都具有方向性
D．能量耗散现象说明：在能量转化的过程中，虽然能量的总量并不减少，但能量品质提升了
能量与能源的区别
1．能量是守恒的，既不会增加也不会减少。
2．能源是能够提供可利用能量的物质。
3．能量耗散，能量总量不变，但能量品质会下降，即能源减少，故我们要节约能源。热力学第一定律
热力学第二定律
区
别
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
是关于在有限空间和时间内，一切和热现象有关的物理过程、化学过程具有不可逆性的经验总结
联
系
两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，二者既相互独立，又相互补充，都是热力学的理论基础
第一类永动机
第二类永动机
设计要求
不消耗任何能量，可以不断做功(或只给予很少的能量启动后，可以永远运动下去)
将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化(或只有一个热库，实现内能向机械能的转化)
不可能制
成的原因
违背了能量守恒定律
违背了热力学第二定律