粤教版 (2019)第三章 热力学定律第三节 热力学第二定律学案

这是一份粤教版 (2019)第三章 热力学定律第三节 热力学第二定律学案，共10页。
2．掌握宏观过程的方向性，能用热力学第二定律解释有关热现象的方向性问题．
3．体验第二类永动机不可能制成的原因，体会科学对生活的指导作用，培养探索科学的能力．
知识点一 热传导的方向性
1．热传导过程是有__________的．
2．热量从高温物体向低温物体的热传导过程是__________进行的．
3．要使热量从低温物体传递给高温物体，则必须__________．
“自发”就是没有任何外界影响就能够发生的过程．
知识点二 机械能和内能转化的方向性
1．机械能和内能的转化过程也是__________．
2．机械能可以__________转化为内能．
3．内能却无法全部用来__________以转化为机械能，而不产生__________．
4．热机的效率不可能达到__________．
5．第二类永动机并不违反__________，但是，由于内能全部转化为机械能而不产生其他影响是不可能的，因此第二类永动机是__________制造出来的．
第二类永动机不可能制成的原因是违背机械能和内能转化的方向性．
知识点三 扩散的方向性
1．两种不同的气体可以__________混合，最后成为一种均匀的混合气体．
2．一种均匀的混合气体却不会__________分开成为两种气体．
3．使用物理或化学方法可以把混合气体分开，但这必然会__________．
一种均匀混合气体可以在产生其他影响的情况下分开，但不能自发地分开．
知识点四 热力学第二定律
1．自然界中一切与__________有关的宏观过程都具有__________．
2．克劳修斯表述：热量不能自发地从__________物体传递到__________物体，或者说，不可能使热量由__________物体传递到__________物体，而不引起其他变化．
3．开尔文表述：不可能从__________吸收热量并把它__________用来做功，而不产生其他影响．
这两种表述是等价的，可以从一种表述导出另一种表述．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)第一类永动机违背能量守恒定律．( )
(2)机械能可以转化为内能，内能不可以转变为功．( )
(3)第二类永动机违背热力学第二定律．( )
(4)在一定条件下，热量也可以从低温物体传给高温物体．( )
2．下列哪个过程具有方向性( )
①热传导过程 ②机械能向内能的转化过程 ③气体的扩散过程 ④气体向真空中的膨胀
A．①②B．②③
C．①②③D．①②③④
3．(多选)电冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气，这说明了( )
A．热量能自发地从低温物体传给高温物体
B．在一定条件下，热量可以从低温物体传给高温物体
C．热量的传递过程不具有方向性
D．在自发的条件下热量的传递过程具有方向性
1．一杯热水放在教室里，热水中的热量会自发地传递给空气．其中“自发地”的含义是什么？


2．空调和电冰箱工作时，热量从低温物体传递给高温物体．电冰箱和空调违反热力学第二定律吗？为什么？


热力学第二定律的理解
1．对两种表述的理解
(1)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价的，即由其中一个，可以推导出另一个．
(2)“不引起其他变化”是指使热量从低温物体传递到高温物体时外界不消耗任何功，或从单一热源吸收热量全部用来做功而外界及系统都不发生任何变化．
(3)克劳修斯表述是说热量不能自动地从低温物体传递到高温物体．如果外界消耗一定量的功，把热量从低温物体传递到高温物体是完全可能的，如电冰箱和空调机的制冷过程．
(4)开尔文表述表明了在引起其他变化或产生其他影响的条件下，热量能够完全转化为功，如理想气体的等温自由膨胀，内能不变，吸收的热量全部转化为功，但却引起了体积的膨胀．
2．热力学第二定律的普遍性
热力学第二定律的每一种表述都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，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．
3．热力学第二定律的推广
对任何一类宏观自然过程进行方向的说明，都可以作为热力学第二定律的表述．例如，如图所示，盒子中间有一个挡板，左室为真空，右室有气体．撤去挡板后，右室的气体自发向左室扩散，而相反的过程不可能自发地进行．因此，热力学第二定律也可以表述为气体向真空的自由膨胀是不可逆的．
【典例1】 (多选)下列关于热力学第二定律的说法正确的是( )
A．所有符合能量守恒定律的宏观过程都能真的发生
B．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的
C．机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功以转换成机械能而不产生其他影响
D．气体向真空的自由膨胀是可逆的
[思路点拨] (1)热运动的宏观过程都有方向性．
(2)违背热现象方向性的过程不能自发实现．
[听课记录]





理解热力学第二定律的方法
(1)理解热力学第二定律的实质，即自然界中进行的所有涉及热现象的宏观过程都具有方向性．理解的关键在于“自发”和“不引起其他变化”．
(2)正确理解哪些过程不会达到100%的转化而不产生其他影响．
[跟进训练]
1．(多选)我国航天员漫步太空已成为现实．飞船在航天员出舱前先要“减压”，在航天员从太空返回进入航天器后要“升压”，因此将实现此功能的设施专门做成了飞船的一个舱，叫“气闸舱”，其原理如图所示．两个相通的舱A、B间装有阀门K，指令舱A中充满气体，气闸舱B内为真空，整个系统与外界没有热交换．打开阀门K后，A中的气体进入B中，最终达到平衡．若将此气体近似看成理想气体，则( )
A．气体体积膨胀，对外做功
B．气体分子势能减小，内能增加
C．气体体积变大，温度不变
D．B中气体不可能自发地全部退回到A中
第二类永动机不可能制成
1．第二类永动机
(1)第二类永动机：只从单一热库吸收热量，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，但大量的事实证明，在任何情况下，热机都不可能只有一个热库，热机要不断地把吸收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库．
热力学第二定律还可表述为：第二类永动机不可能制成．
2．两类永动机的比较
【典例2】 (多选)下列说法正确的是( )
A．第一类永动机不可能制成，因为它违反了能量守恒定律
B．第二类永动机不可能制成，因为它违反了能量守恒定律
C．热力学第一定律和热力学第二定律是相互独立的
D．热力学第二定律的两种表述是等效的
[思路点拨] (1)第一类永动机违背能量守恒定律．
(2)第二类永动机违背热力学第二定律．
[听课记录]





[跟进训练]
2．第二类永动机不可能制成，是因为( )
A．违背了能量守恒定律
B．热量总是从高温物体传递到低温物体
C．机械能不能全部转化为内能
D．内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化
1．下列说法正确的是( )
A．物体放出热量，温度一定降低
B．物体内能增加，温度一定升高
C．热量能自发地从低温物体传到高温物体
D．热量能自发地从高温物体传到低温物体
2．(多选)关于热力学第二定律，下列说法正确的是( )
A．空调既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性
B．“第二类永动机”不可能制成因为它违反了能量守恒定律
C．自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的
D．自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的
3．关于热现象和热学规律，下列说法正确的是( )
A．随着低温技术的发展，我们可以使温度逐渐降低，并达到绝对零度，最终实现热机效率100%
B．热量是不可能从低温物体传递给高温物体的
C．第二类永动机遵从能量守恒定律，故能做成
D．用活塞压缩气缸里的空气，对空气做功2.0×105 J，同时空气向外界放出热量1.5×105 J，则空气的内能增加了5×104 J
4．(多选)如图所示为电冰箱的工作原理示意图，压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环，在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外，下列说法正确的是( )
A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外
B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能
C．电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律
D．电冰箱的工作原理违反热力学第一定律
5．热力学第二定律常见的表述有两种．
第一种表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体；
第二种表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响．
图甲是根据热力学第二定律的第一种表述画出的示意图，外界对制冷机做功，使热量从低温物体传递到高温物体．请你根据第二种表述在图乙中完成示意图．根据你的理解，热力学第二定律的实质是___________________________________
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回归本节知识，自我完成以下问题：
1．请指出热传导、机械能和内能的转化、扩散都有什么特点？
2．试写出热力学第二定律的两种表述？
3．第一类永动机不可能制成的原因是什么？第二类永动机不可能制成的原因又是什么？永动机
第一类永动机
第二类永动机
设计要求
不消耗任何能量，可以不断地对外做功(或只给予很小的能量启动后，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，实现内能与机械能的转化)
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