《【教案】粤教版高中物理选修（3-3）3.4《热力学第二定律》导学案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【教案】粤教版高中物理选修（3-3）3.4《热力学第二定律》导学案（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、学案学案 4 热力学第二定律热力学第二定律目标定位1.通过自然界中传热的方向性等实例，初步了解热力学第二定律，并能用热力学第二定律解释第二类永动机不能制成的原因.2.能运用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移以及宏观自然过程的方向性问题.3.了解熵的概念及熵增加原理，并能解释生活中的有关现象一、热力学第二定律问题设计两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从低温物体传给高温物体，结果使高温物体的温度升高，低温物体的温度降低吗？答案 不会热传导具有方向性要点提炼1两种常见表述(1)克劳修斯表述：热量不能自动地从低温物体传递到高温物体(阐述的是热传导的方向性)(2)开尔文表述：不可能从单一
2、热源吸收热量，并把它全部用来做功，而不引起其他变化(阐述的是机械能与内能转化的方向性)2热力学第二定律的理解(1)克劳修斯表述指明热传导等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助，其物理本质是揭示了热传导过程是不可逆(填“可逆”或“不可逆”)的(2)开尔文表述中的“单一热源”指温度恒定且均匀的热库 “不引起其他变化”是指惟一效果是热量全部转变为功而外界及系统都不发生任何变化其物理实质揭示了机械能转化为内能的过程是不可逆的(3)热力学第二定律的每一种表述都揭示了大量分子参与的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，都是不可逆的二、两个热力学定律的比
3、较与应用问题设计地球上有大量的海水，它的总质量约为 1.41018t，如果这些海水的温度降低 0.1，将要放出 5.81023J 的热量，这相当于 1800 万个功率为 100 万千瓦的核电站一年的发电量，这么巨大的能量，人们为什么不去开发研究呢？答案 这种利用海水的内能发电的过程，违背了热力学第二定律，所以不会研究成功要点提炼1两个定律比较：热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的具体表现形式，在转化的过程中，总的能量保持不变热力学第二定律是指在有限的时间和空间内，一切和热现象有关的物理过程、化学过程具有不可逆性(填“可逆性”或“不可逆性”)2两类永动机的比较：第一类永动机：不消耗任何能量，
4、可以不断做功(或只给予很小的能量启动后，可以永远运动下去)第二类永动机：将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化(或只有一个热源，实现内能全部转化为机械能)3第一类永动机和第二类永动机都不可能制成第一类永动机的设想违反了能量守恒定律；第二类永动机的设想不违反能量守恒定律，但违背了热力学第二定律三、热力学第二定律的微观实质1对机械能和内能的转化过程的微观解释在通过做功使系统内能增加的过程中，自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程，但其逆过程却不能自发地进行，即不可能由大量分子无序运动自发地转变为有序的运动2对热传导过程的微观解释从微观上看，热传导的过程是使物体内部分子的热运动由
5、比较有序的状态向无序的状态转化的过程，其逆过程不能自发地进行3热力学第二定律的微观实质与热现象有关的自发的宏观过程，总是朝着分子热运动状态无序性增加的方向进行的四、熵增加原理1熵：描述物体无序程度的物理量2熵增加原理：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减少(填“增加”或“减少”)这就是熵增加原理，也是热力学第二定律的另一种表述一、热力学第二定律的基本考查例 1 根据热力学第二定律可知，下列说法中正确的是( )A不可能从单一热源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，只有单一的热源，能将从单一热源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制冷系统将冰箱里
6、的热量传给外界较高温度的空气，而不引起其他变化D不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化解析 热力学第二定律揭示了与热现象有关的物理过程的方向性，机械能和内能的转化过程具有方向性，机械能可以全部转化为内能，而内能要转化为机械能必须借助外部的帮助，即会引起其他变化，A 选项正确，B 选项错误；热传递过程也具有方向性，热量能自发地从高温物体传给低温物体，但是热量要从低温物体传到高温物体，必然要引起其他变化(外界对系统做功)，故 C 选项错误，D 选项正确答案 AD二、两个热力学定律的比较、应用例 2 关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述正确的是( )A热力学第一定律指出内能可
7、以与其他形式的能相互转化，而热力学第二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式的能，故这两条定律是相互矛盾的B内能可以全部转化为其他形式的能，只是会产生其他影响，故两条定律并不矛盾C两条定律都是有关能量转化的规律，它们不但不矛盾，而且没有本质区别D其实，能量守恒定律已经包含了热力学第一定律和热力学第二定律解析 热力学第一定律是能量守恒在热现象中的体现，而热力学第二定律则指出内能和其他形式能发生转化的方向性，两者并不矛盾，选项 A、C、D 错误，B 正确答案 B例 3 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违背了热力学第二定律C机械能不能全部转变为内能D内能不可能全部转化为机械能
8、，而不产生其他影响答案 BD三、热力学第二定律的微观意义和熵增加原理例 4 下列关于热力学第二定律微观意义的说法正确的是( )A从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律B一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行C有的自然过程沿着分子热运动无序性增大的方向进行，有的自然过程沿着分子热运动无序性减小的方向进行D在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵会减小解析 热力学第二定律是一个统计规律，A 对；从热力学第二定律的微观本质看，一切不可逆过程总是沿着大量分子热运动无序程度增大的方向进行，B、C 错；任何自然过程总是朝着无序程度增大的方向进行，也就是熵增加的方向进行，故 D 错所以选 A.
9、答案 A1(热力学第二定律)下列说法中正确的是( )A一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性B一切不违反能量守恒定律的物理过程都是可能实现的C由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行D一切物理过程都不可能自发地进行答案 AC解析 热力学第二定律指出了热现象的方向性，而同时也指出了发生这些单一方向的过程的条件自发2(热力学定律的应用)下列说法中错误的是( )A第一类永动机不可能制成，因为它违背了能量守恒定律B第二类永动机不可能制成，因为它违背了能量守恒定律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答案 B解析 第一类永动机违背了能量守恒定律，第二类永动机违背
10、了热力学第二定律，故选项 A正确，选项 B 错误；热力学第一定律与热力学第二定律相辅相成，互相独立，选项 C 正确；热力学第二定律的两种表述是等效的，选项 D 正确故选 B 项3(热力学第二定律的微观意义)关于热力学第二定律的微观意义，下列说法正确的是( )A大量分子无规则的热运动能够自动转变为有序运动B热传递的自然过程是大量分子从无序运动状态向有序运动状态转化的过程C热传递的自然过程是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程D一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行答案 CD解析 分子热运动是大量分子的无规则运动，系统的一个宏观状态包含着大量的微观状态，这是
11、一个无序的运动，根据熵增加原理，热运动的结果只能使分子热运动更加无序，而不是变得有序热传递的自然过程从微观上讲就是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程4(熵)下列关于熵的说法中错误的是( )A熵是系统内分子运动无序性的量度B在自然过程中一个孤立系统的熵总是增加或不变的C热力学第二定律也叫做熵减小原理D熵值越大代表着越无序答案 C解析 一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行，这就是热力学第二定律的微观意义系统的热力学过程就是大量分子向无序程度大的状态变化的过程自然过程的方向性可以表述为：在任何自然过程中，一个孤立系统的熵值不会减小，因此热力学第二定律又称为
12、熵增加原理因此 A、B、D 说法正确，C 说法错误题组一 热力学第二定律的基本考查1下列说法不正确的是( )A热量能自发地从高温物体传给低温物体B热量不能从低温物体传到高温物体C热传导是有方向性的D气体向真空的自由膨胀的过程是有方向性的答案 B解析 如果是自发的过程，热量只能从高温物体传到低温物体，但这并不是说热量不能从低温物体传到高温物体，只是不能自发地进行，在外界条件的帮助下，热量也能从低温物体传到高温物体，选项 A、C 正确，B 错误；气体向真空的自由膨胀的过程也是不可逆的，具有方向性，选项 D 正确，故选 B 项2关于热机的效率，下列说法正确的是( )A有可能达到 80%B有可能达到
13、100%C有可能超过 80%D有可能超过 100%答案 AC解析 由热力学第二定律可知，不可能从单一热源吸热并把它全部用来做功，而不产生其他影响，所以热机的效率永远也达不到 100%.3下列过程中可能发生的是( )A某种物质从高温热源吸收 20kJ 的热量，全部转化为机械能，而没有产生其他任何影响B打开一高压密闭容器，其内气体自发溢出后又自发跑进去，恢复原状C利用其他手段，使低温物体温度更低，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答案 C解析 根据热力学第二定律，热量不可能从低温物体自发地传递给高温物体，而不引起其他的影响，但通过一些物理手段是可以实现的，故 C 项正
14、确；要使内能全部转化为机械能必定要引起其他变化，故 A 项错；气体膨胀具有方向性，故 B 项错；扩散现象也有方向性，故 D项错4下列说法中正确的是( )A功可以完全转化为热量，而热量不可以完全转化为功B热机必须具有两个热库，才能实现热功转化C热机的效率不可能大于 1，但可能等于 1D热机的效率必定小于 1答案 D解析 本题要求全面领会开尔文表述的含义，同时注意语言逻辑性开尔文表述没有排除热量可以完全转化为功，但必然要产生其他影响，比如气体等温膨胀过程，气体内能完全转化为功，但气体体积增大了，A 错误；开尔文表述指出，热机不可能只有单一热库，但未必就是两个热库，可以具有两个以上热库，B 错误；由
15、 可知，热机效率必定小于 1，故 CQ1Q2Q1错误，D 正确5用两种不同的金属丝组成一个回路，接触点 1 插在热水中，接触点 2 插在冷水中，如图1 所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象关于这一现象，正确的说法是( )图 1A这一实验过程不违反热力学第二定律B在实验过程中，热水一定降温、冷水一定升温C在实验过程中，热水内能全部转化成电能，电能则部分转化成冷水的内能D在实验过程中，热水的内能只有部分转化成电能，电能则全部转化成冷水的内能答案 AB解析 温差发电现象中产生了电能是因为热水中的内能减少，一部分转化为电能，一部分传递给冷水，转化效率低于 100%，不违反热力学第二定律，热水
16、温度降低，冷水温度升高，故选项 A、B 正确，C、D 错误题组二 两个热力学定律的比较、应用6关于热力学定律，下列说法正确的是( )A第二类永动机违背能量守恒定律B物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功C吸收了热量的物体，其内能一定增加D压缩气体总能使气体的温度升高答案 B解析 第二类永动机违背热力学第二定律，A 错误；物体从单一热源吸收的热量可以全部用来对外做功，只不过会引起其他变化，B 正确；内能的变化决定于做功和热传递两个方面，单纯吸收热量或者对物体做功，物体的内能都不一定增加，C、D 错误7根据热力学定律，下列说法中正确的是 ( )A电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递B空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量C科技的进步可以使内
