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1、10.4热力学第二定律,第十章热力学定律 ,教学目标,知识与技能 1.了解热传递过程的方向性。 2.知道热力学第二定律的两种不同的表述，以及这两种表述的物理实质。 3.知道什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可能制成。 过程与方法 1热力学第二定律的表述方式与其他物理定律的表述方式有一个显著不同，它是用否定语句表述的。 2热力学第二定律的表述不只一种，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，学习本节时注意这一方法。,情感、态度与价值观 通过学习热力学第二定律，可以使学生明白热机的效率不会达到100%，我们只能想办法尽量提高热机的效率，但不能渴求达到100%。
2、自然界发生的一切过程中的能量都是守恒的，但不违背能量守恒定律的宏观过程并都能发生。 【重点、难点分析】： 重点：热力学第二定律两种常见的表述。 难点：1.热力学第二定律的开尔文表述。 2.自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。 【课时安排】： 1课时 【教具准备】： 教师：多媒体课件，一个电冰箱模型，一盆凉水，准备一个酒精灯和一个铁块，铁钳。 学生：课前预习课文，在家观察自家的电冰箱。,问题提出： 我们在初中学过，当物体温度升高时，就要吸收热量；当物体温度降低时，就要放出热量。而且热量公式Q = cmt，这里有一个有趣的问题：地球上有大量的海水,它的总质量约为1.41018 t ,
3、如果这些海水的温度降低0.1oC,将要放出多少焦耳的热量?海水的比热容为C=4.2103J/(kg),放出5.81023J的热量，这相当于1800万个核电站一年的发电量,热量从温度高的物体自发地传给温度低的物体,“自发地”，指的是没有任何外界的影响或帮助。,有没有可能发生这样地现象，热量自发地从低温物体传给高温物体，使低温物体的温度越来越低，高温物体的温度越来越高。,电冰箱内部的温度比外部低，为什么致冷系统还能够不断地把冰箱内的热量传给外界的空气？,这是因为电冰箱消耗了电能，对致冷系统做了功。一旦切断电源，电冰箱就不能把其内部的热量传给外界的空气了。相反，外界的热量会自发地传给电冰箱，使其温度
4、逐渐升高。,某种变化有自动发生的趋势，一旦发生就无需借助外力，可以自动进行，这种变化称为自发变化。,自发变化的共同特征不可逆性 任何自发变化的逆过程是不能自动进行的。,贮藏的食品,大气,电冰箱制冷系统,做功, 热量却不能自发地从低温物体传向高温物体, 要将热量从低温物体传向高温物体，必须有外界的影响和帮助，就是要有外界对其做功才能完成,热传导的方向性：两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体；要实现相反过程，必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起其他变化。,结论:热力学第二定律的一种表述:热量不能自发地从低温物体传到高温物体。这是热力学第二定律的克劳修斯表述。,热力
5、学第二定律的克劳修斯表述实质上就是：热传递过程是不可逆的。,（按照热传递的方向性来表述的）,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。,？,降温,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,思考讨论下列问题：,1.前面我们学习了第一类永动机，不能制成的原因是什么？,（违背了能量守恒）,2.热机是一种把什么能转化成什么能的装置？,(热机是一种把内能转化成机械能的装置),3.热机的效率能否达到100%？,(热机的效率不能达到100%),以内燃机为例，气缸
6、中的气体得到燃烧时产生的热量为Q1，推动活塞做工W，然后排出废气，同时把热量Q2散发到大气中，,由能量守恒定律可知：Q1 = W + Q2,我们把热机做的功W和它从热源吸收的热量Q1的比值叫做热机的效率，用表示,=W / Q1,实际上热机不能把得到的全部内能转化为机械能，热机必须有热源和冷凝器，热机工作时，总要向冷凝器散热，不可避免的要由工作物质带走一部分热量Q2，所以有：Q1W,因此，热机的效率不可能达到100%，汽车上的汽油机械效率只有20%30%，蒸汽轮机的效率比较高，也只能达到60%，即使是理想热机，没有摩擦，也没有漏气等能量损失，它也不可能把吸收的热量百分之百的转化成机械能，总要有一
7、部分散发到冷凝器中。,热转换为功的过程也是不可逆的，具有方向性。,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成内能，但内能却不能全部转化成机械能，同时不引起其他变化。,不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功,而不产生其他影响。,热力学第二定律的开尔文表述,（机械能与内能转化具有方向性）,第二类永动机：人们把想象中能够从单一热源吸收热量，全部用来做功而不引起其他变化的热机叫做第二类永动机。 第二类永动机不可能制成,定律的两种表述,两种表述是等价的 可以从一种表述导出另一种表述，两种表述都称为热力学第二定律 热力学第二定律的意义 1）提示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，是独立于热力
8、学第一定律的一个重要自然规律 2）对生活实践的指导作用,热力学第二定律揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性。（自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性）。,不管如何表述，热力学第二定律的实质在于揭示了：一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。,违背热力学第一定律的过程都不可能发生。,不违背热力学第一定律的过程不一定都可以发生。,自然过程是按一定方向进行的。,2、扩散现象有方向性,“气体向真空中绝热自由膨胀的过程是不可逆的”,3、能量转化有方向性,功 热：可自动进行 (如摩擦生热、焦耳实验),热 功：不可自动进行 (焦耳实验中，不可能水温自动降低推动叶片而使重物升高),它们都不可能制
9、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虽不违反能量守恒定律，但违背了跟热现象相联系的宏观过程具有方向性的自然规律。,第一类永动机和第二类永动机比较,热力学第一定律和热力学第二定律,热力学第一定律和热力学第二定律是构成热力学知识的理论基础，前者对自然过程没有任何限制，只指出在任何热力学过程中能量不会有任何增加或损失，反映的是物体内能的变化与热量、做功的定量关系；后者则是解决哪些过程可以自发地发生，哪些过程必须借助于外界条件才能进行。,例题分析：,例1根据热力学第二定律，下列判断正确的是 A. 电流的能不可能全部变为内能 B在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变为电能 C热机
10、中，燃气内能不可能全部变为机械能 D在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温度物体,解析根据热力学第二定律可知，凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，电流的能可全部变为内能(由电流热效应中的焦耳定律可知)，而内能不可能全部变成电流的能机械能可全部变为内能，而内能不可能全部变成机械能，在热传导中，热量只能自发地从高温物体传递给低温物体，而不能自发地从低温物体传递给高温物体，所以选项B、C、D正确,例2.如图所示文艺复兴时期意大利的达芬奇造了一个永动机装置。他设计时认为，右边的重球比左边的重球离轮心更远些，在两边不均衡的作用下会使轮子沿箭头方向转动不息 ( ) A这是第一类永动机 B这是第
11、二类永动机 C它不可能成功，因为违反能的转化及守恒定律 D它不可能成功，因为违反热力学第二定律,AC,例3.下列说法正确的是 ( ) A在自然条件下，热传递的过程是不可逆的 B热量不可能由高温物体传递给低温物体 C气体的扩散过程具有方向性 D一切形式能量转化都不具有方向性,AC,例4.下列说法中可行的是 ( ) 将地球上所有海水的温度降低0.1，以放出大量内能供人类使用 制造一种机器，把物体与地面摩擦所产生的热量全部收集起来再全部加以使用 建造一只可以从海洋中提取热量的船，把热量转化为机械能，驱动螺旋桨旋转 制造一种效率为100的热机 A.可行 B可行 C可行 D都不可行,D,例5.根据热力学
12、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，而不引起其它变化 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，而不引起其它的变化的热机是可实现的 C致冷系统能将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气中而不引起其它变化 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,AD,例6.关于第二类永动机，下列说法中正确的是 ( ) A它既不违反热力学第一定律，也不违反热力学第二定律 B它既违反了热力学第一定律，也违反了热力学第二定律 C它不违反热力学第一定律，只违反热力学第二定律 D它只违反热力学第一定律，不违反热力学第二定律,C,例7
13、.根据热力学定律和分子动理论，可知下列说法中正确的是（ ） A我们可以利用高科技手段，将流散到周围环境中的内能重新收集起来加以利用而不引起其它变化 B利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，这在原理上是可行的 C分子间的作用力总是随分子间的距离增大而减小 D温度升高时，物体中每个分子的运动速率都将增大,B,； http:/www.jiyou.tv/ 基友网 vag03wdv 瞬间涌上了大家的心头少顷，耿老爹拿起扁担，对耿正兄妹三人说：“走吧。估计等着渡江的人不少呢，咱们得赶早。”耿老爹挑起箩筐，耿正兄妹三人各背起一卷行李，踏着坑坑洼洼的泥泞路，异常艰难地
14、一步一步朝着汉口镇东南方向的长江渡口走去当日头缓慢地移动到中天时，耿家父子四人终于来到了长江渡口上。到了这里才发现，渡口上排队等待过江的人非常多，全部都是锅碗瓢盆拖家带口的，但秩序尚好。父子四人顺序排到队尾，疲惫地靠在行李上歇息着。此时，久违的正午艳阳不适时宜地放射着炙热的光线，更让逃难的人们感到异常的心力交瘁。江面上，几艘渡船不断地往返送客。前面的人们陆续上船了，后面的人们就顺序往前挪一点儿。疲惫不堪的人们有的靠在自家的行李上打盹，还有的干脆就铺一点儿草席什么的躺在潮湿的岸边睡着了。不远处，官府正在组织几百号人的队伍在前几天发生决口的地方重新打桩筑堤，劳动的口号声此起彼伏，但听起来却不免让人
15、有一种无以言表的悲壮感觉。想着肆虐的洪水给汉口镇造成的巨大损害，耿家兄妹三人无论如何也不愿意用美丽这个字眼来形容眼前的这条滔滔大江了。他们只是有点儿麻木地坐在长江边上，无奈地望着眼前仍然还非常宽阔的江面，耐心地等待过江。虽然“耿记粮油零售店”的一切依然还那么清晰地留在他们的心里，甚至有点儿不相信她已经永远地消失了，但他们必须得面对这无情的现实，必须得在炎热与疲惫中经过漫长的等待，渡过这条无情的长江去。因为爹说了，他们的希望只能是在江南了耿老爹关照兄妹三个是否吃点儿干粮，大家都摇摇头。他又说“那就喝点儿水吧，别上火了。”于是，大家都喝了点儿水继续等待。在日头偏西的时候，终于轮到耿家父子们上船了。
16、由于想要过江的人太多，船家为了多赚取渡运费，就尽量地满载运渡，所以渡船上显得非常拥挤。好在时间不长，就顺利地渡过去了。下了渡船就到了武昌镇的境界了。武昌镇实际上比汉口镇还要繁华得多，只是最近几天渡江过来的人太多，估计已经是不堪重负了。走出渡口后，耿老爹向一位黑红脸膛，壮壮实实的脚夫打听：“请问，附近可有客栈可以借宿吗？”这位脚夫连连摇摇头，说：“没有没有。甭说附近了，就是整个武昌镇上，所有的客栈恐怕也都已经住满了！”看看父子四人肩挑背扛的疲惫模样，脚夫又说：“可需要我去招呼几个兄弟替各位往哪里送一送行李？”耿老爹忙说：“谢谢，不用了。您去忙吧！”脚夫转身走了。耿老爹抬头看看天色，对耿正兄妹三人说：“天儿快黑了，咱们得赶快进镇，无论如何也得寻找到一个可以临时栖身的场所！”父子四人一路走来，沿途看到很多从江北渡船过来的人，一个个都无精打采灰头土脸,
