高中物理 第4章 热力学定律与能量守恒 4.3 热力学第二定律 4.4 描述无序程度的物理量教师用书 沪科版选修3-3-沪科版高二选修3-3物理学案VIP免费

4．3热力学第二定律4．4描述无序程度的物理量学习目标知识脉络1.知道热传递及宏观过程的方向性．(重点)2．理解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．(重点、难点)3．明确什么是有序和无序，理解热力学第二定律的微观意义．(难点)4．了解熵的概念.热力学第二定律[先填空]1．自然过程的方向性(1)热传递具有方向性：热量能够自发地从高温物体传到低温物体，却不可能自发地从低温物体传到高温物体．(2)一切自发过程都是有方向性的，是不可逆的．2．热机(1)定义：一种把内能转化为机械能的装置．(2)理想热机的工作原理：热机从热源吸收热量Q1，推动活塞做功W，然后向低温热源(冷凝器)释放热量Q2.(3)效率：由能量守恒定律知：Q1＝W＋Q2，而我们把热机做的功W和它从热源吸收的热量Q1的比值叫做热机效率，用η表示，即η＝.(4)热机不可能把它得到的全部内能转化为机械能，即效率不可能达到100%.3．热力学第二定律(1)克劳修斯表述：不可能使热量从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化．此表述揭示出热传递具有方向性．(2)开尔文表述：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．此表述揭示出能量在转化过程中具有方向性．(3)第三种表述：第二类永动机是不可能制成的．[再判断]1．温度不同的两个物体接触时，热量会自发地从低温物体传给高温物体．(×)12．热传导的过程是具有方向性的．(√)3．热量不能由低温物体传给高温物体．(×)[后思考]热量能自发地从高温物体传给低温物体，我们所说的“自发地”指的是没有任何的外界影响或者帮助．电冰箱是让“热”由低温环境传递到高温环境．这是不是自发进行的？说明理由．图431【提示】电冰箱能够把热量从低温物体传给高温物体，在该过程中电冰箱要消耗电能．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，使其温度逐渐升高．1．对热力学第二定律的理解(1)克劳修斯表述指明热传递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递过程是不可逆的．(2)开尔文表述中的“单一热源”指温度恒定且均匀的热源．“不引起其他变化”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．其物理实质揭示了功变热过程是不可逆的．(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．2．热力学第二定律与热力学第一定律的关系(1)关于滑动摩擦力做功：热力学第一定律中，滑动摩擦力做功可以全部转化为热．热力学第二定律却说明这一热量不可能在不引起其他变化的情况下完全变成功．(2)关于热量的传递：热力学第一定律说明热量可以从高温物体自动传到低温物体，而热力学第二定律却说明热量不能自动地从低温物体传向高温物体．(3)关于能量：热力学第一定律说明在任何过程中能量必守恒，热力学第二定律却说明并非所有能量守恒过程均能实现，能量转化或转移有方向性．(4)两定律的关系：热力学第一定律是和热现象有关的物理过程中能量守恒的特殊表达形式，说明功及热量与内能改变的定量关系；而第二定律指出了满足能量转化与守恒的过程不一定都能进行，指出过程进行具有方向性．其实质是一切变化过程的自然发展方向不可逆，除非靠外界影响．所以二者相互独立，又相互补充．3．第二类永动机的特点(1)定义：只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响的热机．(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源，热机要不断地把吸取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源．很显然，如果第二类永动机能制成，那么就可以利用空气或海洋作为热源，从它们那里不断吸取热量而做功，这是最经济不过的，因为海洋的内能实际上是取之不尽的．4．两类永动机的比较2分类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...