高中物理 3.4热力学第二定律学案含解析粤教版选修33

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1、 学案4热力学第二定律学习目标定位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1气体膨胀对外界做功2不同物质能够彼此进入对方的现象叫扩散现象3能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变，这就是能量守恒定律 一、热传导的方向性1热量可以自发地从高温物体传给低温物体2热量不可能自发地从低温物体传给高温

2、物体3热传导过程具有方向性.二、机械能和内能转化过程的方向性1机械能和内能转化过程具有方向性，即机械能全部转化为内能的过程是可以自发进行的，内能全部转化为机械能的过程，是不能自发进行的，要将内能全部转化为机械能，必然会引起其他影响2第二类永动机：(1)定义：从单一热源吸热全部用来做功，而不引起其他变化的热机(2)第二类永动机不可能制成的原因是从单一热源吸热把内能全部转化为机械能而不引起其他变化是不可能的三、热力学第二定律1第一种表述(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或者说，不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化显然这是按照热传导的方向性来表述的2第二种表述

3、(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，而不引起其他变化这是按照机械能与内能转化过程的方向性来表述的四、热力学第二定律的微观实质1从微观上来说，机械能转化为内能的过程，是大量分子的有序运动朝无序运动的方向转化的过程2热传导过程是使物体内部分子的热运动由比较有序的状态向无序的状态转化的过程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五、熵意义：描述物体的无序程度，物体内部分子热运动无序程度越高，物体的熵就越大.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，热量会自发地从高温物体传给低温物体，结果使高温物体的温

4、度降低，低温物体的温度升高，这一过程可逆吗？答案不可逆要点提炼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

5、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

6、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，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，但违背了跟热现象有关的宏观过程具有方向性的自然规律三、热力学第二定律的微观实质1对热力学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

7、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规则的热运动自发地转变为有序的运动2对热传递过程的微观解释从微观上看，热传递的过程中，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，其逆过程不能自发地进行3微观意义大量分子无序运动状态变化的方向总是向无序性增大的方向进行，即一切自发过程总是沿着无序性增大的方向进行四、熵增加原理1在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小如果过程可逆，则熵不变；如果过程不可逆，则熵增加2热力学第二定律也叫熵增加原理(填“增加”或“减少”)一、热力学第二定律的基本考查例1(单选)关于热力学第二定律，下

8、列说法正确的是()A热力学第二定律是通过实验总结出来的实验定律B热力学第二定律是通过大量自然现象的不可逆性总结出来的经验定律C热力学第二定律是物理学家从理论推导出来的结果D热力学第二定律没有理论和实验的依据，因此没有实际意义解析热力学第二定律是物理学家通过对大量自然现象的分析，又总结了生产和生活经验得到的结论，是一个经验定律，它并不能通过理论和实验来证明，但它符合客观事实，因此是正确的它揭示了热现象宏观过程的方向性，使人们认识到第二类永动机不可能制成，对我们认识自然和利用自然有着重要的指导意义答案B二、两个热力学定律的比较、应用例2(单选)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(

9、)A热力学第一定律指出内能可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(双选)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

10、可能全部转化为机械能，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(双选)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

11、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答案CD例5(单选)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熵增加原理因此A、B、D说法正确，C说法错误答案C1(热力学第二定律)(双选)下列说法中正确的是()A一切涉及热现象的宏观

12、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)(单选)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

13、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)(单选)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答案A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.4(熵)(双选)对于孤立体系中发生的实际过程，下列说法中正确的是()A系统的总熵只能增大，不可能减小B系统的总熵可能增大，可能不变，还可能减小C系统逐渐从比较有序的状态向更无序的状态发展D系统逐渐从比较无序的状态向更加有序的状态发展答案AC解析在孤立体系中发生的实际过程，其系统的总熵是增加的，它不可能减小，故选项A正确，B错误根据熵增加原理，该系统只能是从比较有序的状态向更无序的状态发展，故选项C正确，D错误