2020-2021學(xué)年新教材高中物理第三章熱力學(xué)定律4熱力學(xué)第二定律學(xué)案新人教版選擇性必修32021

1、熱學(xué)二律必備知識(shí)素養(yǎng)奠基一、熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述熱傳的向:切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都不可的熱力第定的勞修表:國(guó)物理學(xué)家克勞修斯在 1850 年出熱不能自發(fā)地從 低物體傳高物體。力學(xué)第二定律的克勞修斯表,闡述的是傳熱的方性二、熱力學(xué)第二定律的開爾文表述熱機(jī)(1)熱機(jī)工作的兩個(gè)階段:第一個(gè)段是燃燒燃料把燃料中化學(xué)能成工作物質(zhì)內(nèi)能第 二個(gè)階段是工作物質(zhì)對(duì)外做功把己的內(nèi)能變機(jī)能(2)熱機(jī)用于做功的熱量一小于從高溫?zé)釒煳盏臒崃?。開爾表 :不可從單一熱庫吸收熱量使之完全變功,而產(chǎn)生其他影響。 (該述闡 述了機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向)關(guān)鍵能力素養(yǎng)形成一 熱學(xué)第二定律的應(yīng)用單一庫:指溫度均勻并且恒

2、定不變的系統(tǒng)。若一系統(tǒng)各部分溫不相同或者溫度不穩(wěn)定則成機(jī)器的工作物質(zhì)可以在不同溫度的兩部分之間工,從而可以對(duì)外做功。據(jù)報(bào)道有些國(guó)家已在研究利用海水上下溫度不同來發(fā)電。其他響:(1)除了從單一熱庫吸收的熱量以及所做的功以外的其他一切影響。(2)除了從低溫物體吸收熱量、高溫物體得到熱量,他一切影響和變化。關(guān)于不能: 際上熱機(jī)或制冷機(jī)系統(tǒng)循環(huán)終了時(shí) ,除從單一熱庫吸收熱量對(duì)外做功 ,以及熱量從低溫?zé)釒靷鞯礁邷責(zé)釒煲酝?,過程產(chǎn)生的其他一切影響 ,不論任何曲折復(fù)雜的 辦法都不可能加以消除。適用件只能用于由很大數(shù)目分子所構(gòu)成的系統(tǒng)及有限范圍內(nèi)的宏觀過程 ,而不適用于 少量的微觀體系,也不能把它擴(kuò)到無限的

3、宇宙。- 1 -【思考討論】如圖是熱量在傳遞過程中的情景。討論:(1)在自然過程中熱量是如何傳遞?提示:熱量由溫度高的物體傳遞溫度低的物,由溫度高的地方傳遞到溫度低的地方。 (2)空調(diào)和冰箱是如何傳遞熱量?提示 :空和冰箱可以通過電機(jī)功 ,把熱從溫度比較低的房間內(nèi)或冰箱內(nèi)傳遞到房間外或 冰箱外?！镜淅痉丁?多選下列關(guān)于宏觀物體的熱現(xiàn)的說法中正確的( )A.一切涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都有方向性B.一切不違背能量守恒定律的物過程都是可能實(shí)現(xiàn)的C.由熱力學(xué)第二定律可以判斷物過程能否自發(fā)進(jìn)行D.一切物理過程都不可能自發(fā)地行E.功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬膶?shí)際宏觀過程是可逆的【解析】選 A、E。熱力學(xué)第定律是反映宏觀自

4、然過程的方向性的定,熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體 ,但以自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體 ;并不是所有符合能量守恒定律的宏觀過程都能實(shí)現(xiàn),故 A、C 正確B、D 錯(cuò)誤一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都是不可逆 的故 E 正確?！菊`區(qū)警示對(duì)熱力學(xué)第二定律理解的兩個(gè)誤區(qū)(1)誤認(rèn)為熱量只能由高溫物體傳到低溫物,不能由低溫物體傳到高溫物體。熱量可以由高溫物體傳到低溫物體 ,也可由低溫物體傳到高溫物體 ; 但 ,前者可以自發(fā)完 成而者則必須有外界參與。(2)誤認(rèn)為機(jī)械能可以完全轉(zhuǎn)化為內(nèi),而內(nèi)能不能完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。機(jī)械能可以完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 ,內(nèi)能可以完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 ;但是前者以不產(chǎn)生其他影響 , 而后

5、者一定會(huì)產(chǎn)生其他影響。- 2 -【素養(yǎng)訓(xùn)練】(多選用兩種不同材料的金屬絲成一個(gè)回,接觸點(diǎn) 插在水,接點(diǎn) 2 插冷水中如圖所示電計(jì)指針會(huì)發(fā)生偏,就是溫差發(fā)電現(xiàn)象。關(guān)于這一現(xiàn)象的正確說法( )A.這一實(shí)驗(yàn)不違背熱力學(xué)第二定B.在實(shí)驗(yàn)過程,熱水溫度降,水溫度升高C.在實(shí)驗(yàn)過程,熱水的內(nèi)能全轉(zhuǎn)化成電電能則部分轉(zhuǎn)化成冷水的內(nèi)能D.在實(shí)驗(yàn)過程,熱水的內(nèi)能只部分轉(zhuǎn)化成電,能則全部轉(zhuǎn)化成冷水的內(nèi)能【解析選 A。然界中的任自然現(xiàn)象或過程都不違反熱力學(xué)定,本實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象也不違反熱力學(xué)第二定律,A 正確;整個(gè)過中能量守恒且傳熱有方向,B 正確在驗(yàn)過程中,熱水中的內(nèi)能除轉(zhuǎn)化為電能外 ,還升了金屬絲的溫度 內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化

6、為電能 ; 電除轉(zhuǎn)化為冷 水的內(nèi)能外還高了金屬絲的溫,能不能全部轉(zhuǎn)化為冷水的內(nèi),C、D 錯(cuò)誤。【補(bǔ)償訓(xùn)練】(多選下列現(xiàn)象不可能發(fā)生的( )A.在一與外界絕熱的房間,將臺(tái)正在工作的電冰箱的門打,能該房間降溫B.蒸汽機(jī)把蒸汽的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化機(jī)械能C.一個(gè)在粗糙的水平地面上運(yùn)動(dòng)物體最終要停下,物體的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能D.在熱傳導(dǎo)中熱量可以自發(fā)地高溫物體傳向低溫物體【解析選 A。一與外界絕的房間,一臺(tái)正在工作的電冰箱的門打開,消耗了電能,產(chǎn)生了焦耳,所以房間溫度不僅不能降低還會(huì)升故 不可發(fā);蒸汽機(jī)把蒸汽的內(nèi)能不可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械,轉(zhuǎn)化過程中必然存在能量耗,故 B 不能發(fā)生一個(gè)在粗糙的水平地面上運(yùn)動(dòng)的物體

7、最終要停下來 ,物體的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 ,C 可發(fā)生 ;在傳導(dǎo)中,熱量可 以自發(fā)地從高溫物體傳向低溫物,D 可能生。二 熱和第二類永動(dòng)機(jī)熱機(jī)特:- 3 -(1)熱機(jī)不僅僅只有一個(gè)熱庫。(2)熱機(jī)的效率不可能達(dá)到 100%第二永機(jī)能成的因違了熱力學(xué)第二定不違反能量守恒定)。第二永機(jī)能成的義(1)機(jī)械能可全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能,但能不能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。(2)機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性。(3)兩類永動(dòng)機(jī)的比較。第一類永動(dòng)機(jī) :不消耗任何能量,以不斷做功 (只給予很小的能量啟動(dòng)后 ,可永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下 去。第二類永動(dòng)機(jī) :將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化機(jī)械能 而不起其他變化 (或只有一個(gè)熱源 ,實(shí)現(xiàn)內(nèi)能與機(jī) 械能的轉(zhuǎn)化。

8、【思考討論】如圖所示是制冷機(jī)和熱機(jī)的工作過程示意,在圖片基礎(chǔ)上思考以下問題:討論:(1)制冷機(jī)工作時(shí)熱量是自發(fā)地從低溫?zé)釒靷鞯礁邷責(zé)釒?(2)熱機(jī)工作時(shí)是否將從高溫?zé)釒煳盏臒崃咳坑脕碜?提示:(1)不。熱量從低溫?zé)釒靷鞯礁邷責(zé)釒鞎r(shí)需要有外界做功。(2)否。熱機(jī)工作時(shí)只將從高溫?zé)釒煳諢崃康囊徊糠钟脕碜?剩的釋放到低溫?zé)釒臁?【典例示范】在熱學(xué)中下列說法正確的是 ( )A.第一類永動(dòng)機(jī)不可制成是由于違背了能量守恒定律B.第二類永動(dòng)機(jī)不可制成是由于違背了能量守恒定律C.熱力學(xué)第二定律告訴我們機(jī)械可以轉(zhuǎn)化為內(nèi)能而內(nèi)能不能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能D.熱量只能從高溫物體傳向低溫,而不能從低溫物體傳向高溫物體-

9、4 -【解析】選 A。不消耗能量而不對(duì)外做功的第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制成,因?yàn)樗`背了能量守恒定律故 A 正確從一熱庫吸收熱量而對(duì)外做功的第二類永動(dòng)機(jī)不違反能量守恒定,但違反了熱力學(xué)第二定律,故 B 錯(cuò);熱力學(xué)第二定律告訴我們機(jī)械能可以轉(zhuǎn)化為內(nèi),而內(nèi)能在“一定的條件下”也能轉(zhuǎn)化為機(jī)械故 誤;量能從高溫物體傳向低溫物,在“一定 的條件下”也能從低溫物體傳向高溫物體。故 誤?！舅仞B(yǎng)訓(xùn)練】1.(多選關(guān)于第二類永動(dòng),下說法正確的( A.沒冷凝器 ,只單一的熱源 ,將從單一熱源吸收的熱量全部用來做功 ,而引起其他變 化的熱機(jī)叫作第二類永動(dòng)機(jī)B.第二類永動(dòng)機(jī)違反了能量守恒,所以不可能制成C.第類永動(dòng)機(jī)不可能

10、制成 ,說明械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 內(nèi)能不可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械 能D.第類永動(dòng)機(jī)不可能制成 ,說明械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 內(nèi)能不可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械 能同不引起其他變化【解析】選 A、D。據(jù)第二類永動(dòng)機(jī)的定義可知 正第二類永動(dòng)機(jī)不違反能量守恒定,而是違反熱力學(xué)第二定律,所以 B 錯(cuò)誤。機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi),內(nèi)在引起其他變化時(shí) 可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械, 錯(cuò), 正確2.下列有關(guān)熱學(xué)知識(shí)的論述正確( )A.兩溫度不同的物體相互接觸 ,熱量既能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體 ,也可以自發(fā)地 從低溫物體傳給高溫物體B.無論用什么方式都不可能使能從低溫物體向高溫物體傳遞C.第類永動(dòng)機(jī)違背能的轉(zhuǎn)化和恒定律 ,第二類

11、永動(dòng)機(jī)不違背能的轉(zhuǎn)化和守恒定律 ,隨著科 技的進(jìn)步和發(fā)展,第二類永動(dòng)機(jī)以制造出來D.溫度是物體分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)的標(biāo)志【解析選 D兩溫度不同的體相互接觸,熱量能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物,但不能自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物故 誤在外界的影響,能使能量從低溫物體向高溫物 體傳遞空、冰箱就是這個(gè)原,故 誤第一類永動(dòng)機(jī)違背能的轉(zhuǎn)化和守恒定不能制造出,第二類永動(dòng)機(jī)不違背能的轉(zhuǎn)化和守恒定,但違反了物理過程的方向,同樣不能制造成故 錯(cuò);溫度是物體分子熱運(yùn)動(dòng)激烈程度的反映 , 是物體分熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志 溫越高 ,分子運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能越- 5 -大故 D 正確?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】1.第二類永動(dòng)機(jī)不可以制,是為 )A.違

12、背了能量守恒定律B.熱量總是從高溫物體傳遞到低物體C.機(jī)械能不能全部轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能D.內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械,時(shí)不引起其他變化【解析】選 D。第二類永動(dòng)機(jī)設(shè)雖然符合能量守恒定,但是違背了能量轉(zhuǎn)化中有些過程是 不可逆的規(guī),所以不可能制成。2.(多)如所示為電冰箱的工作原理示意圖 ,壓縮工作時(shí),強(qiáng)迫冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán)。在蒸發(fā)器中制冷劑汽化吸收箱體內(nèi)的熱量 ,經(jīng)冷凝器時(shí)制冷劑液化 ,放出熱量 到箱體外。下列說法正確的是( )A.熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到箱外B.電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地冰箱內(nèi)的熱量傳到外,因?yàn)槠湎牧穗娔蹸.電冰箱的工作原理不違反熱力第一定律D.電冰箱的工作原理違反熱力學(xué)一

13、定律【解析】選 B。據(jù)熱力學(xué)第二定熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物,必須借助于其他系統(tǒng)做功,A 錯(cuò)誤,B 正;力學(xué)第一定律是熱現(xiàn)象中內(nèi)能與其他形式能的轉(zhuǎn)化規(guī),是 能量守恒定律的具體表現(xiàn),適用所有的熱現(xiàn)象故 C 正確D 錯(cuò)誤?！就卣估}考查內(nèi):熱力學(xué)律的綜合應(yīng)用【典例】一種暖兩用型空調(diào)銘牌標(biāo)注輸入功率 1 kW,制冷能力 1.210 kJ/h,制能力1.310 kJ/h。這樣該空調(diào)在制熱時(shí)每消耗 J 電將放出 J 的熱。標(biāo)注是否錯(cuò)誤?【解析空調(diào)制冷、制熱是靠壓縮機(jī)做,過內(nèi)部的制冷劑將熱量從溫度低的地方向溫度高的地方傳遞。在制熱,室內(nèi)溫度室外溫度,熱量不會(huì)自發(fā)地從室外向室內(nèi)傳遞。要實(shí)現(xiàn)- 6 -

14、這一過程就會(huì)引起其他的變化 ,這里的其他變化正是通過壓縮機(jī)做功消耗電能的過程 ,題中放出 3 J 的熱是指將 3 J 的能從室外傳遞到室需消耗 1 J 的能。整個(gè)過程既不違背熱力學(xué)第一定律的能量守,又合熱力學(xué)第二定律的方向性。因此標(biāo)注沒有錯(cuò)誤。 答案:見解析課堂檢測(cè)素養(yǎng)達(dá)標(biāo)1.(多選關(guān)于熱機(jī)的效率下說法正確的( A.有可能達(dá)到 80% B.可能達(dá)到 100%C.有可能超過 80% D.定能達(dá)到 100%【解析選 A。根據(jù)熱力學(xué)第二定,機(jī)效率永遠(yuǎn)也達(dá)不到 。2.關(guān)于能源和能,下列說法正確的( )A.自然界的能量是守恒,所以球上的能源永不枯竭B.能源的利用過程中有能量耗散,以自然界的能量在不斷減少

15、C.能量耗散遵循能量守恒定律D.人類在不斷地開發(fā)和利用新能所以能量可以被創(chuàng)造【解析選 C自界中的能量守恒但地球上的化石能源的存儲(chǔ)量是有限,如果過量開采這些能源就存在能源危, A 錯(cuò)誤能源的利用過程中有能量耗,但自然界中的能量是守恒的所以自然界中的能量會(huì)減故 B 誤C 正確能量既不會(huì)憑空產(chǎn),也不會(huì)憑空消失,它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為他形或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物,故 D 錯(cuò)。3.如所示 ,汽缸內(nèi)盛有一定量理想氣體 ,缸壁是導(dǎo)熱的 缸外境保持恒溫,活與汽缸壁的接觸是光滑,但不漏氣。現(xiàn)將活塞桿與外界連,其緩慢地向右移動(dòng)這樣氣體將等溫膨脹并通過桿對(duì)外做功。若已知理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān) , 則下說法正確

16、的是 ( )- 7 -A.氣體是從單一熱源吸,全用對(duì)外做,因此此過程違反熱力學(xué)第二定律B.氣體從單一熱源吸熱,但并未用來對(duì)外做,所以此過程不違反熱力學(xué)第二定律C.氣體是從單一熱源吸,全用對(duì)外做,但此過程不違反熱力學(xué)第二定律D.A、B 三種說法都不對(duì)【解析選 C熱學(xué)第二定律機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向性來描述是不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功而不引起其他變化。本題中如果沒有外界的幫,比如外力拉動(dòng)活塞桿使活塞向右移動(dòng) ,使氣膨脹對(duì)外做功 , 導(dǎo)致氣體溫度略微降低 是不可能從外界吸收熱量的,即這一過程雖然是氣體單一熱源吸熱 ,全用來對(duì)外做功 ,但起了其他變化 所以此 過程不違反熱力學(xué)第二定律。4.對(duì)于永動(dòng)機(jī)的認(rèn)識(shí),下列說法正確的( )A.第一類永動(dòng)機(jī)和第二類永動(dòng)機(jī)違背了能量守恒定所以都不可能制成B.第類永動(dòng)機(jī)違背了能量守恒律 ,第二永動(dòng)機(jī)沒有違背能量守恒定律 , 因 ,隨科學(xué) 技術(shù)的迅猛發(fā)展,第二類永動(dòng)機(jī)可以制成的C.第類永動(dòng)機(jī)違反了熱力學(xué)第定律 第二永動(dòng)機(jī)違反了熱力學(xué)第二定律 ,這類永動(dòng)機(jī) 都不可能制成D.兩類永動(dòng)機(jī)的實(shí)質(zhì)和工作原理相同,都是人們的美好設(shè),是遠(yuǎn)不會(huì)實(shí)現(xiàn)的?！窘馕鲞x C第類永動(dòng)機(jī)違了能量的轉(zhuǎn)化與守,可能實(shí)現(xiàn)第類永動(dòng)機(jī)不違反能量守恒定律 ,但違反了熱力學(xué)第二律 能在轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過程中要生熱 , 所要引起其他 變化。這兩類永動(dòng)機(jī)都不可能制故