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1、第四第四节节热热力学第二定律力学第二定律2021/8/11 星期三1 核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练知能优化训练知能优化训练第四节第四节课前自主学案课前自主学案课标定位课标定位2021/8/11 星期三2课标定位课标定位学学习习目目标标：1.了解了解热现热现象中宏象中宏观观自然自然过过程的方向性程的方向性2理理解解热热力力学学第第二二定定律律的的两两种种不不同同的的表表述述，以以及及这这两种表述的物理两种表述的物理实质实质3了了解解什什么么是是第第二二类类永永动动机机，为为什什么么第第二二类类永永动动机机不可能制成不可能制成4了解了解熵熵是反映系是反映系统统无序程度的物理量无
2、序程度的物理量重重点点难难点点：1.热热力力学学第第二二定定律律及及所所反反映映出出的的热热现现象象的的宏宏观过观过程的方向性程的方向性2热热力学第二定律中所描述的力学第二定律中所描述的“不不发发生其他生其他变变化化”2021/8/11 星期三3课前自主学案课前自主学案一、一、热传导热传导的方向性的方向性1两两个个温温度度不不同同的的物物体体互互相相接接触触时时，热热量量会会自自发发地地从从_物物体体传传给给_物物体体，但但不不会会自自发发地地从从_物物体体传传给给_物物体体这这说说明明：热热传导过传导过程是有程是有_的的2热热力力学学第第二二定定律律是是一一条条反反映映自自然然界界过过程程进
3、进行行_和和_的的规规律律高温高温低温低温低温低温高温高温方向性方向性方向方向条件条件2021/8/11 星期三4二、机械能和内能二、机械能和内能转转化化过过程的方向性程的方向性1机机械械能能和和内内能能转转化化过过程程具具有有_性性，即即机机械械能能全全部部转转化化为为内内能能的的过过程程是是可可以以_进进行行的的，内内能能全全部部转转化化为为机机械械能能的的过过程程，是是不不能能_进进行行的的，要要将将内内能能全全部部转转化化为为机机械械能能，必必然然会会引引起起其他影响其他影响方向方向自自发发自自发发2021/8/11 星期三52第二第二类类永永动动机机(1)定定义义：从从_吸吸热热全全
4、部部用用来来_，而不引起其他而不引起其他变变化的化的热热机机(2)第第二二类类永永动动机机不不可可能能制制成成原原因因是是它它违违背背了了热热力力学第二定律学第二定律三、三、热热力学第二定律力学第二定律1 第第 一一 种种 表表 述述(克克 劳劳 修修 斯斯 表表 述述)：热热 量量 不不 能能_从从低低温温物物体体传传递递到到高高温温物物体体或或者者说说，不不可可能能使使热热量量由由低低温温物物体体传传递递到到高高温温物物体体，而而不不引引起其他起其他变变化化(按照按照热传导热传导的方向性来表述的方向性来表述)单单一一热热源源做功做功自自动动地地2021/8/11 星期三62第二种表述第二种
5、表述(开开尔尔文表述文表述)：不可能从：不可能从_吸收吸收热热量并把它全部用来量并把它全部用来_，而不引起其他，而不引起其他变变化化(按照机械能与按照机械能与内能内能转转化化过过程的方向性来表述程的方向性来表述)热热力学第二定律的力学第二定律的这这两种表述是等价的两种表述是等价的热现热现象象的宏的宏观过观过程都具有方向性程都具有方向性3自然界中一切与自然界中一切与热现热现象有关的自然象有关的自然过过程都具有程都具有方向性方向性单单一一热热源源做功做功2021/8/11 星期三7思考感悟思考感悟“水水往往低低处处流流”是是一一个个自自发发过过程程，在在无无外外界界影影响响时时，它它的的逆逆过过程
6、程可可否否实实现现？你你由由这这一一自自然然现现象象受受到到什什么启么启发发？提提示示：不不能能实实现现自自然然界界中中出出现现的的自自发发过过程程一一般般都是不可逆的都是不可逆的2021/8/11 星期三83热传递热传递和内能的关系：若物体既不和内能的关系：若物体既不对对外做功，外做功，外界外界对对物体也不做功，当物体从外界吸收物体也不做功，当物体从外界吸收热热量量Q时时，它的内能它的内能_关系式关系式为为Q_；若物；若物体向外放出体向外放出热热量，量，则则Q0，U0，表明内能，表明内能_4热热力学第一定律力学第一定律如果物体跟外界同如果物体跟外界同时发时发生做功和生做功和热传递热传递的的过
7、过程，程，那么，物体内能的增加那么，物体内能的增加U就等于物体就等于物体_的的热热量量Q和和_做的功做的功W之和之和增加增加U减少减少吸收吸收外界外界对对物体物体2021/8/11 星期三9思考感悟思考感悟下列现象中能量是怎样转化的？下列现象中能量是怎样转化的？A水电站发电时，水轮机被水流冲击转动，带动水电站发电时，水轮机被水流冲击转动，带动发电机发电发电机发电B利用地热发电利用地热发电提示：提示：A.机械能转化为电能机械能转化为电能B热能转化为电能热能转化为电能2021/8/11 星期三10四、四、热热力学第二定律的微力学第二定律的微观实质观实质1做做功功是是与与分分子子群群体体的的_运运动
8、动联联系系在在一一起起的的，内内能能是是和和分分子子的的_运运动动联联系系在在一一起起的的机机械械能能转转化化为为内内能能的的过过程程，从从微微观观上上来来说说，是是大大量量分分子子的的_运运动动朝朝_运运动动的的方方向向转转换换的的过过程程，其其相相反反方方向向的的过过程程是是大大量量分分子子从从_运运动动朝朝_运运动动方方向向转转换换的的过过程程有序有序无序无序有序有序无序无序无序无序有序有序2021/8/11 星期三112热热传传导导过过程程是是使使物物体体内内部部分分子子的的热热运运动动由由比比较较_的的状状态态向向_的的状状态态转转化化的的过过程程3热热力学第二定律的微力学第二定律的
9、微观实质观实质与与热热现现象象有有关关的的自自发发的的宏宏观观过过程程，总总是是朝朝着着分分子子热热运运动动状状态态_增加的方向增加的方向进进行的行的五、五、熵熵意意义义：描描述述物物体体的的无无序序程程度度，物物体体内内部部分分子子热热运运动动无序程度越高，物体的无序程度越高，物体的熵熵就越大就越大有序有序无序无序无序性无序性2021/8/11 星期三12核心要点突破核心要点突破一、一、对热对热力学第二定律的微力学第二定律的微观观解解释释1有序和无序有序和无序有有序序：只只要要确确定定了了某某种种规规则则，符符合合这这个个规规则则的的就就叫做有序叫做有序无序：不符合某种确定无序：不符合某种确
10、定规则规则的称的称为为无序无序.无无序序意意味味着着各各处处都都一一样样，平平均均、没没有有差差别别，有有序序则则相反相反有序和无序是相有序和无序是相对对的的2021/8/11 星期三132宏宏观态观态和微和微观态观态宏宏观观态态：符符合合某某种种规规定定、规规则则的的状状态态，叫叫做做热热力力学学系系统统的宏的宏观态观态微微观观态态：在在宏宏观观状状态态下下，符符合合另另外外的的规规定定、规规则则的的状状态态叫做叫做这这个宏个宏观态观态的微的微观态观态系系统统的的宏宏观观态态所所对对应应的的微微观观态态的的多多少少表表现现为为宏宏观观态态无无序序程程度度的的大大小小如如果果一一个个“宏宏观观
11、态态”对对应应的的“微微观观态态”比比较较多多，就就说说这这个个“宏宏观观态态”是是比比较较无无序序的的，同同时时也也决定了宏决定了宏观过观过程的方向性程的方向性从有序到无序从有序到无序2021/8/11 星期三143热热力学第二定律的微力学第二定律的微观观意意义义一一切切自自然然过过程程总总是是沿沿着着分分子子热热运运动动的的无无序序性性增增大大的方向的方向进进行行4熵熵一一个个系系统统的的熵熵是是随随着着系系统统状状态态的的变变化化而而变变化化的的在自然在自然过过程中，系程中，系统统的的熵熵是增加的是增加的在在绝绝热热过过程程或或孤孤立立系系统统中中，熵熵是是增增加加的的，叫叫做做熵熵增增
12、加加原原理理对对于于其其他他情情况况，系系统统的的熵熵可可能能增增加加，也可能减小也可能减小2021/8/11 星期三15从微从微观观的角度看，的角度看，热热力学第二定律是一个力学第二定律是一个统计规统计规律：一个孤立系律：一个孤立系统总统总是从是从熵熵小的状小的状态态向向熵熵大的状大的状态发态发展，而展，而熵值较熵值较大代表着大代表着较为较为无序，所以自无序，所以自发发的宏的宏观过观过程程总总是向无序程度更大的方向是向无序程度更大的方向发发展展2021/8/11 星期三16即即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)1一一个个物物体体在在粗粗糙糙的的平平面面上上滑滑动动，最最后后
13、停停止止系系统统的的熵熵如何如何变变化？化？解解析析：因因为为物物体体由由于于受受到到摩摩擦擦力力而而停停止止运运动动，其其动动能能变变为为系系统统的的内内能能，增增加加了了系系统统分分子子无无规规则则运运动动的的程程度度，使使得得无无规规则则运运动动加加强强，也也就就是是系系统统的的无序程度增加了，所以系无序程度增加了，所以系统统的的熵熵增加增加答案：答案：见见解析解析2021/8/11 星期三17二、热力学第一、第二定律的比较及两类永动机二、热力学第一、第二定律的比较及两类永动机的比较的比较1热力学第二定律与热力学第一定律比较热力学第二定律与热力学第一定律比较规规律律区区别联别联系系热热力
14、学第一定律力学第一定律热热力学第二定律力学第二定律区区别别热热力学第一定律是能量力学第一定律是能量守恒定律在守恒定律在热热力学中的力学中的表表现现，否定了，否定了创创造能量造能量和消和消灭灭能量的可能性，能量的可能性，从而否定了第一从而否定了第一类类永永动动机机热热力学第二定律是关于在有力学第二定律是关于在有限空限空间间和和时间时间内，一切和内，一切和热热现现象有关的物理象有关的物理过过程、化学程、化学过过程具有不可逆性的程具有不可逆性的经验总经验总结结，从而否定了第二，从而否定了第二类类永永动动机机联联系系两定律都是两定律都是热热力学基本定律，分力学基本定律，分别别从不同角度揭示了从不同角度
15、揭示了与与热现热现象有关的物理象有关的物理过过程所遵循的程所遵循的规规律，二者相互独律，二者相互独立，又相互立，又相互补补充，都是充，都是热热力学的理力学的理论论基基础础2021/8/11 星期三182.两类永动机的比较两类永动机的比较分分类类第一第一类类永永动动机机第二第二类类永永动动机机设计设计要求要求不消耗任何能量，不消耗任何能量，可以不断做功可以不断做功(或只或只给给予很小的能量启予很小的能量启动动后，可能永后，可能永远远运运动动下去下去)将内能全部将内能全部转转化化为为机械能，而不引起机械能，而不引起其他其他变变化化(或只有一或只有一个个热热源，源，实现实现内能内能与机械能的与机械能
16、的转转化化)不可不可能的能的原因原因违违背了能的背了能的转转化与化与守恒定律守恒定律违违背了背了热热力学第二力学第二定律定律2021/8/11 星期三19特特别别提提醒醒：热热力力学学第第二二定定律律是是在在提提高高热热机机效效率率的的生生产产实实践践中中发发现现的的，但但它它对对实实践践的的指指导导意意义义却却不不限限于于热热机机它它与与热热力力学学第第一一定定律律一一起起构构成成了了热热力力学学的的主主要要理理论论基基础础除除对对热热学学研研究究外外，其其他他如如在在化化学学反反应应中中，研研究究化化学学能能与与其其他他形形式式能能量量的的转转化化及及各各种种化化学学过过程程进进行行的的条
17、条件件和和方方向向等等都都有有着着重重要要的指的指导导意意义义2021/8/11 星期三20即即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)2(单单选选)关关于于两两类类永永动动机机和和热热力力学学两两个个定定律律，下下列列说说法正确的是法正确的是()A第第二二类类永永动动机机不不可可能能制制成成是是因因为为违违反反了了热热力力学学第一定律第一定律B第第一一类类永永动动机机不不可可能能制制成成是是因因为为违违反反了了热热力力学学第二定律第二定律2021/8/11 星期三21C由由热热力力学学第第一一定定律律可可知知做做功功不不一一定定改改变变内内能能，热热传传递递也也不不一一定定改改变
18、变内内能能，但但同同时时做做功功和和热热传传递递一定会改一定会改变变内能内能D由由热热力力学学第第二二定定律律可可知知热热从从低低温温物物体体传传向向高高温温物物体体是是可可能能的的，从从单单一一热热源源吸吸收收热热量量，完完全全变变成成功也是可能的功也是可能的2021/8/11 星期三22解析：解析：选选D.第一第一类类永永动动机机违违反反热热力学第一定律，力学第一定律，第二第二类类永永动动机机违违反反热热力学第二定律，力学第二定律，A、B错错；由；由热热力学第一定律可知力学第一定律可知W0，Q0，但，但UWQ可以等于可以等于0，C错错；由；由热热力学第二定律可知力学第二定律可知D中中现现象
19、是可能的，但不引起其他象是可能的，但不引起其他变变化是不可能的，化是不可能的，D对对2021/8/11 星期三23课堂互动讲练课堂互动讲练例例例例1 1类型一对热对热力学第二定律的理解及力学第二定律的理解及应应用用(双双选选)下列下列说说法正确的是法正确的是()A热传导热传导的的过过程是有方向性的程是有方向性的B第第二二类类永永动动机机不不可可能能制制成成，因因为为它它违违反反能能量量守守恒定律恒定律C第第二二类类永永动动机机不不可可能能制制成成，因因为为机机械械能能和和内内能能的的转转化化过过程具有方向性程具有方向性D热热力力学学第第二二定定律律表表明明，所所有有的的物物理理过过程程都都具具
20、有有方向性方向性2021/8/11 星期三24【思思路路点点拨拨】理理解解热热力力学学第第二二定定律律的的内内涵涵及及与与热热力学第一定律的区力学第一定律的区别别【精精讲讲精精析析】根根据据热热力力学学第第二二定定律律和和实实验验事事实实都都可可以以说说明明，热热传传导导的的过过程程是是有有方方向向性性的的，热热量量可可以以从从高高温温物物体体自自发发地地传传给给低低温温物物体体，却却不不能能自自发发地地由由低温物体低温物体传给传给高温物体，所以高温物体，所以选项选项A正确正确第第二二类类永永动动机机是是一一种种热热机机，它它希希望望能能够够从从单单一一热热源源吸吸热热全部用来做功而不引起其他
21、任何的全部用来做功而不引起其他任何的变变化，化，这这种种2021/8/11 星期三25设设想想并并不不违违反反能能量量守守恒恒定定律律，但但违违反反热热力力学学第第二二定律，所以定律，所以选项选项B错误错误，选项选项C正确正确热热力力学学第第二二定定律律指指出出了了所所有有与与热热现现象象有有关关的的宏宏观观物物理理过过程程都都具具有有方方向向性性，并并不不是是所所有有的的物物理理过过程程都具有方向性，因此都具有方向性，因此选项选项D的的说说法法错误错误【答案答案】AC2021/8/11 星期三26【规规律律总结总结】热热力学第二定律反映了一个自然力学第二定律反映了一个自然规规律，律，这这就是
22、与就是与热现热现象有关的宏象有关的宏观观物理物理过过程具有程具有方向性，主要是方向性，主要是热传导热传导的方向性和机械能的方向性和机械能转转化化为为内能的方向性由于人内能的方向性由于人们发现这样们发现这样的的规规律是源于律是源于对热对热机的研究，所以定律的表述比机的研究，所以定律的表述比较较抽象，重要抽象，重要的是要通的是要通过过一些一些实实例例认识认识有哪些有哪些现现象表明了能量象表明了能量转转化化过过程的方向性程的方向性2021/8/11 星期三27类型二热热力学第一定律与力学第一定律与热热力学第二定律的力学第二定律的对对比比例例例例2 2(单单选选)关关于于永永动动机机和和热热力力学学定
23、定律律的的讨讨论论，下下列列叙述正确的是叙述正确的是()A第二第二类类永永动动机机违违反能量守恒定律反能量守恒定律B如如果果物物体体从从外外界界吸吸收收了了热热量量，则则物物体体的的内内能能一一定增加定增加C外界外界对对物体做功，物体做功，则则物体的内能一定增加物体的内能一定增加D做做功功和和热热传传递递都都可可以以改改变变物物体体的的内内能能，但但从从能能量量转转化化或或转转移移的的观观点点来来看看这这两两种种改改变变方方式式是是有有区区别别的的2021/8/11 星期三28【思思路路点点拨拨】热热力力学学第第二二定定律律揭揭示示了了与与热热现现象象有有关关的的物物理理过过程程的的方方向向性
24、性，并并不不违违背背能能量量守守恒恒定定律律；热热力力学学第第一一定定律律揭揭示示了了能能量量守守恒恒定定律律中中内内能能变变化的方式化的方式2021/8/11 星期三29【自主解答自主解答】第二第二类类永永动动机机违违反反热热力学第二定律，力学第二定律，并不是并不是违违反能量守恒定律，故反能量守恒定律，故A错错据据热热力学第一力学第一定律定律UQW知内能的知内能的变变化由做功化由做功W和和热传递热传递Q两个方面共同决定，只知道做功情况或只知道两个方面共同决定，只知道做功情况或只知道热传热传递递情况无法确定内能的情况无法确定内能的变变化情况，故化情况，故B、C项错误项错误做功和做功和热传递热传
25、递都可改都可改变变物体内能，但做功是不同物体内能，但做功是不同形式能的形式能的转转化，而化，而热传递热传递是同种形式能是同种形式能间间的的转转移，移，这这两种方式是有区两种方式是有区别别的，故的，故D正确正确【答案答案】D2021/8/11 星期三30变变式式训训练练(单单选选)关关于于热热力力学学第第一一定定律律和和热热力力学学第第二定律，下列二定律，下列论论述正确的是述正确的是()A热热力力学学第第一一定定律律指指出出内内能能可可以以与与其其他他形形式式的的能能相相互互转转化化，而而热热力力学学第第二二定定律律则则指指出出内内能能不不可可能能完完全全转转化化为为其其他他形形式式的的能能，故
26、故这这两两条条定定律律是是相相互互矛盾的矛盾的B内内能能可可以以转转化化为为其其他他形形式式的的能能，只只是是会会产产生生其其他影响，故两条定律并不矛盾他影响，故两条定律并不矛盾2021/8/11 星期三31C两两条条定定律律都都是是有有关关能能量量的的转转化化规规律律，它它们们不不但但不矛盾，而且没有本不矛盾，而且没有本质质区区别别D其其实实，能能量量守守恒恒定定律律已已经经包包含含了了热热力力学学第第一一定定律和律和热热力学第二定律力学第二定律解解析析：选选B.热热力力学学第第一一定定律律和和热热力力学学第第二二定定律律并并不不矛矛盾盾，对对于于机机械械能能和和内内能能的的转转化化所所具具有有的的方方向向性也是存在的性也是存在的2021/8/11 星期三322021/8/11 星期三33