高考物理经典热力学第二定律精选文档.ppt

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1、高考物理经典课件热力学第二定律本讲稿第一页，共二十四页n一、一、学习目标学习目标:n1.了解热传导过程的方向性。了解热传导过程的方向性。n2.了解什么是第二类永动机，为什么第了解什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可能制成。二类永动机不可能制成。n3.了解热力学第二定律的两种不同的表了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。述，以及这两种表述的物理实质。本讲稿第二页，共二十四页n二、重点和难点：二、重点和难点：n重点：热力学第二定律的物理实质和两重点：热力学第二定律的物理实质和两种常见的表述种常见的表述n难点：两类永动机的区别，第二类永动难点：两类永动机的区别，第二类永

2、动机不可能制成的原因机不可能制成的原因本讲稿第三页，共二十四页三、教学过程：三、教学过程：引入新课：引入新课：n任何物体都具有内能，在地球上贮存量十分任何物体都具有内能，在地球上贮存量十分丰富的海水总质量约达丰富的海水总质量约达1.41018吨，它的吨，它的温度只要降低温度只要降低1oC，就能释放相当于，就能释放相当于1800万个功率为万个功率为100万千瓦的核电站一年的发电万千瓦的核电站一年的发电量，足够全世界使用量，足够全世界使用4000年。而人类都不年。而人类都不能利用这种能利用这种“新能源新能源”，究其原因，是因为，究其原因，是因为涉及物理学的一个基本定律涉及物理学的一个基本定律热力学

3、第二热力学第二定律定律本讲稿第四页，共二十四页n新课教学：新课教学：n(一一)、热传导的方向性、热传导的方向性n1实例：热量会自动地从高温物体传给低实例：热量会自动地从高温物体传给低温度物体。温度物体。n2热传导的过程具有方向性热传导的过程具有方向性n3自然界中进行的涉及热现象的宏观过程自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。都具有方向性。本讲稿第五页，共二十四页n1实例：热量会自动地从高温物体传给低实例：热量会自动地从高温物体传给低温度物体。温度物体。n注意注意这里所说这里所说“自发地自发地”是指没有任何外是指没有任何外界的影响或帮助，电冰箱工作时能将冰箱界的影响或帮助，电冰箱工作时

4、能将冰箱内内(温度较低温度较低)的热量，传给外界空气的热量，传给外界空气(温度温度较高较高)，是因为电冰箱消耗了电能，对制冷，是因为电冰箱消耗了电能，对制冷系统做了功。系统做了功。本讲稿第六页，共二十四页n2热传导的过程具有方向性热传导的过程具有方向性n热传导的过程可以向一个方向自发地进热传导的过程可以向一个方向自发地进行行(热量从高温物体自发地传给低温物体热量从高温物体自发地传给低温物体)；但向相反的方向不会自发地产生；但向相反的方向不会自发地产生(热热量不会自发地从低温物体传给高温物体量不会自发地从低温物体传给高温物体)，只有借助外界的帮助才能进行。，只有借助外界的帮助才能进行。本讲稿第七

5、页，共二十四页热机：是一种把热机：是一种把内能内能转化为转化为机械能机械能的装置。的装置。热机热机效率：效率：由能量守恒定律知道由能量守恒定律知道 Q1=W+Q2 热机的效率热机的效率内燃机内燃机原理：燃料燃烧产生热量原理：燃料燃烧产生热量 Q1（高温热库）（高温热库）推动活塞对外做功推动活塞对外做功 W排出废气向外界（低温热库）放热排出废气向外界（低温热库）放热 Q2高温热库高温热库低温热库低温热库Q1Q2对外做功对外做功热机W热机的效率小于热机的效率小于100%，就不可能把从高温，就不可能把从高温热源吸收的热量全部转化为机械能，总有一热源吸收的热量全部转化为机械能，总有一部分热量散发到冷凝

6、器中。部分热量散发到冷凝器中。（二）机械能与内能转化的方向性（二）机械能与内能转化的方向性本讲稿第八页，共二十四页(二二)第二类永动机第二类永动机n1第二类永动机：人们把想象中能够从第二类永动机：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。引起其他变化的热机叫做第二类永动机。n2第二类永动机不可能制成第二类永动机不可能制成n表示机械能和内能的转化过程具有方向表示机械能和内能的转化过程具有方向性尽管机械能可以全部转化为内能，性尽管机械能可以全部转化为内能，内能却不能全部转化成机械能，同时不内能却不能全部转化成机械能，同

7、时不引起其他变化引起其他变化 本讲稿第九页，共二十四页n3第一类永动机和第二类永动机第一类永动机和第二类永动机n它们都不可能制成，第一类永动机的设它们都不可能制成，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自然过程具有了跟热现象相联系的宏观自然过程具有方向性的规律。方向性的规律。本讲稿第十页，共二十四页三、热力学第二定律三、热力学第二定律三、热力学第二定律三、热力学第二定律 举例：两种不同的气体扩散可以自发地进入对方举例：两种不同的气体扩散可以自发地进入对方举例：

8、两种不同的气体扩散可以自发地进入对方举例：两种不同的气体扩散可以自发地进入对方,最后成为一种最后成为一种最后成为一种最后成为一种均匀的混合气体均匀的混合气体均匀的混合气体均匀的混合气体思考思考思考思考:如图所示如图所示如图所示如图所示,容器容器容器容器A A中装有气体中装有气体中装有气体中装有气体,容器容器容器容器B B是真空是真空是真空是真空,打开阀门打开阀门打开阀门打开阀门K,K,容容容容器器器器A A中的气体会自发地向中的气体会自发地向中的气体会自发地向中的气体会自发地向B B中膨胀中膨胀中膨胀中膨胀,最后两个容器都充满气体最后两个容器都充满气体最后两个容器都充满气体最后两个容器都充满气

9、体.会会会会不会不会不会不会气体气体气体气体自发地自发地自发地自发地从容器从容器从容器从容器B B流向容器流向容器流向容器流向容器A,A,最后使容器最后使容器最后使容器最后使容器B B恢复成真空呢恢复成真空呢恢复成真空呢恢复成真空呢?大量自然现象说明大量自然现象说明大量自然现象说明大量自然现象说明:有些物理过程有些物理过程有些物理过程有些物理过程具有方向性具有方向性具有方向性具有方向性.本讲稿第十一页，共二十四页(三三)热力学第二定律热力学第二定律n1热力学第二定律常见的两种表述：热力学第二定律常见的两种表述：n(1)按热传递的方向性来表述：不可能使按热传递的方向性来表述：不可能使热量从低温物

10、体传到高温物体，而不引热量从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化起其他变化-克劳修斯表述克劳修斯表述n(2)按机械能与内能转化过程的方向性来按机械能与内能转化过程的方向性来表述：不可能从单一热库吸收热量并把表述：不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化它全部用来做功，而不引起其他变化-开尔文表述开尔文表述本讲稿第十二页，共二十四页n2两种表述是等价的两种表述是等价的n 可以从一种表述导出另一种表述，两种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表述都称为热力学第二定律n3热力学第二定律的意义热力学第二定律的意义n 提示了有大量分子参与的宏观过程的方提示了有

11、大量分子参与的宏观过程的方向性，是独立于热力学第一定律的一个向性，是独立于热力学第一定律的一个重要自然规律重要自然规律本讲稿第十三页，共二十四页五、例题分析：五、例题分析：n例例1根据热力学第二定律，下列判断正根据热力学第二定律，下列判断正确的是确的是nA.电流的能不可能全部变为内能电流的能不可能全部变为内能nB在火力发电机中，燃气的内能不可能在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变为电能全部变为电能nC热机中，燃气内能不可能全部变为机热机中，燃气内能不可能全部变为机械能械能nD在热传导中，热量不可能自发地从低在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温度物体温物体传递给高温度物体本讲稿第十

12、四页，共二十四页n解析解析根据热力学第二定律可知，凡与热现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能可全部变为内能(由电流热效应中的焦耳由电流热效应中的焦耳定律可知定律可知)，而内能不可能全部变成电流的，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，不能自发地从低温物体传递给高温物体，所以选

13、项所以选项B、C、D正确正确本讲稿第十五页，共二十四页例例2第二类永动机不可以制成，第二类永动机不可以制成，是因为是因为 A.违背了能量的守恒定律违背了能量的守恒定律 B热量总是从高温物体传递到低温物热量总是从高温物体传递到低温物体体 C机械能不能全部转变为内能机械能不能全部转变为内能 D内能不能全部转化为机械能，同时内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化不引起其他变化本讲稿第十六页，共二十四页n解析解析第二类永动机设想虽然符合能量第二类永动机设想虽然符合能量守恒定律，但是违背了能量转化中有些守恒定律，但是违背了能量转化中有些过程是不可逆的规律。所以不可能制成，过程是不可逆的规律。所以不

14、可能制成，选项选项D正确正确本讲稿第十七页，共二十四页n例例3试对热力学第一定律和热力学第二定试对热力学第一定律和热力学第二定律做一简单的评析律做一简单的评析n解析解析热力学第一定律和热力学第二定律是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关系；后者则是解决哪些过程可以自发地发生，哪

15、些过程必须借助于外界条件才能发生，哪些过程必须借助于外界条件才能进行。进行。本讲稿第十八页，共二十四页六、小结六、小结：n热力学第二定律有常见的热力学第二定律有常见的两种表述，提示了有大量两种表述，提示了有大量分子参与的宏观过程分子参与的宏观过程(即与即与热现象有关的宏观过程热现象有关的宏观过程)的的方向性，第二类永动机不方向性，第二类永动机不可能制成。可能制成。本讲稿第十九页，共二十四页七、巩固练习n1.下列哪些物理过程具有方向性下列哪些物理过程具有方向性nA.热传导过程热传导过程nB机械能和内能的转化过程机械能和内能的转化过程nC气体的扩散过程气体的扩散过程nD气体向真空中膨胀的过程。答案

16、：气体向真空中膨胀的过程。答案：本讲稿第二十页，共二十四页上题答案：A B C Dn2.热机是一种热机是一种_的装置，热机的装置，热机做的功和它从热源吸收热量的比值叫做的功和它从热源吸收热量的比值叫做热机的做热机的_答案：答案：本讲稿第二十一页，共二十四页2答案：把内能转化为机械能；效率答案：把内能转化为机械能；效率n3.热力学第二定律使人们认识到，自热力学第二定律使人们认识到，自然界中进行的涉及然界中进行的涉及_现象的现象的宏观过程都具有宏观过程都具有_性，例性，例如机械能可以如机械能可以_转化为内能，转化为内能，但内能但内能_全部转化为机械能，全部转化为机械能，而不引起其他变化而不引起其他

17、变化本讲稿第二十二页，共二十四页3答案：热；方向；全部；不能。n4.什么是第二类永动机什么是第二类永动机?为什么第二类永动机不可能造为什么第二类永动机不可能造成成?n答：答：能够从单一热源吸收热量并把它全部用能够从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化的热机称为第来做功，而不引起其他变化的热机称为第二类永动机。第二类永动机不可能制成的二类永动机。第二类永动机不可能制成的原因是因为机械能和内能转化过程具有方原因是因为机械能和内能转化过程具有方向性，尽管机械能可以全部转化为内能，向性，尽管机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化为机械能，而不引但内能却不能全部转化为机械能，而不

18、引起其他变化。起其他变化。本讲稿第二十三页，共二十四页6.试述热力学第一定律和热力学第试述热力学第一定律和热力学第二定律的区别与联系二定律的区别与联系n解答：热力学第一定律指出了在任何热解答：热力学第一定律指出了在任何热力学过程中，能量不会有任何增减或损力学过程中，能量不会有任何增减或损失，对自然过程也没有限制；而热力学失，对自然过程也没有限制；而热力学第二定律是解决了哪些过程可以发生。第二定律是解决了哪些过程可以发生。两个定律从不同角度揭示了热力学过程两个定律从不同角度揭示了热力学过程中遵从的规律，既相互独立，又相互补中遵从的规律，既相互独立，又相互补充，共同构成了热力学知识的理论基础充，共同构成了热力学知识的理论基础本讲稿第二十四页，共二十四页