资源简介

3.4热力学第二定律学案
【学习目标】
物理观念：热力学第二定律
科学思维：①会用能流图理解热力学第二定律．
②与热现象有关的宏观过程的方向性．
科学探究：研究热机的工作原理．
科学态度与责任：通过学习热力学第二定律树立节约能源的意识
【学习重难点】
热力学第二定律的有关应用
【预习新知】
热力学第二定律
1．热力学第二定律的克劳修斯表述
(1)热传导的方向性：一切与热现象有关的宏观自然过程都是________．
(2)热力学第二定律的克劳修斯表述：德国物理学家克劳修斯在1850年提出：热量不能自发地从________物体传到________物体．热力学第二定律的克劳修斯表述，阐述的是传热的________．
点睛：
克劳修斯的描述可以说：热量能从低温物体传到高温物体，但需要第三者参与，对第三者产生影响．
2．热力学第二定律的开尔文表述
(1)热机：
①热机工作的两个阶段：第一个阶段是燃烧燃料，把燃料中的________变成工作物质的________．第二个阶段是工作物质对外________，把自己的内能变成______．
②热机用于做功的热量一定____它从高温热库吸收的热量．
(2)开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之________，而不产生其他影响．(该表述阐述了机械能与内能转化的方向性)
拓展：
开尔文的表述相当于：不可能制造成这样一种机器，在一个循环动作后，只是从单一热库吸收热量，使之完全变为功，而不产生其他影响．这是对热机工作的总结．
能源是有限的
1．能源：具有高品质的容易利用的储能物质．
2．能量耗散：使用的能源转化成内能分散在环境中不能自动聚集起来驱动机器做功，这样的转化过程叫作“能量耗散”．
3．能源的使用过程中虽然能的总量保持不变，但能量的品质下降了，能源减少了．
4．能量与能源的区别
（1）能量是守恒的，既不会增加也不会减少．
（2）能源是能够提供可利用能量的物质．
（3）能量耗散，能量总量不变，但能量品质会下降即能源减少，故我们要节约能源．
【重难探究】
要点一　热力学第二定律的应用
1．理解热力学第二定律的实质，即自然界中进行的所有涉及热现象的宏观过程都具有方向性．理解的关键在于“自发”和“不引起其他变化”．
2．还要正确理解哪些过程不会达到100%的转化而不产生其他影响．
题型1　热力学第二定律的理解及应用
【例1】　下列说法中正确的是(　　)
A．热量能自发地由高温物体传到低温物体
B．热量能自发地由低温物体传到高温物体
C．热量一定不可能由低温物体传到高温物体
D．空调机既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性
对克劳修斯表述的理解
(1)阐述的是热传递的方向性．
(2)表述中“自发”二字指的是：当两个物体接触时，不需要任何第三者介入、不会对任何第三者产生任何影响，热量就能从一个物体传向另一个物体．
(3)热量可以从低温物体传到高温物体，但一定不是自发地，即一定有第三者介入．
对开尔文表述的理解
①阐述的是机械能与内能转化的方向性．
②表述中的“其他影响”是指除了从单一热库吸热，把所吸收的热用来做功，而自身的状态(温度、体积、压强)是否变化．
③可以从单一热库吸收热量使之完全变成功或者说内能，可以完全转化为机械能，但这一定产生了其他影响(如等温膨胀时体积改变)．
热力学第一定律与第二定律的关系
①热力学第一定律揭示了做功和传热改变物体内能的规律关系，是能量守恒定律在热学中的表现，否定了第一类永动机．
②热力学第二定律揭示了有大量分子参与的宏观自然过程的方向性．
③两定律分别从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律，二者相互独立，又相互补充．
题型2　热力学第一定律与热力学第二定律的关系
【例2】　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(　　)
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的转化规律，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
对能量耗散的理解
(1)能量耗散从能量转化的角度反映了自然界的宏观过程具有方向性．
(2)能量耗散现象不违背能量守恒定律．
(3)能量耗散使能量品质降低：能量耗散虽然不会使能量减少，却会使能量从高度有用的形式降为不太可用的形式．
要点二　能量耗散与能源问题
【例3】　关于能量和能源，下列说法中正确的是(　　)
A．能量在转化和转移过程中，其总量有可能增加
B．能量在转化和转移过程中，其总量会不断减少
C．能量在转化和转移过程中总量保持不变，故节约能源没有必要
D．能量的转化和转移具有方向性，且现有可利用的能源有限，故必须节约能源
【巩固训练】
1.两种不同的金属丝组成一个回路，接触点1插在热水中，接触点2插在冷水中，如图所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象。关于这一现象，下列说法正确的是( )
A.这一实验过程违反了热力学第二定律
B.在实验过程中，热水和冷水的温差保持不变
C.在实验过程中，热水减少的内能等于冷水增加的内能
D.在实验过程中，热水减少的内能部分转化为电能，电能部分转化为冷水的内能
2.关于两类永动机和热力学的两个定律，下列方法正确的是( )
A.第二类永动机不可能制成是因为违反了基力学第一定律
B.第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律
C.由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能
D.热量从低温物体传向高温物体是可能的
3.关于对永动机的认识，下列说法正确的是( )
A.随着科技的不断发展，永动机是可以制成的
B.永动机指的是在摩擦力趋于零的条件下一直运动的机器，它不需要对外做功C.两类永动机的实质和工作原理是相同的，都是人们的美好设想，是永远不会实现的
D.虽然第二类永动机不违反能量守恒定律，但仍不可制成
4.高三的同学们在火热的6月进入高考最后的冲刺，教室里的空调为同学们提供了舒爽的环境，空调的工作原理如图所示，以下表述正确的是( )
A.空调的工作原理对应的是热力学第一定律的开尔文表述
B.空调的工作原理反映了热传导的方向性
C.此原理图中，
D.此原理图说明热量不能从低温物体传到高温物体等
5.如图所示，汽缸内盛有一定质量的理想气体，汽缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与汽缸壁的接触是光滑的，但不漏气。现通过活塞杆使活塞缓慢地向右移动，这样气体将等温膨胀并通过活塞对外做功。若已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法中正确的是( )
A.气体是从单一热源吸热，并全部用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律
B.气体是从单一热源吸热，但并未全部用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律
C.气体是从单一热源吸热，并全部用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律
D.气体不是从单一热源吸热，且并未全部用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律
6.二十大报告提出了“推动绿色发展，促进人和自然和谐发展”的理念，以下做法中不符合这个理念的是( )
A.把燃气热水器换成太阳能热水器 B.空调的温度调得越低越好
C.随手关闭长时间不用的电器 D.出行尽可能选择公共交通工具
7.人类不但掌握了精准测温控温的方法，还可以人工产生高热和深冷，在高热和深冷的“世界”里不断发现新的科学奇迹，下列关于热力学定律的说法正确的是( )
A.外界对物体做功，物体的内能必定增加
B.一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的
C.所有符合能量守恒定律的宏观过程都能自发的进行
D.可能从单一热源吸收热量，使之完全变为功而不引起其他影响
8.根据热力学定律，下列说法错误的是( )
A.电冰箱的工作表明，热量可以从低温物体向高温物体传递
B.空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量
C.科技的不断进步使得人类有可能生产出从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化的热机
D.即使没有漏气、摩擦、不必要的散热等损失，热机也不可以把燃料产生的内能全部转化为机械能
9.根据热力学定律和分子动理论可知，下列说法中不正确的是( )
A.扩散现象是分子的无规则热运动造成的，温度越高，分子热运动越剧烈，扩散得越快
B.系统从外界吸收热量，同时对外做功，根据热力学第一定律可知，其内能不一定增加
C.悬浮在水中花粉的布朗运动，反映了固体小颗粒分子在做无规则的热运动
D.第二类永动机违背了热力学第二定律，所以是不可能制成的
10.关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说法正确的是( )
A.第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律
B.第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律
C.由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能
D.由热力学第二定律可知从单一热源吸收热量，完全变成功是可能的
参考答案
1.答案：D
解析：热力学第二定律是实际热现象总结而来，任何宏观的实际热现象都符合热力学第二定律，温差发电现象不违背热力学第二定律，故A错误；在实验过程中，热水内能减少，一部分转移到低温物体，一部分转化为电能，故热水一定会降温，冷水一定会升温，故B错误；在实验过程中，热水减少的内能只有部分转化成电能，而有电阻的位置都会产生热能，则电能部分转化为冷水的内能，故C错误，D正确。
2.答案：D
解析：第二类永动机不违反热力学第一定律，违反热力学第二定律，故A错误；第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律，故B错误；改变内能的方式有做功和热传递，二者在内能的改变上是一样的，若对外做功的同时吸收热量，内能可能不变，故C错误；热量从低温物体传到高温物体是可能的，故D正确。
3.答案：D
解析：第一类永动机违反了能量的转化与守恒，不可能实现，第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，这两类永动机都不可能制成，故A错误，D正确；永动机需要对外做功，故B错误；两类永动机的实质和工作原理是不相同的，故C错误。
4.答案：B
解析：空调的工作原理对应的是热力学第二定律的克劳修斯表述，A错误；空调的工作原理反映了热传导的方向性，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，但在其他系统的干预下，可以从低温物体传到高温物体，B正确；此原理图中，，C错误；此原理图说明在外界干预下，热量能从低温物体传到高温物体，D错误。
5.答案：C
解析：气体等温膨胀，内能不变，从外界吸收的热量全部对外做功，但是这个过程中引起了其它变化，如有外力控制着活塞缓慢的移动，而非自动进行的，有“第三方”参与，所以不违背热力学第二定律。
故选C。
6.答案：B
解析：A.把燃气热水器换成太阳能热水器可减少二氧化碳的排放，符合绿色发展理念，选项A不符合题意；
B.空调的温度调得越低越消耗电能，不符合绿色发展理念，选项B符合题意；
C.随手关闭长时间不用的电器节约电能，符合绿色发展理念，选项C不符合题意；
D.出行尽可能选择公共交通工具，符合绿色发展理念，选项D不符合题意。
故选B。
7.答案：B
解析：A.外界对物体做功，若同时物体放出热量，物体的内能可能减小，故A错误；
BC.根据热力学第二定律可知，一切与热现象有关的自然过程都是不可逆的，比如机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功以转换成机械能，即符合能量守恒定律的宏观过程不一定能自发的进行，故B正确，C错误；
D.根据热力学第二定律的开尔文表述，不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响，故D错误。
故选B。
8.答案：C
解析：A.热量可以在外界做功的情况下从低温物体向高温物体传递，但不能自发进行，故A正确，不符合题意；
B.空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量，故B正确，不符合题意；
C.不可能从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化，故C错误，符合题意；
D.根据热力学第二定律，即使没有漏气、摩擦、不必要的散热等损失，热机也不可以把燃料产生的内能全部转化为机械能，故D正确，不符合题意。
故选C。
9.答案：C
解析：A.扩散现象是分子的无规则热运动造成的，温度越高，分子热运动越剧烈，扩散得越快,故A正确；
B.系统从外界吸收热量，同时对外做功，根据热力学第一定律可知，其内能不一定增加，故B正确；
C.悬浮在水中花粉的布朗运动，反映了水分子做无规则的热运动，故C错误；
D.第二类永动机违背了热力学第二定律，所以是不可能制成的，故D正确。
本题选错误的，故选C。
10.答案：D
解析：AB.第一类永动机违反能量守恒定律，第二类永动机违反热力学第二定律。故AB错误；
C.由热力学第一定律
可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，同时做功和热传递也不一定会改变内能。故C错误；
D.由热力学第二定律可知从单一热源吸收热量，完全变成功是可能的，但会引起其他变化。故D正确。
故选D。

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