1、12新課標(biāo)人教版課件系列高中物理選修選修3-33-3310.4熱力學(xué)第二定律4教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) v知識與技能知識與技能v1.了解熱傳遞過程的方向性。v2.知道熱力學(xué)第二定律的兩種不同的表述，以及這兩種表述的物理實(shí)質(zhì)。v3.知道什么是第二類永動機(jī)，為什么第二類永動機(jī)不可能制成。v過程與方法過程與方法v1熱力學(xué)第二定律的表述方式與其他物理定律的表述方式有一個(gè)顯著不同，它是用否定語句表述的。v2熱力學(xué)第二定律的表述不只一種，對任何一類宏觀自然過程進(jìn)行方向的說明，都可以作為熱力學(xué)第二定律的表述，學(xué)習(xí)本節(jié)時(shí)注意這一方法。5v情感、態(tài)度與價(jià)值觀情感、態(tài)度與價(jià)值觀v通過學(xué)習(xí)熱力學(xué)第二定律，可以使學(xué)生明白熱機(jī)

2、的效率不會達(dá)到100%，我們只能想辦法盡量提高熱機(jī)的效率，但不能渴求達(dá)到100%。v自然界發(fā)生的一切過程中的能量都是守恒的，但不違背能量守恒定律的宏觀過程并都能發(fā)生。v【重點(diǎn)、難點(diǎn)分析】：【重點(diǎn)、難點(diǎn)分析】：v重點(diǎn)：熱力學(xué)第二定律兩種常見的表述。v 難點(diǎn)：難點(diǎn)：1.熱力學(xué)第二定律的開爾文表述。v2.自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性。v【課時(shí)安排】【課時(shí)安排】： 1課時(shí) v【教具準(zhǔn)備】【教具準(zhǔn)備】：v教師：多媒體課件，一個(gè)電冰箱模型，一盆涼水，準(zhǔn)備一個(gè)酒精燈和一個(gè)鐵塊，鐵鉗。v學(xué)生：課前預(yù)習(xí)課文，在家觀察自家的電冰箱。6 我們在初中學(xué)過，當(dāng)物體溫度升高時(shí)，我們在初中學(xué)過，當(dāng)物體溫度

3、升高時(shí)，就要吸收熱量；當(dāng)物體溫度降低時(shí)，就要吸收熱量；當(dāng)物體溫度降低時(shí)，就要放出熱量。而且熱量公式就要放出熱量。而且熱量公式Q = Q = cmcmt t，這里有一個(gè)有趣的問題：地，這里有一個(gè)有趣的問題：地球上有大量的海水球上有大量的海水, ,它的總質(zhì)量約為它的總質(zhì)量約為1.41.4101018 18 t , t , 如果這些海水的溫度降低如果這些海水的溫度降低0.10.1o oC,C,將要放出多少焦耳的熱量將要放出多少焦耳的熱量? ?海水海水的比熱容為的比熱容為C=4.2C=4.210103 3J/(kg)J/(kg)放出放出5.85.810102323J J的熱量，這相當(dāng)于的熱量，這相當(dāng)于

4、18001800萬個(gè)核萬個(gè)核電站一年的發(fā)電量電站一年的發(fā)電量 7熱量從溫度高的物體熱量從溫度高的物體自發(fā)地自發(fā)地傳給溫度低的物體傳給溫度低的物體“自發(fā)地自發(fā)地”，指的是沒有任何外界的影響或幫助。，指的是沒有任何外界的影響或幫助。 有沒有可能發(fā)生這樣地現(xiàn)象，熱量自發(fā)地從低溫物體傳有沒有可能發(fā)生這樣地現(xiàn)象，熱量自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體，使低溫物體的溫度越來越低，高溫物體的溫給高溫物體，使低溫物體的溫度越來越低，高溫物體的溫度越來越高。度越來越高。8電冰箱內(nèi)部的溫度比外部低，為什么致冷系統(tǒng)還能電冰箱內(nèi)部的溫度比外部低，為什么致冷系統(tǒng)還能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳給外界的空氣？夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量

5、傳給外界的空氣？這是因?yàn)殡姳湎牧穗娔?，對致冷系統(tǒng)做了功。這是因?yàn)殡姳湎牧穗娔埽瑢χ吕湎到y(tǒng)做了功。一旦切斷電源，電冰箱就不能把其內(nèi)部的熱量傳給一旦切斷電源，電冰箱就不能把其內(nèi)部的熱量傳給外界的空氣了。相反，外界的熱量會自發(fā)地傳給電外界的空氣了。相反，外界的熱量會自發(fā)地傳給電冰箱，使其溫度逐漸升高。冰箱，使其溫度逐漸升高。910貯藏的貯藏的食品食品大氣大氣電冰箱制冷系統(tǒng)11 熱量卻不能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體熱量卻不能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體 要將熱量從低溫物體傳向高溫物體，必須有外要將熱量從低溫物體傳向高溫物體，必須有外界的影響和幫助，就是要有外界對其做功才能完界的影響和幫助，就

6、是要有外界對其做功才能完成成熱傳導(dǎo)的方向性熱傳導(dǎo)的方向性：兩個(gè)溫度不同的物體相互接觸：兩個(gè)溫度不同的物體相互接觸時(shí)，熱量會自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體；要時(shí)，熱量會自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體；要實(shí)現(xiàn)相反過程，必須借助外界的幫助，因而產(chǎn)生實(shí)現(xiàn)相反過程，必須借助外界的幫助，因而產(chǎn)生其他影響或引起其他變化。其他影響或引起其他變化。12結(jié)論結(jié)論: :熱力學(xué)第二定律的一種表述熱力學(xué)第二定律的一種表述: :熱量不熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。這是這是熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述。熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述。熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述實(shí)熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表

7、述實(shí)質(zhì)上就是：質(zhì)上就是：熱傳遞過程是不可逆的。熱傳遞過程是不可逆的。（按照熱傳遞的方向性來表述的）（按照熱傳遞的方向性來表述的）13 一個(gè)在水平地面上的物體，一個(gè)在水平地面上的物體，由于克服摩擦力做功，最后由于克服摩擦力做功，最后要停下來。在這個(gè)過程中，要停下來。在這個(gè)過程中，物體的動能轉(zhuǎn)化成為內(nèi)能，物體的動能轉(zhuǎn)化成為內(nèi)能，使物體和地面的溫度升高。使物體和地面的溫度升高。14降溫 我們能不能看到這樣的現(xiàn)象：一我們能不能看到這樣的現(xiàn)象：一個(gè)放在水平地面上的物體，靠降低個(gè)放在水平地面上的物體，靠降低溫度，可以把內(nèi)能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為動溫度，可以把內(nèi)能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為動能，使這個(gè)物體運(yùn)動起來能，使這個(gè)物體運(yùn)動

8、起來15思考討論下列問題：思考討論下列問題：1.1.前面我們學(xué)習(xí)了第一類永動機(jī)，不能制成的原因是前面我們學(xué)習(xí)了第一類永動機(jī)，不能制成的原因是什么？什么？ （違背了能量守恒）（違背了能量守恒）2.2.熱機(jī)是一種把什么能轉(zhuǎn)化成什么能的裝置？熱機(jī)是一種把什么能轉(zhuǎn)化成什么能的裝置？(熱機(jī)是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的裝置熱機(jī)是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的裝置)3.3.熱機(jī)的效率能否達(dá)到熱機(jī)的效率能否達(dá)到100%100%？( (熱機(jī)的效率不能達(dá)到熱機(jī)的效率不能達(dá)到100%)100%)16以內(nèi)燃機(jī)為例，氣缸中的以內(nèi)燃機(jī)為例，氣缸中的氣體得到燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱氣體得到燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量為量為QQ1 1，推動活塞做工，推動

9、活塞做工WW，然后排出廢氣，同時(shí)把熱然后排出廢氣，同時(shí)把熱量量QQ2 2散發(fā)到大氣中，散發(fā)到大氣中，由能量守恒定律可知：由能量守恒定律可知：QQ1 1 = W + Q= W + Q2 2我們把熱機(jī)做的功我們把熱機(jī)做的功WW和它和它從熱源吸收的熱量從熱源吸收的熱量QQ1 1的比的比值叫做熱機(jī)的效率，用值叫做熱機(jī)的效率，用 表示表示=W / Q=W / Q1 117實(shí)際上熱機(jī)不能把得到的全部內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械實(shí)際上熱機(jī)不能把得到的全部內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，熱機(jī)必須有熱源和冷凝器，熱機(jī)工作時(shí)，能，熱機(jī)必須有熱源和冷凝器，熱機(jī)工作時(shí)，總要向冷凝器散熱，不可避免的要由工作物質(zhì)總要向冷凝器散熱，不可避免的要由工作

10、物質(zhì)帶走一部分熱量帶走一部分熱量QQ2 2，所以有：，所以有：QQ1 1WW因此，熱機(jī)的效率不可能達(dá)到因此，熱機(jī)的效率不可能達(dá)到100%100%，汽車上，汽車上的汽油機(jī)械效率只有的汽油機(jī)械效率只有20%20%30%30%，蒸汽輪機(jī)的，蒸汽輪機(jī)的效率比較高，也只能達(dá)到效率比較高，也只能達(dá)到60%60%，即使是理想熱，即使是理想熱機(jī)，沒有摩擦，也沒有漏氣等能量損失，它也機(jī)，沒有摩擦，也沒有漏氣等能量損失，它也不可能把吸收的熱量百分之百的轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，不可能把吸收的熱量百分之百的轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，總要有一部分散發(fā)到冷凝器中?？傄幸徊糠稚l(fā)到冷凝器中。熱轉(zhuǎn)換為功的過程也是不可逆的，具有方向性。熱轉(zhuǎn)換為功

11、的過程也是不可逆的，具有方向性。18機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性 機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，但內(nèi)能卻不能機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，但內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，同時(shí)不引起其他變化。全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，同時(shí)不引起其他變化。 不可能從單一熱源吸收熱量，使之完全變不可能從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功成功, ,而不產(chǎn)生其他影響。而不產(chǎn)生其他影響。熱力學(xué)第二定律的開爾文表述熱力學(xué)第二定律的開爾文表述（機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化具有方向性）（機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化具有方向性）19第二類永動機(jī)：人們把想象中能第二類永動機(jī)：人們把想象中能夠從單一熱源吸收熱量，全部夠從單一熱源吸收熱量，全

12、部用來做功而不引起其他變化的用來做功而不引起其他變化的熱機(jī)叫做第二類永動機(jī)。熱機(jī)叫做第二類永動機(jī)。第二類永動機(jī)不可能制成第二類永動機(jī)不可能制成20定律的兩種表述 第二類永動機(jī)是不可能制成的第二類永動機(jī)是不可能制成的) )21兩種表述是等價(jià)的兩種表述是等價(jià)的 可以從一種表述導(dǎo)出另一種表述，可以從一種表述導(dǎo)出另一種表述，兩種表述都稱為熱力學(xué)第二定律兩種表述都稱為熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律的意義熱力學(xué)第二定律的意義 1 1）提示了有大量分子參與的宏觀過程的）提示了有大量分子參與的宏觀過程的方向性，是獨(dú)立于熱力學(xué)第一定律的一方向性，是獨(dú)立于熱力學(xué)第一定律的一個(gè)重要自然規(guī)律個(gè)重要自然規(guī)律 2 2）對生

13、活實(shí)踐的指導(dǎo)作用）對生活實(shí)踐的指導(dǎo)作用22 熱力學(xué)第二定律揭示了有大量分子參與的宏觀過程的熱力學(xué)第二定律揭示了有大量分子參與的宏觀過程的方向性。（自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具方向性。（自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性）。有方向性）。不管如何表述，熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)在于揭示了：不管如何表述，熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)在于揭示了：一一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過程都是不可逆的。切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過程都是不可逆的。違背熱力學(xué)第一定律的過程都不可能發(fā)生。違背熱力學(xué)第一定律的過程都不可能發(fā)生。不違背熱力學(xué)第一定律的過程不一定都可以發(fā)生。不違背熱力學(xué)第一定律的過程不一定都可以發(fā)生。

14、自然過程是按一定方向進(jìn)行的。自然過程是按一定方向進(jìn)行的。231 1、熱傳導(dǎo)的方向性、熱傳導(dǎo)的方向性2 2、擴(kuò)散現(xiàn)象有方向性、擴(kuò)散現(xiàn)象有方向性ABAB “氣體向真空中絕熱自由膨脹的過程是氣體向真空中絕熱自由膨脹的過程是不不可逆可逆的的”24熱熱 功：功：不可自動進(jìn)行不可自動進(jìn)行( (焦耳實(shí)驗(yàn)中，不可能水溫自動焦耳實(shí)驗(yàn)中，不可能水溫自動降低推動葉片而使重物升高降低推動葉片而使重物升高) ) 水水葉片葉片焦耳實(shí)驗(yàn)焦耳實(shí)驗(yàn) 25第一類永動機(jī)和第二類永動機(jī)比較第一類永動機(jī)和第二類永動機(jī)比較26v熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律 熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)

15、第二定律是構(gòu)成熱力學(xué)知識的理論基礎(chǔ)，定律是構(gòu)成熱力學(xué)知識的理論基礎(chǔ)，前者對自然過程沒有任何限制，只前者對自然過程沒有任何限制，只指出在任何熱力學(xué)過程中能量不會指出在任何熱力學(xué)過程中能量不會有任何增加或損失，反映的是物體有任何增加或損失，反映的是物體內(nèi)能的變化與熱量、做功的定量關(guān)內(nèi)能的變化與熱量、做功的定量關(guān)系；后者則是解決哪些過程可以自系；后者則是解決哪些過程可以自發(fā)地發(fā)生，哪些過程必須借助于外發(fā)地發(fā)生，哪些過程必須借助于外界條件才能進(jìn)行。界條件才能進(jìn)行。27v 例例11根據(jù)熱力學(xué)第二定律，下列判斷正確的是根據(jù)熱力學(xué)第二定律，下列判斷正確的是vA. A. 電流的能不可能全部變?yōu)閮?nèi)能電流的能不可

16、能全部變?yōu)閮?nèi)能vB B在火力發(fā)電機(jī)中，燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部變?yōu)殡娔茉诨鹆Πl(fā)電機(jī)中，燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部變?yōu)殡娔躹CC熱機(jī)中，燃?xì)鈨?nèi)能不可能全部變?yōu)闄C(jī)械能熱機(jī)中，燃?xì)鈨?nèi)能不可能全部變?yōu)闄C(jī)械能vD D在熱傳導(dǎo)中，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫在熱傳導(dǎo)中，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫度物體度物體v 解析解析 根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性，電流的能可全部變?yōu)閮?nèi)能程都具有方向性，電流的能可全部變?yōu)閮?nèi)能( (由電流熱效應(yīng)由電流熱效應(yīng)中的焦耳定律可知中的焦耳定律可知) )，而內(nèi)能不可能全部變成電流的能機(jī)，而內(nèi)能不可能

17、全部變成電流的能機(jī)械能可全部變?yōu)閮?nèi)能，而內(nèi)能不可能全部變成機(jī)械能，在熱械能可全部變?yōu)閮?nèi)能，而內(nèi)能不可能全部變成機(jī)械能，在熱傳導(dǎo)中，熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體，而不傳導(dǎo)中，熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體，而不能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體，所以選項(xiàng)能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體，所以選項(xiàng)B B、CC、D D正正確確28例例2.2.如圖所示文藝復(fù)興時(shí)期意大利的達(dá)如圖所示文藝復(fù)興時(shí)期意大利的達(dá)芬奇造芬奇造了一個(gè)永動機(jī)裝置。他設(shè)計(jì)時(shí)認(rèn)為，右邊的重球了一個(gè)永動機(jī)裝置。他設(shè)計(jì)時(shí)認(rèn)為，右邊的重球比左邊的重球離輪心更遠(yuǎn)些，在兩邊不均衡的作比左邊的重球離輪心更遠(yuǎn)些，在兩邊不均衡的作用下會

18、使輪子沿箭頭方向轉(zhuǎn)動不息用下會使輪子沿箭頭方向轉(zhuǎn)動不息 ( )( )A A這是第一類永動機(jī)這是第一類永動機(jī)B B這是第二類永動機(jī)這是第二類永動機(jī)CC它不可能成功，因?yàn)檫`反能的轉(zhuǎn)化及守恒定它不可能成功，因?yàn)檫`反能的轉(zhuǎn)化及守恒定律律D D它不可能成功，因?yàn)檫`反熱力學(xué)第二定律它不可能成功，因?yàn)檫`反熱力學(xué)第二定律AC29例例3.3.下列說法正確的是下列說法正確的是 ( ) ( ) A A在自然條件下，熱傳遞的過程是不在自然條件下，熱傳遞的過程是不可逆的可逆的 B B熱量不可能由高溫物體傳遞給低溫?zé)崃坎豢赡苡筛邷匚矬w傳遞給低溫物體物體CC氣體的擴(kuò)散過程具有方向性氣體的擴(kuò)散過程具有方向性 D D一切形式能

19、量轉(zhuǎn)化都不具有方向性一切形式能量轉(zhuǎn)化都不具有方向性AC30例例4.4.下列說法中可行的是下列說法中可行的是 ( ) ( ) 將地球上所有海水的溫度降低將地球上所有海水的溫度降低0.10.1，以放出大量內(nèi)能供人類使用以放出大量內(nèi)能供人類使用 制造一種機(jī)器，把物體與地面摩擦所產(chǎn)制造一種機(jī)器，把物體與地面摩擦所產(chǎn)生的熱量全部收集起來再全部加以使用生的熱量全部收集起來再全部加以使用 建造一只可以從海洋中提取熱量的船，建造一只可以從海洋中提取熱量的船，把熱量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動螺旋槳旋轉(zhuǎn)把熱量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動螺旋槳旋轉(zhuǎn) 制造一種效率為制造一種效率為100100的熱機(jī)的熱機(jī)A.A.可行可行 B B可行可行

20、 CC可行可行 D D都不可行都不可行D31例例5.5.根據(jù)熱力學(xué)第二定律，可知下列說法中根據(jù)熱力學(xué)第二定律，可知下列說法中正確的是（正確的是（ ） A A不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其它變化用來做功，而不引起其它變化B B沒有冷凝器，只有單一的熱源，能將從沒有冷凝器，只有單一的熱源，能將從單一熱源吸收的熱量全部用來做功，而不引單一熱源吸收的熱量全部用來做功，而不引起其它的變化的熱機(jī)是可實(shí)現(xiàn)的起其它的變化的熱機(jī)是可實(shí)現(xiàn)的 CC致冷系統(tǒng)能將冰箱里的熱量傳給外界較致冷系統(tǒng)能將冰箱里的熱量傳給外界較高溫度的空氣中而不引起其它變化高溫度的空氣中

21、而不引起其它變化D D不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化體，而不引起其他變化AD32例例6.6.關(guān)于第二類永動機(jī)，下列說法中正確關(guān)于第二類永動機(jī)，下列說法中正確的是的是 ( ) ( ) A A它既不違反熱力學(xué)第一定律，也不違反它既不違反熱力學(xué)第一定律，也不違反熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律B B它既違反了熱力學(xué)第一定律，也違反了它既違反了熱力學(xué)第一定律，也違反了熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律CC它不違反熱力學(xué)第一定律，只違反熱它不違反熱力學(xué)第一定律，只違反熱力學(xué)第二定律力學(xué)第二定律D D它只違反熱力學(xué)第一定律，不違反熱力它只違反熱力學(xué)第一定律，不違反熱力學(xué)第二定律學(xué)第二定律