4.熱力學(xué)第二定律自主落實(shí)·必備知識(shí)全過(guò)關(guān)合作探究·能力素養(yǎng)全提升學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)素養(yǎng)目標(biāo)1.了解傳熱、擴(kuò)散現(xiàn)象、機(jī)械能與內(nèi)能的轉(zhuǎn)化等都具有方向性．知道具有方向性的過(guò)程為不可逆的．(物理觀念)2．了解熱力學(xué)第二定律的兩種表述，并能用熱力學(xué)第二定律解釋第二類永動(dòng)機(jī)不能制造成功的原因．(物理觀念)3．能用熱力學(xué)第二定律解釋自然界中的能量轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移及方向性問(wèn)題，并能解決一些實(shí)際問(wèn)題．(科學(xué)思維)4．了解能量耗散、能源和環(huán)境．(科學(xué)態(tài)度與責(zé)任)自主落實(shí)·必備知識(shí)全過(guò)關(guān)一、熱力學(xué)第二定律1．熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述

不需要任何第三者介入就能發(fā)生(1)內(nèi)容：熱量不能自發(fā)地從________物體傳到________物體．即傳熱的過(guò)程具有________．(2)傳熱的方向性①熱量可以自發(fā)地由_________物體傳給________物體．②熱量不能自發(fā)地由______物體傳給________物體．③一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過(guò)程都是________.低溫高溫方向性高溫低溫低溫高溫不可逆的2．熱力學(xué)第二定律的另一種表述克勞修斯表述和開(kāi)爾文表述是等價(jià)的(1)熱機(jī)工作的兩個(gè)階段：第一個(gè)階段是燃燒燃料，把燃料中的________變成工作物質(zhì)的________．第二個(gè)階段是工作物質(zhì)對(duì)外________，把自己的內(nèi)能變成________．(2)開(kāi)爾文表達(dá)闡述了機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之________________，而不產(chǎn)生其他影響．化學(xué)能內(nèi)能做功機(jī)械能完全變成功二、能源是有限的

反映出自然界中的自發(fā)變化過(guò)程具有方向性1．能量耗散：人類使用的能源最后都轉(zhuǎn)化成________分散在環(huán)境中不能________聚集起來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)器做功，這樣的轉(zhuǎn)化過(guò)程叫作“能量耗散”．2．能量耗散雖然不會(huì)導(dǎo)致能量總量的減少，卻會(huì)導(dǎo)致能量________的降低，它實(shí)際上是將能量從高度有用的____________形式降級(jí)為可用性差的____________形式．3．能源：是指具有高品質(zhì)的容易利用的________________，例如石油、天然氣、煤等．內(nèi)能自動(dòng)品質(zhì)高品質(zhì)低品質(zhì)儲(chǔ)能物質(zhì)走

進(jìn)

生

活電冰箱通電后箱內(nèi)溫度低于箱外溫度，并且還會(huì)繼續(xù)降溫，直至達(dá)到設(shè)定的溫度．顯然這是熱量從低溫物體傳遞到高溫物體．這一現(xiàn)象是否違背熱力學(xué)第二定律呢？為什么？提示：不違背．電冰箱工作時(shí)熱量的確從低溫物體(冰箱內(nèi)的食品)傳到了高溫物體(冰箱外的空氣)，但是這不是自發(fā)的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程必須有第三者的介入，即壓縮機(jī)消耗電能，對(duì)制冷系統(tǒng)做了功．合作探究·能力素養(yǎng)全提升探究一熱力學(xué)第二定律情境探究如圖是熱量在傳遞過(guò)程中的情景．(1)在自然過(guò)程中熱量是如何傳遞的？(2)空調(diào)是如何傳遞熱量的？提示：(1)熱量由溫度高的物體傳遞給溫度低的物體，或由溫度高的地方傳遞到溫度低的地方．(2)空調(diào)可以通過(guò)電機(jī)做功，把熱量從溫度比較低的房間內(nèi)傳遞到房間外．核心歸納1.單一熱庫(kù)：指溫度均勻并且恒定不變的系統(tǒng)．若一系統(tǒng)各部分溫度不相同或者溫度不穩(wěn)定，則構(gòu)成機(jī)器的工作物質(zhì)可以在不同溫度的兩部分之間工作，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(lái)發(fā)電．2．其他影響：(1)除了從單一熱庫(kù)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、高溫物體得到熱量外，其他一切影響和變化．3．關(guān)于“不可能”：實(shí)際上熱機(jī)或制冷機(jī)系統(tǒng)循環(huán)終了時(shí)，除了從單一熱庫(kù)吸收熱量對(duì)外做功，以及熱量從低溫?zé)釒?kù)傳到高溫?zé)釒?kù)以外，過(guò)程所產(chǎn)生的其他一切影響，不論用任何曲折復(fù)雜的辦法都不可能加以消除．應(yīng)用體驗(yàn)例1下列說(shuō)法中正確的是(

)A．熱量能自發(fā)地由高溫物體傳到低溫物體B．熱量能自發(fā)地由低溫物體傳到高溫物體C．熱量一定不可能由低溫物體傳到高溫物體D．空調(diào)機(jī)既能制熱又能制冷，說(shuō)明傳熱不存在方向性答案：A解析：A對(duì)，B錯(cuò)：熱量能自發(fā)地由高溫物體傳到低溫物體，但不能自發(fā)地由低溫物體傳到高溫物體．C錯(cuò)：熱量可能由低溫物體傳到高溫物體，如電冰箱將內(nèi)部的熱量傳到外部．D錯(cuò)：傳熱存在方向性的含義是指熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，而不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，但若有其他影響也可以將熱量從低溫物體傳到高溫物體，例如，空調(diào)機(jī)制冷時(shí)必須通過(guò)壓縮機(jī)做功才能實(shí)現(xiàn)熱量從低溫物體傳到高溫物體．針對(duì)訓(xùn)練1.關(guān)于熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律，下列論述正確的是(

)A．熱力學(xué)第一定律指出內(nèi)能可以與其他形式的能相互轉(zhuǎn)化，而熱力學(xué)第二定律則指出內(nèi)能不可能完全轉(zhuǎn)化為其他形式的能，故這兩條定律是相互矛盾的B．內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為其他形式的能，只是會(huì)產(chǎn)生其他影響，故兩條定律并不矛盾C．兩條定律都是有關(guān)能量的轉(zhuǎn)化規(guī)律，它們不但不矛盾，而且沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別D．其實(shí)，能量守恒定律已經(jīng)包含了熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律答案：B解析：熱力學(xué)第一定律揭示了內(nèi)能與其他形式的能之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，是能量守恒定律在熱學(xué)中的具體體現(xiàn)．熱力學(xué)第二定律則進(jìn)一步闡明了內(nèi)能與其他形式的能轉(zhuǎn)化時(shí)的方向性，二者表述的角度不同，本質(zhì)不同，并不矛盾，故B項(xiàng)正確．2．地球上有很多的海水，它的總質(zhì)量約為1.4×1018t，如果這些海水的溫度降低0.1℃，將要放出5.8×1023

J的熱量，有人曾設(shè)想利用海水放出的熱量使它完全變成機(jī)械能來(lái)解決能源危機(jī)，但這種機(jī)器是不可能制成的，其原因是(

)A．內(nèi)能不可以轉(zhuǎn)化成機(jī)械能B．內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能不滿足熱力學(xué)第一定律C．只從單一熱源吸收熱量并完全轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的機(jī)器不滿足熱力學(xué)第二定律D．上述三種原因都不正確答案：C解析：本題考查熱力學(xué)第一、第二定律的應(yīng)用，內(nèi)能可以轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，如熱機(jī)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的過(guò)程滿足熱力學(xué)第一定律，即能量守恒定律，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；熱力學(xué)第二定律告訴我們：不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來(lái)做功，而不引起其他變化，選項(xiàng)C正確．探究二能源和能量耗散情境探究如圖所示是兩幅宣傳節(jié)約能源的圖片．請(qǐng)思考：既然能量是守恒的，我們?yōu)槭裁催€要節(jié)約能源？提示：能量是守恒的，但能量耗散卻會(huì)導(dǎo)致能量品質(zhì)降低，它實(shí)際上將能量從可用的形式降級(jí)為不大可用的形式．煤、石油、天然氣等能源儲(chǔ)存著高品質(zhì)的能量，在利用它們的時(shí)候，高品質(zhì)的能量釋放出來(lái)并最終轉(zhuǎn)化為低品質(zhì)的內(nèi)能．故能量雖然不會(huì)減少但可利用的高品質(zhì)能源會(huì)越來(lái)越少，所以要節(jié)約能源．核心歸納1.如何正確理解能量耗散和品質(zhì)降低(1)各種形式的能最終都轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，流散到周圍的環(huán)境中，分散在環(huán)境中的內(nèi)能不管數(shù)量多么巨大，它也不過(guò)只能使地球、大氣稍稍變暖一點(diǎn)，卻再也不能驅(qū)動(dòng)機(jī)器做功了．(2)從可被利用的價(jià)值來(lái)看，內(nèi)能較之機(jī)械能、電能等，是一種低品質(zhì)的能量．由此可知，能量耗散雖然不會(huì)導(dǎo)致能量的總量減少，卻會(huì)導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低，實(shí)際上是將能量從高度有用的形式降級(jí)為不大可用的形式．(3)能量耗散導(dǎo)致可利用能源減少，所以要節(jié)約能源．2．熵增加原理(1)熵是無(wú)序程度的量度：根據(jù)熵的含義，熱力學(xué)系統(tǒng)處于非平衡態(tài)時(shí)的粒子熱運(yùn)動(dòng)有一定的有序性，因此，其熵值較?。划?dāng)其達(dá)到平衡態(tài)后，其粒子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性達(dá)到極高程度，使其熵值達(dá)到最大值．(2)熱力學(xué)系統(tǒng)演化的方向性：對(duì)于絕熱或孤立的熱力學(xué)系統(tǒng)而言，發(fā)生的是由非平衡態(tài)向平衡態(tài)變化的過(guò)程，因此，總是朝著熵增加的方向進(jìn)行，或者說(shuō)，一個(gè)孤立系統(tǒng)總是從熵小的狀態(tài)向熵大的狀態(tài)發(fā)展，這就是熵增加原理，也就是熱力學(xué)第二定律的另一種表述形式．如果過(guò)程可逆，則熵不變；如果過(guò)程不可逆，則熵增加，熵增加原理的適用對(duì)象是孤立系統(tǒng)，如果是非孤立系統(tǒng)，熵有可能減少．應(yīng)用體驗(yàn)例2(多選)熱現(xiàn)象過(guò)程中不可避免地出現(xiàn)能量耗散的現(xiàn)象．所謂能量耗散是指在能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程中無(wú)法把流散的能量重新收集、重新加以利用的現(xiàn)象．下列關(guān)于能量耗散的說(shuō)法中正確的是(

)A．能量耗散說(shuō)明能量不守恒B．能量耗散不符合熱力學(xué)第二定律C．能量耗散過(guò)程中能量仍守恒D．能量耗散是從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀過(guò)程具有方向性答案：CD解析：能量耗散過(guò)程能量仍守恒，但可利用的能源越來(lái)越少，這說(shuō)明自然界中的宏觀過(guò)程具有方向性，符合熱力學(xué)第二定律，C、D正確．針對(duì)訓(xùn)練3.[遼寧大連高二期中]下列說(shuō)法中正確的是(

)A．自然界的能量的總和是守恒的，所以節(jié)約能源是毫無(wú)意義的B．電源是通過(guò)靜電力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能的裝置C．電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，是通過(guò)電流做功來(lái)實(shí)現(xiàn)的D．能量耗散表明自然界的能量總和在不斷減少答案：C解析：自然界的能量的總和是守恒的，但人類可以利用的能源是有限的，節(jié)約能源不僅能使我們長(zhǎng)久利用，并且可以減少常規(guī)能源在使用中帶來(lái)的污染，節(jié)約能源對(duì)人類社會(huì)的發(fā)展有很大的意義，A、D錯(cuò)誤；電源是通過(guò)非靜電力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能的裝置，B錯(cuò)誤；通過(guò)電流做功，可以把電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，C正確．1、根據(jù)熱力學(xué)定律,下列判斷正確的是(

)A.空調(diào)可以制冷說(shuō)明熱量可以自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體B.利用淺層海水和深層海水間的溫度差制造出一種熱機(jī),將海水的一部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,這在原理上是可行的C.制冷系統(tǒng)能將冰箱內(nèi)的熱量傳給外界較高溫度的空氣,而不引起其他變化D.滿足能量守恒定律的客觀過(guò)程都可以自發(fā)地進(jìn)行B當(dāng)堂小練解析：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體,A錯(cuò);由熱力學(xué)第二定律可知,B正確;熱量從低溫物體傳給高溫物體時(shí)一定會(huì)引起其他變化,C錯(cuò);只滿足能量守恒定律而不滿足熱力學(xué)第二定律的過(guò)程是不可能發(fā)生的,D錯(cuò)。2、關(guān)于熱力學(xué)定律,下列說(shuō)法正確的是(

)A.功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬膶?shí)際宏觀過(guò)程是不可逆過(guò)程B.對(duì)某物體做功,必定會(huì)使該物體的內(nèi)能增加C.不可能從單一熱源吸收熱量,使之完全變?yōu)楣.不可能使熱量從低溫物體傳向高溫物體解析：根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知,一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過(guò)程都是不可逆的,功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬膶?shí)際宏觀過(guò)程是不可逆過(guò)程,故A正確;做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的兩種方法,由熱力學(xué)第一定律知,對(duì)物體做功,內(nèi)能不一定增加,故B錯(cuò)誤;根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知,若產(chǎn)生其他影響,可能從單一熱源吸收熱量,使之完全變?yōu)楣?故C錯(cuò)誤;根據(jù)熱力學(xué)第二定律,不可能使熱量自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體,但在外界的作用下,能使熱量從低溫物體傳向高溫物體,故D錯(cuò)誤。A3、下列關(guān)于能量耗散的說(shuō)法,正確的是(