物理 第10章 熱力學(xué)定律 第4節(jié) 熱力學(xué)第二定律 第5節(jié) 熱力學(xué)第二定律的微觀解釋 新人教版選修3-3

《物理 第10章 熱力學(xué)定律 第4節(jié) 熱力學(xué)第二定律 第5節(jié) 熱力學(xué)第二定律的微觀解釋 新人教版選修3-3》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《物理 第10章 熱力學(xué)定律 第4節(jié) 熱力學(xué)第二定律 第5節(jié) 熱力學(xué)第二定律的微觀解釋 新人教版選修3-3（35頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、物 理選修選修3-3 人教版人教版第十章熱力學(xué)定律熱力學(xué)定律第四節(jié)熱力學(xué)第二定律第四節(jié)熱力學(xué)第二定律第五節(jié)熱力學(xué)第二定律的微觀解釋第五節(jié)熱力學(xué)第二定律的微觀解釋了解熱力學(xué)第二定律的多種表述了解熱力學(xué)第二定律的多種表述知道熱傳導(dǎo)及宏觀過程的方向性知道熱傳導(dǎo)及宏觀過程的方向性了解熱力學(xué)第二學(xué)定律的微觀解釋了解熱力學(xué)第二學(xué)定律的微觀解釋知道熵及熵增加原理知道熵及熵增加原理1 1課前預(yù)習(xí)課前預(yù)習(xí)2 2課內(nèi)探究課內(nèi)探究3 3素養(yǎng)提升素養(yǎng)提升4 4課堂達(dá)標(biāo)課堂達(dá)標(biāo)5 5課時作業(yè)課時作業(yè)課課 前前 預(yù)預(yù) 習(xí)習(xí) 1可逆與不可逆過程(熱傳導(dǎo)的方向性) 熱傳導(dǎo)的過程可以自發(fā)地由_物體向_物體進(jìn)行，但相反方向卻不能

2、_進(jìn)行，即熱傳導(dǎo)具有_性，是一個不可逆過程。 2熱力學(xué)第二定律的一種表述(克勞修斯表述) 熱量不能自發(fā)地從_物體傳遞到_物體。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高溫高溫低溫低溫自發(fā)地自發(fā)地方向方向低溫低溫高溫高溫 1開爾文表述 不可能從_吸收熱量，使之完全變成_，而不產(chǎn)生其他影響。 2熱力學(xué)第二定律的其他描述 (1)一切宏觀自然過程的進(jìn)行都具有_。 (2)氣體向真空的自由膨脹是_的。 熱力學(xué)第二定律的另一種表述熱力學(xué)第二定律的另一種表述單一熱庫單一熱庫功功方向性方向性不可逆不可逆 1有序 只要確定了某種規(guī)則，_這個規(guī)則的就叫做有序。 2無序 不符合某種_的稱為無序。 3宏觀態(tài) _

3、某種規(guī)定、規(guī)則的狀態(tài)，叫做熱力學(xué)系統(tǒng)的宏觀態(tài)。 4微觀態(tài) 在宏觀狀態(tài)下，符合_的規(guī)定、規(guī)則的狀態(tài)叫做這個宏觀態(tài)的微觀態(tài)。有序和無序宏觀態(tài)和微觀態(tài)有序和無序宏觀態(tài)和微觀態(tài)符合符合確定規(guī)則確定規(guī)則符合符合另外另外 熱力學(xué)第二定律的微觀意義：一切自然過程總是沿著分子熱運動的_的方向進(jìn)行。氣體向真空的擴(kuò)散氣體向真空的擴(kuò)散無序性增大無序性增大 1熵 (1)微觀狀態(tài)的數(shù)目用表示，用S表示熵，則S_，k稱為玻耳茲曼常數(shù)。 (2)熵和系統(tǒng)內(nèi)能一樣都是一個狀態(tài)函數(shù)，僅由系統(tǒng)的_決定。從分子動理論的觀點來看，熵是分子熱運動_程度的定量量度。 2熵增加原理 在任何自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的總熵_，叫做熵增加原理。對

4、于其他情況，系統(tǒng)的熵可能增加，也可能減小。熵及熵增加原理熵及熵增加原理kln 狀態(tài)狀態(tài) 無序無序(混亂混亂) 不會減小不會減小 判一判 (1)機(jī)械能可以完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。( ) (2)內(nèi)能不可能完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。( ) (3)能夠制成的熱機(jī)既不違背能量守恒定律，也不違背熱力學(xué)第二定律。( ) (4)一個系統(tǒng)中個體排列的“有序”和“無序”是絕對的。( ) (5)一個宏觀態(tài)所對應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目越多，則熵越大。( ) 選一選 下列說法正確的是( ) A熱量不能從低溫物體傳到高溫物體 B功可以完全變成熱，熱不能完全變成功 C改進(jìn)熱機(jī)的生產(chǎn)工藝，總有一天熱機(jī)的效率可以達(dá)到100% D氣體向真空的自由膨脹是不

5、可逆的 解析：在一定條件下熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，A錯；在一定條件下熱可以全部變成功，B錯；熱機(jī)的效率在任何條件下都不可能達(dá)到100%，C錯；一切宏觀自然過程的進(jìn)行都具有方向性，D正確。D 想一想 成語語“覆水難收”指的是一盆水潑出去后是不可能再倒回盆中的。請從不同宏觀態(tài)所對應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目不同這個角度，解釋為什么水不會自發(fā)地聚到盆中。 課課 內(nèi)內(nèi) 探探 究究 一種冷暖兩用型空調(diào)，銘牌標(biāo)注：輸入功率1kW，制冷能力1.2104kJ/h，制熱能力1.3104kJ/h。這樣，該空調(diào)在制熱時，每消耗1J電能，將放出3J多熱量，是指標(biāo)錯誤還是能量不守恒？探究一熱力學(xué)第二定律的理解探究一熱力學(xué)第二

6、定律的理解 1單一熱庫 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，從而可以對外做功。據(jù)報道，有些國家已在研究利用海水上下溫度不同來發(fā)電。 2其他影響 指除了從單一熱庫吸收的熱量，以及所做的功以外的其他一切影響；或者除了從低溫物體吸收熱量、高溫物體得到相同的熱量外，其他一切影響和變化。不是不能從單一熱庫吸收熱量而對外做功，而是這樣做的結(jié)果，一定伴隨著其他變化或影響。同樣，也不是熱量不能從低溫物體傳到高溫物體，而是指不產(chǎn)生其他影響的自動熱傳遞是不可能的。 3關(guān)于“不可能” 實際上熱機(jī)或制冷機(jī)系統(tǒng)循環(huán)終了時，除了從單一熱

7、庫吸收熱量對外做功，以及熱量從低溫?zé)釒靷鞯礁邷責(zé)釒煲酝?，過程所產(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。 4適用條件 只能適用于由很大數(shù)目分子所構(gòu)成的系統(tǒng)及有限范圍內(nèi)的宏觀過程。而不適用于少量的微觀體系，也不能把它擴(kuò)展到無限的宇宙。 5兩種表述是等價的 兩種表述都揭示了熱現(xiàn)象宏觀過程的方向性。兩種表述可以相互推導(dǎo)。 根據(jù)熱力學(xué)定律，下列判斷正確的是( ) A我們可以把火爐散失到周圍環(huán)境中的能量全部收集到火爐中再次用來取暖 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

8、不引起其他變化 D滿足能量守恒定律的客觀過程都可以自發(fā)地進(jìn)行B 解題指導(dǎo)：利用熱力學(xué)第二定律解決問題時： (1)明確熱力學(xué)第二定律的兩種表述是等效的。其實質(zhì)是自然界中進(jìn)行的所有涉及熱現(xiàn)象的宏觀物理過程都具有方向性。 (2)特別注意“不產(chǎn)生其他影響”和“產(chǎn)生其他影響”。熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，但要“產(chǎn)生其他影響”。 (3)熱機(jī)的效率總是小于1，因為它總要向低溫?zé)嵩瓷帷?解析：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，所以不能把散失的能量全部收集起來重新加以利用，A錯；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一定會發(fā)生其他變化，C錯；只滿足能量守恒定律而不滿足熱力學(xué)第二定律

9、的過程是不可能發(fā)生的，D錯。 對點訓(xùn)練1 如圖中氣缸內(nèi)盛有定量的理想氣體，氣缸壁是導(dǎo)熱的，缸外環(huán)境保持恒溫，活塞與氣缸壁的接觸是光滑的，但不漏氣?，F(xiàn)將活塞桿與外界連接，使其緩慢地向右移動，這樣氣體將等溫膨脹并通過桿對外做功。若已知理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，則下列說法正確的是( )C 解析：熱力學(xué)第二定律從機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向性來描述是：不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化。本題中如果沒有外界的幫助，比如外力拉動活塞桿使活塞向右移動，使氣體膨脹對外做功，導(dǎo)致氣體溫度略微降低，是不可能從外界吸收熱量的，即這一過程雖然是氣體從單一熱源吸熱，全用來對外做功，但引起了其他

10、變化，所以此過程不違反熱力學(xué)第二定律。 如圖將一滴紅墨水滴入一杯清水中，紅墨水會逐漸擴(kuò)散到整杯水中，呈均勻分布，試說明這個過程中熵的變化。 提示：墨水原來處于較小的空間(一滴)，無序度小，后來處于較大空間，無序度大，故熵變大。探究二對熱力學(xué)第二定律微觀意義的理解探究二對熱力學(xué)第二定律微觀意義的理解 1有序、無序的含義 (1)“無序”意味著各處一樣、平均、沒有差別，而有序則正好相反。 (2)“有序”與“無序”是相對的。 2熵的含義 “有序”和“無序”是相對而言的，是從有序程度上講的，熵是宏觀態(tài)無序程度的量度，熵越高，意味著宏觀態(tài)所對應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目越多，即越無序，熵越低即越有序。 3熱力學(xué)第二定律

11、的微觀解釋 高溫物體和低溫物體中的分子都在做無規(guī)則的熱運動，但是高溫物體中分子熱運動的平均速率要大于低溫物體。所以在高溫物體分子與低溫物體分子的碰撞過程中，低溫物體分子運動的劇烈程度會逐漸加劇，即低溫物體的溫度升高了。而高溫物體分子運動的劇烈程度會減緩，即高溫物體的溫度降低了。所以從宏觀熱現(xiàn)象角度來看，熱傳遞具有方向性，總是從高溫物體傳給低溫物體。換一種角度看，初始我們根據(jù)溫度的高低來區(qū)分兩個物體，而終了狀態(tài)兩個物體上的溫度處處相同，無法區(qū)別，我們就說系統(tǒng)的無序程度增加了。 同理可知，在通過做功使系統(tǒng)內(nèi)能增加的過程中，是大量分子從有序運動狀態(tài)向無序運動狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程。 (多選)關(guān)于熱力學(xué)第二定

12、律的微觀意義，下列說法正確的是( ) A大量分子無規(guī)則的熱運動能夠自動轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蜻\動 B熱傳遞的自然過程是大量分子從有序運動狀態(tài)向無序運動狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程 C熱傳遞的自然過程是大量分子從無序程度小的運動狀態(tài)向無序程度大的運動狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程 D一切自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進(jìn)行 解題指導(dǎo)：熱傳遞過程是大量分子由無序程度小轉(zhuǎn)化為無序程度大的過程，體現(xiàn)了自然過程的方向。CD 解析：分子熱運動是大量分子無規(guī)則運動，系統(tǒng)的一個宏觀過程包含著大量的微觀狀態(tài)，這是一個無序的運動，根據(jù)熵增加原理，熱運動的結(jié)果只能使分子熱運動更加無序，而不是變成了有序，熱傳遞的自然過程從微觀上講就是大量分子從無

13、序程度小的運動狀態(tài)向無序程度大的運動狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程，C、D項正確。 對點訓(xùn)練2 如圖，質(zhì)量、溫度相同的水，分別處于固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)三種狀態(tài)下，它們的熵的大小有什么關(guān)系？為什么？ 答案：根據(jù)大量分子運動對系統(tǒng)無序程度的影響，熱力學(xué)第二定律又有一種表述：由大量分子組成的系統(tǒng)自發(fā)變化時，總是向著無序程度增加的方向發(fā)展，至少無序程度不會減少。這也就是說，任何一個系統(tǒng)自發(fā)變化時，系統(tǒng)的熵要么增加，要么不變，但不會減少。質(zhì)量相同，溫度相同的水，可以由固體自發(fā)地向液體、氣態(tài)轉(zhuǎn)化，所以，氣態(tài)時的熵最大，其次是液體，固態(tài)時的熵最小。 素素 養(yǎng)養(yǎng) 提提 升升 1熱力學(xué)第二定律與第一定律的比較 2.兩類永動機(jī)的比較 關(guān)于兩類永動機(jī)和熱力學(xué)的兩個定律，下列說法正確的是( ) A第一類永動機(jī)不可能制成是因為違反了熱力學(xué)第二定律 B第二類永動機(jī)不可能制成是因為違反了熱力學(xué)第一定律 C由熱力學(xué)第一定律可知做功不一定改變內(nèi)能，傳熱也不一定改變內(nèi)能，但同時做功和傳熱一定會改變內(nèi)能 D由熱力學(xué)第二定律可知熱量從低溫物體傳向高溫物體是可能的，從單一熱庫吸收熱量，完全變成功也是可能的D 解析：第一類永動機(jī)違反能量守恒定律，選項A錯誤；第二類永動機(jī)違反熱力學(xué)第二定律，選項B錯誤；由熱力學(xué)第一定律可知當(dāng)W0，Q0時，UWQ可以等于0，選項C錯誤；由熱力學(xué)第二定律可知選項D中現(xiàn)象是可能的，但一定會產(chǎn)生其他影響，選項D正確。