《2018-2019版高中物理 第四章 能量守恒與熱力學定律 4 熱力學第二定律 5 初識熵課件 教科版選修3-3.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2018-2019版高中物理 第四章 能量守恒與熱力學定律 4 熱力學第二定律 5 初識熵課件 教科版選修3-3.ppt（41頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、4 熱力學第二定律 5 初識熵,第四章 能量守恒與熱力學定律,[學習目標],1.了解熱力學第二定律的兩種表述，并能用熱力學第二定律解釋第二類永動機不能制成的原因. 2.能運用熱力學第二定律解釋自然界中的能量轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移以及方向性問題. 3.了解有序和無序是相對的，知道熵的概念. 4.了解熵增原理，知道它是熱力學第二定律的另一種表述.,內(nèi)容索引,,重點探究 啟迪思維 探究重點,達標檢測 檢測評價 達標過關,自主預習 預習新知 夯實基礎,自主預習,一、熱力學第二定律,1.熱力學第二定律的兩種表述 (1)克勞修斯表述：不可能把熱量從 物體傳遞到 物體而不產(chǎn)生其他影響.闡述的是熱傳遞的 . (2

2、)開爾文表述：不可能從單一熱源吸取熱量使之 變?yōu)橛杏玫墓Χ划a(chǎn)生其他影響.闡述的是機械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的 . 2.兩種表述是等效的 兩種表述看上去似乎沒有聯(lián)系，然而實際上它們是 的，即由其中一個可以推導出另一個.,低溫,高溫,方向性,全部,方向性,等效,3.熱力學第二定律的其他描述 (1)一切宏觀自然過程的進行都具有 . (2)氣體向真空的自由膨脹是 的. (3)第二類永動機是 (填“可能”或“不可能”)制成的. 4.熱力學第二定律的實質(zhì) 熱力學第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與的宏觀過程的方向性，使人們認識到自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有 .,方向性,不可逆

3、,不可能,方向性,5.第二類永動機 (1)定義：假設某一系統(tǒng)吸收空氣或海水中的熱量，對外部做有用功，而又返回到初態(tài).如此周而復始地反復進行，永不停止，該系統(tǒng)稱為第二類永動機. (2)不可能制成的原因： 能量守恒定律，但 了熱力學第二定律.(均填“違反”或“不違反”),不違反,違反,1.對熵的認識 (1)方向性 不可逆過程總是系統(tǒng)從 的狀態(tài)向無差異的均勻狀態(tài)過渡，從____ 向無規(guī)則過渡，從 向分散過渡. (2)有序、無序 把系統(tǒng)的有差異的不均勻、有規(guī)則、集中說成 ，把系統(tǒng)的無差異的均勻、無規(guī)則、分散說成 . (3)熵 代表系統(tǒng)的 程度.無序性大， 大；無序性 ，熵小

4、.,二、初識熵,有差異,有規(guī),則,集中,有序,無序,無序性,熵,小,2.熵增原理 (1)內(nèi)容 孤立系統(tǒng)的熵總是增加的，或者孤立系統(tǒng)的熵總 . (2)公式 ①ΔS表示過程中熵的變化，則熵增原理可以表示為： . ②ΔS＝0表示系統(tǒng)處于平衡態(tài)，ΔS>0表示孤立系統(tǒng)的任何一個過程熵總是增加的. (3)適用條件： 系統(tǒng).,不減少,ΔS≥0,孤立,1.判斷下列說法的正誤. (1)可以從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)楣?( ) (2)第二類永動機違背了能量守恒定律.( ) (3)第二類永動機違背了熱力學第二定律.( ) (4)一個系統(tǒng)中個體排列的“有序”和“無序”是絕對的.( ) (5)

5、熵值越大代表著越有序.( ) (6)孤立系統(tǒng)的總熵可能增大，也可能減小.( ),[即學即用],答案,√,,√,,,,2.(1)冰箱工作時，能把冰箱內(nèi)的熱量傳遞到冰箱外，這________(填“違反”或“不違反”)熱力學第二定律. (2)兩個溫度不同的物體接觸時，熱量會自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，直到兩者溫度相等；一個溫度處處相等的物體，不可能自發(fā)地變成一部分溫度高，另一部分溫度低.這一事實說明，一切自然過程總是沿著分子熱運動___________的方向進行.,答案,不違反,無序性增大,重點探究,有人提出這樣一種設想，發(fā)明一種熱機，用它把物體與地面摩擦所產(chǎn)生的熱量都吸收過來并對物體做功，將

6、內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為動能，使因摩擦停止運動的物體在地面上重新運動起來，而不引起其他變化.這是一個非常誘人的設想，這種設想并不違反能量守恒定律，如果真能造出這樣的熱機，那么，我們只從海水中吸收熱量來做功，就成為可能了，“能源問題”也就解決了.這樣的熱機能制成嗎？為什么？,一、熱力學第二定律,[導學探究],答案 不能.違背了熱力學第二定律.,答案,[知識深化],1.在熱力學第二定律的表述中，“不可能”“不產(chǎn)生其他影響”的涵義 (1)關于“不可能”：實際上熱機或制冷機系統(tǒng)循環(huán)終了時，除了從單一熱源吸收熱量對外做功，以及熱量從低溫熱源傳到高溫熱源以外，過程所產(chǎn)生的其他一切影響，不論用任何曲折復雜的辦法都不可

7、能加以消除. (2)“不產(chǎn)生其他影響”是指發(fā)生的熱力學宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學方面的影響.如吸熱、放熱、做功等.,2.熱力學第二定律的意義 熱力學第二定律已在物理、化學、生物等自然學科中有著重要的應用，對我們認識自然、利用自然有重要的指導意義. 特別提醒 熱力學第二定律的實質(zhì)：熱力學第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與宏觀過程的方向性，使人們認識到自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性.,例1 (多選)根據(jù)熱力學第二定律可知，下列說法中正確的是 A.不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做有用功，而不引起其他 變化 B.沒有冷凝器，只有單一的熱源，能將從

8、單一熱源吸收的熱量全部用來 做有用功，而不引起其他變化的熱機是可以實現(xiàn)的 C.制冷系統(tǒng)將冰箱里的熱量傳給外界較高溫度的空氣中，而不引起其他 變化 D.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,答案,解析,√,√,解析 熱力學第二定律揭示了與熱現(xiàn)象有關的物理過程的方向性，機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性，機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能要全部轉(zhuǎn)化為機械能必須借助外部的幫助，即會引起其他變化，A選項正確，B選項錯誤； 熱傳遞過程也具有方向性，熱量能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，但是熱量要從低溫物體傳到高溫物體，必然要引起其他變化(外界對系統(tǒng)做功)，故C選項錯誤，D選項正確.,針對

9、訓練 (多選)下列說法中正確的是 A.一切涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性 B.一切不違背能量守恒定律的物理過程都是可能實現(xiàn)的 C.由熱力學第二定律可以判斷物理過程能否自發(fā)進行 D.一切物理過程都不可能自發(fā)地進行,答案,解析,√,√,解析 能量轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化的過程都是具有方向性的，A對； 第二類永動機不違背能量守恒定律，但是不能實現(xiàn)，B錯； 在熱傳遞的過程中，能量可以自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，但其逆過程不可能自發(fā)地進行，C對，D錯.,二、熱力學第一定律和熱力學第二定律的比較,1.兩個定律比較 熱力學第一定律是能量守恒定律在熱力學中的具體表現(xiàn)形式，在轉(zhuǎn)化的過程中，總的能量保持不變.熱力學第二定律

10、是指在有限的時間和空間內(nèi)，一切和熱現(xiàn)象有關的物理過程、化學過程都具有不可逆性.,2.兩類永動機的比較,例2 關于熱力學第一定律和熱力學第二定律，下列論述正確的是 A.熱力學第一定律指出內(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.兩條定律都是有關能量轉(zhuǎn)化的規(guī)律，它們不但不矛盾，而且沒有本質(zhì) 區(qū)別 D.其實，能量守恒定律已經(jīng)包含了熱力學第一定律和熱力學第二定律,答案,解析,√,解析 熱力學第一定律是能量守恒定律在熱現(xiàn)象中的體現(xiàn)，而熱力學

11、第二定律則指出內(nèi)能和其他形式的能發(fā)生轉(zhuǎn)化的方向性，兩者并不矛盾，選項A、C、D錯誤，B正確.,例3 下列說法正確的是 A.第二類永動機違背了能量守恒定律 B.第二類永動機違背了熱力學第二定律 C.根據(jù)能量守恒定律，經(jīng)過不斷的技術改造，熱機的效率有可能達到100% D.電冰箱和空調(diào)機工作時，熱量從低溫熱源傳到高溫熱源，違背了熱力 學第二定律,√,答案,解析,解析 第二類永動機沒有違背能量守恒定律，但違背了熱力學第二定律，A錯誤，B正確； 熱機的效率永遠小于100%，因為要向低溫熱源散熱，C錯誤； 電冰箱和空調(diào)機工作時，是通過壓縮機做功，來實現(xiàn)熱量從低溫熱源到高溫熱源的傳遞，所以并沒有違背熱力學

12、第二定律，D錯誤.,三、初識熵,(1)如圖1所示，一幅是閱兵式的圖片，另一幅是清明上河圖(局部)，從這兩幅圖中我們看出了什么？,[導學探究],答案 閱兵式圖片較有序，清明上河圖較無序.,答案,圖1,答案 自發(fā)過程總是向著無序性增大的方向進行.,答案,(2)固體自發(fā)地熔化為液體、固體結晶要比液體整齊有序；液體自發(fā)地蒸發(fā)為氣體，液體分子的分布比氣體分子要集中有序.兩種不同氣體相互擴散，由有序變?yōu)闊o序，這些現(xiàn)象都說明了什么問題？,[知識深化],1.熵的概念 (1)熵是系統(tǒng)無序度的量度 “有序”和“無序”是相對而言的，是從有序程度上講的，熵越高，意味著宏觀態(tài)所對應的微觀態(tài)數(shù)目越多，即越無序，熵越低即越

13、有序. (2)熵是不可逆過程的共同判據(jù) 系統(tǒng)的自發(fā)過程總是從有序向無序變化.因為熵是系統(tǒng)無序度的量度，所以可以用熵作為一切不可逆過程的共同判據(jù). (3)熵是系統(tǒng)狀態(tài)的函數(shù) 系統(tǒng)的一個狀態(tài)對應一個熵值.如一塊完整的玻璃有一熵值，打碎的玻璃另有一個熵值.,2.熵增原理——熱力學第二定律的另一種表述 孤立系統(tǒng)的熵總是增加的，或者孤立系統(tǒng)的熵總不減少. ①“孤立系統(tǒng)”是指與外界既沒有物質(zhì)的交流，也沒有能量的交換，即與外界沒有任何聯(lián)系的系統(tǒng). ②熵增是孤立系統(tǒng)內(nèi)部實際發(fā)生過程的必然趨勢.即一切自然過程總是沿著無序性增大的方向進行. 特別提醒 客觀過程的方向性具有統(tǒng)計意義，宏觀過程總是向著無序程度增加的方

14、向發(fā)展，即總是向著概率大的狀態(tài)發(fā)展，而不可能相反.,例4 (多選)關于熱力學第二定律的微觀意義，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行,答案,解析,√,√,解析 分子熱運動是大量分子的無規(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)熵增原理，熱運動的結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

15、講就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，故選C、D.,1.一切自發(fā)過程都是不可逆的，是大量分子從有序運動狀態(tài)向無序運動狀態(tài)轉(zhuǎn)化發(fā)展的過程，即無序性增大的過程. 2.傳熱過程是大量分子由無序程度小的運動狀態(tài)轉(zhuǎn)化為無序程度大的運動狀態(tài)的過程，體現(xiàn)了熱傳遞的方向性.,例5 下列關于熵的說法中錯誤的是 A.熵是系統(tǒng)內(nèi)分子運動無序性的量度 B.在自然過程中一個孤立系統(tǒng)的熵總是增加或不變的 C.熱力學第二定律也叫做熵減小原理 D.熵值越大代表著越無序,√,解析 一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行，這就是熱力學第二定律的微觀意義.系統(tǒng)的熱力學過程就是大量分子向

16、無序程度大的狀態(tài)變化的過程.自然過程的方向性可以表述為：在任何自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的熵值不會減小，因此熱力學第二定律又稱為熵增原理.故A、B、D說法正確，C說法錯誤.,答案,解析,達標檢測,1.(熱力學第二定律的理解)下列說法正確的是 A.機械能全部變成內(nèi)能是不可能的 B.第二類永動機不可能制造成功是因為能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會 憑空消失，只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，或從一種形式轉(zhuǎn)化 成另一種形式 C.根據(jù)熱力學第二定律可知，熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體 D.從單一熱源吸收的熱量全部變成有用功是可能的,答案,1,2,3,4,解析,√,解析 機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故A錯；

17、第二類永動機不可能制造成功是因為它違背了熱力學第二定律，故B錯； 熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，但如果不是自發(fā)地，是可以進行的，故C錯； 從單一熱源吸收熱量全部用來做功而不引起其他變化，是不可能的，但如果是從單一熱源吸收熱量全部變?yōu)橛杏霉Φ耐瑫r也引起了其他的變化，是可能的，故D項對.,1,2,3,4,2.(熱力學第一定律與熱力學第二定律的比較)(多選)圖2為電冰箱的工作原理示意圖.壓縮機工作時，強迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán).在蒸發(fā)器中制冷劑汽化，吸收箱體內(nèi)的熱量，經(jīng)過冷凝器時制冷劑液化，放出熱量到箱體外.下列說法正確的是,圖2,A.熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外 B.電冰箱的

18、制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界，是因為其消 耗了電能 C.電冰箱的工作原理不違背熱力學第一定律 D.電冰箱的工作原理違背了熱力學第一定律,√,√,答案,解析,1,2,3,4,解析 熱力學第一定律適用于所有的熱學過程，選項C正確，D錯誤； 熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體，要想使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體必須借助于其他系統(tǒng)做功，選項A錯誤，B正確.,1,2,3,4,3.(熱力學第二定律的微觀意義)下列關于熱力學第二定律微觀意義的說法正確的是 A.從微觀的角度看，熱力學第二定律是一個統(tǒng)計規(guī)律 B.一切自然過程總是沿著分子熱運動無序性減小的方向進行 C.有的自然過程沿著分子熱運動

19、無序性增大的方向進行，有的自然過程 沿著分子熱運動無序性減小的方向進行 D.在任何自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的總熵會減小,答案,1,2,3,4,解析,√,1,2,3,4,解析 熱力學第二定律是一個統(tǒng)計規(guī)律，A對； 從熱力學第二定律的微觀本質(zhì)看，一切不可逆過程總是沿著大量分子熱運動無序程度增大的方向進行，B、C錯； 任何自然過程總是朝著無序程度增大的方向進行，也就是熵增加的方向進行，故D錯.,4.(熵增原理)(多選)關于孤立體系中發(fā)生的實際過程，下列說法中正確的是 A.系統(tǒng)的總熵不可能減小 B.系統(tǒng)的總熵可能增大，可能不變，還可能減小 C.系統(tǒng)逐漸從比較有序的狀態(tài)向更無序的狀態(tài)發(fā)展 D.系統(tǒng)逐漸從比較無序的狀態(tài)向更加有序的狀態(tài)發(fā)展,答案,解析,1,2,3,4,√,√,解析 在孤立體系中發(fā)生的實際過程，其系統(tǒng)的總熵總是增加的，它不可能減小，故A正確，B錯誤； 根據(jù)熵增原理，該系統(tǒng)只能是從比較有序的狀態(tài)向更無序的狀態(tài)發(fā)展，故C正確，D錯誤.,