資源簡介

3.4熱力學第二定律學案
一學科核心素養
物理觀念∶通過自然界中宏觀過程的方向性，建立起熱力學第二定律的概念。能用熱力學第二定律正確描述和解釋宏觀方向性的自然現象。
科學思維∶對常見的宏觀自然過程的方向性進行簡單分析；知道能量守恒與節約能源的本質。
科學探究：理解冰箱的工作原理以及熱機的效率為什么無法達到100%。
科學態度與責任∶了解能源在社會發展中的地位；知道人類必須尊重自然，遵循自然規律；養成保護環境、節約資源、促進可持續發展的良好習慣。
二學習重難點
重點：熱力學第二定律兩種常見的表述。
難點：熱力學第二定律的開爾文表述。
三課前預習
1．在自然界發生的種種變化中，能量的總值雖然保持不變（守恒），但是能量可被利用的價值卻越來越小，或者說能量的品質在逐漸降低，這就是______。
2．熱力學第二定律常見的表述有兩種：
第一種表述：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；
第二種表述：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。
圖a是根據熱力學第二定律的第一種表述畫出的示意圖：外界對制冷機做功，使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體。請你根據第二種表述完成示意圖b、根據你的理解，熱力學第二定律的實質是___________。
3．直接利用太陽能有兩種途徑：
（1）把太陽能轉化為______以供應用，如太陽爐、太陽能熱水器、太陽能發電站.
（2）通過光電轉換裝置把太陽能直接轉化為_______能，如太陽能電池.
4．說明下列能源利用方式中的能量轉化過程：
（1）水力發電：_____________________________.
（2）電動水泵抽水：_____________________________.
（3）柴油機車牽引列車前進：_____________________________.
（4）火箭發射人造衛星：_____________________________.
5．如圖所示是壓縮式電冰箱的工作原理示意圖。經過干燥過濾器后液體制冷劑進入蒸發器，汽化吸收箱體內的熱量，壓縮機使低溫低壓的制冷劑氣體變成高溫高壓的氣體，然后制冷劑在冷凝器中液化放出熱量到箱體外。電冰箱將熱量從低溫物體轉移到高溫物體的工作過程___________（填“違背”或“不違背”）熱力學第二定律。制冷劑在蒸發器中由液態變成氣態的過程中，做的功W___________（填“大于”“小于”或“等于”）零；分子的勢能將___________（填“增大”“不變”或“減小”）。
6．能源是有限的
（1）能源：具有_______的容易利用的儲能物質。
（2）能量耗散：使用的能源轉化成內能分散在環境中不能_______起來驅動機器做功，這樣的轉化過程叫作“能量耗散”。
（3）能源的使用過程中雖然能的總量保持不變，但能量的品質下降了，_______減少了。
7．石油、電能、地熱能、天然氣中屬于新能源的是_____，屬于二次能源的是_____。
8．（1）一切與熱現象有關的宏觀自然過程都是______的；
（2）熱量能自發地從高溫物體轉移到低溫物體，說明了熱傳遞的______。
（3）能量的耗散：其他形式的能轉化為內能后不能再重復利用，這種現象叫作能量的耗散。
（4）能量的耗散是從能量轉化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有______。
19．熱力學第二定律
（1）定義：在物理學中，反映宏觀自然過程的_______性的定律。
（2）熱力學第二定律的克勞修斯表述：熱量不能_______地從低溫物體傳到_______溫物體，闡述的是傳熱的_______性。
（3）熱力學第二定律的開爾文表述：
a.熱機
①熱機工作的兩個階段：第一個階段是燃燒燃料，把燃料中的________變成工作物質的內能；第二個階段是工作物質對外做功，把自己的內能變成_______。
②熱機用于做功的熱量一定_______它從高溫熱庫吸收的熱量，即W_______Q；
b.熱力學第二定律的開爾文表述：不可能從單一熱庫吸收熱量，使之_______，而不產生其他影響。（該表述闡述了機械能與內能轉化的方向性）
（4）熱力學第二定律的克勞修斯表述和開爾文表述是_______的。（選填“等價”或“不等價”）
四自我檢測
1．如圖所示，相通的容器甲、乙間裝有閥門K，容器甲中充滿氣體，容器乙內為真空，整個系統與外界沒有熱交換。打開閥門K后，甲中的氣體進入乙中，最終達到平衡，則（　　）
A．氣體體積膨脹，對外做功
B．氣體分子勢能減少，內能增加
C．體積變大，溫度降低
D．乙中氣體不可能自發地全部退回到甲中
2．根據熱力學定律，下列說法錯誤的是（　　）
A．電冰箱的工作表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞
B．空調機在制冷過程中，從室內吸收的熱量少于向室外放出的熱量
C．科技的不斷進步使得人類有可能生產出從單一熱源吸熱全部用來對外做功而不引起其他變化的熱機
D．即使沒有漏氣、摩擦、不必要的散熱等損失，熱機也不可以把燃料產生的內能全部轉化為機械能
3．二氧化碳是導致“溫室效應”的主要原因之一，人類在采取節能減排措施的同時，也在研究控制溫室氣體的新方法。目前，專家們正在研究二氧化碳的深海處理技術。在某次實驗中，將一定質量的二氧化碳氣體封閉在一個可以自由壓縮的導熱容器中，將容器緩慢移到海水某深處，氣體體積減小為原來的一半，溫度逐漸降低。此過程中（　　）
A．封閉的二氧化碳氣體對外界做正功
B．封閉的二氧化碳氣體壓強可能增大
C．封閉的二氧化碳氣體分子的平均動能增大
D．封閉的二氧化碳氣體一定從外界吸收熱量
4．下列關于熱力學第二定律的說法正確的是（　　）
A．所有符合能量守恒定律的宏觀過程都能發生
B．一切與熱現象有關的宏觀自然過程都是不可逆的
C．機械能可以全部轉化為內能，在不產生其他影響的情況下，內能可以全部用來做功而轉化成機械能
D．氣體向真空的自由膨脹是可逆的
5．下列過程中，可能實現的是（　　）
A．水的溫度自動下降時釋放的內能全部轉化為機械能
B．內燃機汽缸內氣體的內能全部轉化為機械能
C．在粗糙水平面上運動的物體，它的動能轉化為內能，使物體溫度升高
D．靜止在光滑水平面上的物體，溫度降低時釋放的內能可以轉化為物體的動能，使物體運動起來
6．如圖所示，水平固定不動、導熱性能良好的汽缸內用活塞封閉著一定質量的空氣，外界溫度恒定，開始時活塞靜止，現在施加外力使活塞緩慢向右移動（活塞始終未被拉出汽缸），忽略氣體分子間的相互作用，則在活塞移動的過程中，下列說法正確的是（　　）
A．汽缸內氣體從外界吸收的熱量等于氣體對外界做的功
B．汽缸內氣體分子的平均動能變小
C．汽缸內氣體的壓強不變
D．由于溫度沒變，熱量不可以從相同溫度的物體傳到另一相同溫度的物體
7．能源問題是當今世界最為重要的問題之一，熱力學的研究對能源利用率的提高起到了關鍵作用，為熱機的設計與制造提供了足夠的理論支持。關于熱機和熱力學定律，以下表述正確的是（　　）
A．將電冰箱的門打開可以使房間里的溫度降低
B．因為能量守恒，隨著科技的發展能量可以循環利用，從而解決能源危機問題
C．第二類永動機并沒有違背能量守恒定律，但熱機的效率不可能達到
D．熱力學第二定律可表述為“不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體”
8．下列說法正確的是（ ）
A．0℃的冰融化成0℃的水，分子的平均動能不變，內能變小
B．載重汽車卸去貨物的過程中，外界對汽車輪胎內的氣體做正功
C．熱量可以從低溫物體傳遞到高溫物體
D．一定量的某種理想氣體在等溫膨脹過程中，壓強一定增加
9．下列說法正確的是（　　）
A．體積和溫度都相同的氣體，內能一定相同
B．一定量的某種理想氣體在等壓膨脹過程中，內能一定增加
C．一切過程都是向著分子熱運動無序性增大的方向進行的
D．從單一熱源吸收熱量，使之完全變為功而不產生其他影響是不可能的
10．下列說法正確的是（　　）
A．第二類永動機違反能量守恒定律，因此不可能制成
B．第一類永動機違反熱力學第二定律，因此不可能制成
C．電冰箱的工作過程表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞
D．從單一熱庫吸收熱量，使之完全變為功，是提高機械效率的常用手段
參考答案：
三課前預習
1．能量的耗散與退化
2．見解析
3． 內能 電
4． 機械能→電能 電能→機械能 化學能→內能→機械能 化學能→內能→機械能
5． 不違背 小于 增大
6． 高品質 自動聚集 能源
7． 地熱能 電能
8． 不可逆 方向性 方向性
9． 方向 自發 高 方向 化學能 機械能 小于 < 完全變成功 等價
四自我檢測
1．D
2．C
3．B
4．B
5．C
6．A
7．C
8．C
9．B
10．C
試卷第1頁，共3頁

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