資源簡介

3.4熱力學(xué)第二定律學(xué)案
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
物理觀念：熱力學(xué)第二定律
科學(xué)思維：①會用能流圖理解熱力學(xué)第二定律．
②與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程的方向性．
科學(xué)探究：研究熱機(jī)的工作原理．
科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過學(xué)習(xí)熱力學(xué)第二定律樹立節(jié)約能源的意識
【學(xué)習(xí)重難點(diǎn)】
熱力學(xué)第二定律的有關(guān)應(yīng)用
【預(yù)習(xí)新知】
熱力學(xué)第二定律
1．熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述
(1)熱傳導(dǎo)的方向性：一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是________．
(2)熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述：德國物理學(xué)家克勞修斯在1850年提出：熱量不能自發(fā)地從________物體傳到________物體．熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述，闡述的是傳熱的________．
點(diǎn)睛：
克勞修斯的描述可以說：熱量能從低溫物體傳到高溫物體，但需要第三者參與，對第三者產(chǎn)生影響．
2．熱力學(xué)第二定律的開爾文表述
(1)熱機(jī)：
①熱機(jī)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(zhì)的________．第二個階段是工作物質(zhì)對外________，把自己的內(nèi)能變成______．
②熱機(jī)用于做功的熱量一定____它從高溫?zé)釒煳盏臒崃浚?br/>(2)開爾文表述：不可能從單一熱庫吸收熱量，使之________，而不產(chǎn)生其他影響．(該表述闡述了機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性)
拓展：
開爾文的表述相當(dāng)于：不可能制造成這樣一種機(jī)器，在一個循環(huán)動作后，只是從單一熱庫吸收熱量，使之完全變?yōu)楣Γ划a(chǎn)生其他影響．這是對熱機(jī)工作的總結(jié)．
能源是有限的
1．能源：具有高品質(zhì)的容易利用的儲能物質(zhì)．
2．能量耗散：使用的能源轉(zhuǎn)化成內(nèi)能分散在環(huán)境中不能自動聚集起來驅(qū)動機(jī)器做功，這樣的轉(zhuǎn)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(zhì)下降了，能源減少了．
4．能量與能源的區(qū)別
（1）能量是守恒的，既不會增加也不會減少．
（2）能源是能夠提供可利用能量的物質(zhì)．
（3）能量耗散，能量總量不變，但能量品質(zhì)會下降即能源減少，故我們要節(jié)約能源．
【重難探究】
要點(diǎn)一　熱力學(xué)第二定律的應(yīng)用
1．理解熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)，即自然界中進(jìn)行的所有涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性．理解的關(guān)鍵在于“自發(fā)”和“不引起其他變化”．
2．還要正確理解哪些過程不會達(dá)到100%的轉(zhuǎn)化而不產(chǎn)生其他影響．
題型1　熱力學(xué)第二定律的理解及應(yīng)用
【例1】　下列說法中正確的是(　　)
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，說明熱傳遞不存在方向性
對克勞修斯表述的理解
(1)闡述的是熱傳遞的方向性．
(2)表述中“自發(fā)”二字指的是：當(dāng)兩個物體接觸時，不需要任何第三者介入、不會對任何第三者產(chǎn)生任何影響，熱量就能從一個物體傳向另一個物體．
(3)熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，但一定不是自發(fā)地，即一定有第三者介入．
對開爾文表述的理解
①闡述的是機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性．
②表述中的“其他影響”是指除了從單一熱庫吸熱，把所吸收的熱用來做功，而自身的狀態(tài)(溫度、體積、壓強(qiáng))是否變化．
③可以從單一熱庫吸收熱量使之完全變成功或者說內(nèi)能，可以完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，但這一定產(chǎn)生了其他影響(如等溫膨脹時體積改變)．
熱力學(xué)第一定律與第二定律的關(guān)系
①熱力學(xué)第一定律揭示了做功和傳熱改變物體內(nèi)能的規(guī)律關(guān)系，是能量守恒定律在熱學(xué)中的表現(xiàn)，否定了第一類永動機(jī)．
②熱力學(xué)第二定律揭示了有大量分子參與的宏觀自然過程的方向性．
③兩定律分別從不同角度揭示了與熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程所遵循的規(guī)律，二者相互獨(dú)立，又相互補(bǔ)充．
題型2　熱力學(xué)第一定律與熱力學(xué)第二定律的關(guān)系
【例2】　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
對能量耗散的理解
(1)能量耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映了自然界的宏觀過程具有方向性．
(2)能量耗散現(xiàn)象不違背能量守恒定律．
(3)能量耗散使能量品質(zhì)降低：能量耗散雖然不會使能量減少，卻會使能量從高度有用的形式降為不太可用的形式．
要點(diǎn)二　能量耗散與能源問題
【例3】　關(guān)于能量和能源，下列說法中正確的是(　　)
A．能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，其總量有可能增加
B．能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，其總量會不斷減少
C．能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中總量保持不變，故節(jié)約能源沒有必要
D．能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有方向性，且現(xiàn)有可利用的能源有限，故必須節(jié)約能源
【鞏固訓(xùn)練】
1.兩種不同的金屬絲組成一個回路，接觸點(diǎn)1插在熱水中，接觸點(diǎn)2插在冷水中，如圖所示，電流計(jì)指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這就是溫差發(fā)電現(xiàn)象。關(guān)于這一現(xiàn)象，下列說法正確的是( )
A.這一實(shí)驗(yàn)過程違反了熱力學(xué)第二定律
B.在實(shí)驗(yàn)過程中，熱水和冷水的溫差保持不變
C.在實(shí)驗(yàn)過程中，熱水減少的內(nèi)能等于冷水增加的內(nèi)能
D.在實(shí)驗(yàn)過程中，熱水減少的內(nèi)能部分轉(zhuǎn)化為電能，電能部分轉(zhuǎn)化為冷水的內(nèi)能
2.關(guān)于兩類永動機(jī)和熱力學(xué)的兩個定律，下列方法正確的是( )
A.第二類永動機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了基力學(xué)第一定律
B.第一類永動機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了熱力學(xué)第二定律
C.由熱力學(xué)第一定律可知做功不一定改變內(nèi)能，熱傳遞也不一定改變內(nèi)能，但同時做功和熱傳遞一定會改變內(nèi)能
D.熱量從低溫物體傳向高溫物體是可能的
3.關(guān)于對永動機(jī)的認(rèn)識，下列說法正確的是( )
A.隨著科技的不斷發(fā)展，永動機(jī)是可以制成的
B.永動機(jī)指的是在摩擦力趨于零的條件下一直運(yùn)動的機(jī)器，它不需要對外做功C.兩類永動機(jī)的實(shí)質(zhì)和工作原理是相同的，都是人們的美好設(shè)想，是永遠(yuǎn)不會實(shí)現(xiàn)的
D.雖然第二類永動機(jī)不違反能量守恒定律，但仍不可制成
4.高三的同學(xué)們在火熱的6月進(jìn)入高考最后的沖刺，教室里的空調(diào)為同學(xué)們提供了舒爽的環(huán)境，空調(diào)的工作原理如圖所示，以下表述正確的是( )
A.空調(diào)的工作原理對應(yīng)的是熱力學(xué)第一定律的開爾文表述
B.空調(diào)的工作原理反映了熱傳導(dǎo)的方向性
C.此原理圖中，
D.此原理圖說明熱量不能從低溫物體傳到高溫物體等
5.如圖所示，汽缸內(nèi)盛有一定質(zhì)量的理想氣體，汽缸壁是導(dǎo)熱的，缸外環(huán)境保持恒溫，活塞與汽缸壁的接觸是光滑的，但不漏氣。現(xiàn)通過活塞桿使活塞緩慢地向右移動，這樣氣體將等溫膨脹并通過活塞對外做功。若已知理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，則下列說法中正確的是( )
A.氣體是從單一熱源吸熱，并全部用來對外做功，因此此過程違反熱力學(xué)第二定律
B.氣體是從單一熱源吸熱，但并未全部用來對外做功，所以此過程不違反熱力學(xué)第二定律
C.氣體是從單一熱源吸熱，并全部用來對外做功，但此過程不違反熱力學(xué)第二定律
D.氣體不是從單一熱源吸熱，且并未全部用來對外做功，所以此過程不違反熱力學(xué)第二定律
6.二十大報(bào)告提出了“推動綠色發(fā)展，促進(jìn)人和自然和諧發(fā)展”的理念，以下做法中不符合這個理念的是( )
A.把燃?xì)鉄崴鲹Q成太陽能熱水器 B.空調(diào)的溫度調(diào)得越低越好
C.隨手關(guān)閉長時間不用的電器 D.出行盡可能選擇公共交通工具
7.人類不但掌握了精準(zhǔn)測溫控溫的方法，還可以人工產(chǎn)生高熱和深冷，在高熱和深冷的“世界”里不斷發(fā)現(xiàn)新的科學(xué)奇跡，下列關(guān)于熱力學(xué)定律的說法正確的是( )
A.外界對物體做功，物體的內(nèi)能必定增加
B.一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的
C.所有符合能量守恒定律的宏觀過程都能自發(fā)的進(jìn)行
D.可能從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)楣Χ灰鹌渌绊?br/>8.根據(jù)熱力學(xué)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(diào)機(jī)在制冷過程中，從室內(nèi)吸收的熱量少于向室外放出的熱量
C.科技的不斷進(jìn)步使得人類有可能生產(chǎn)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(jī)
D.即使沒有漏氣、摩擦、不必要的散熱等損失，熱機(jī)也不可以把燃料產(chǎn)生的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能
9.根據(jù)熱力學(xué)定律和分子動理論可知，下列說法中不正確的是( )
A.擴(kuò)散現(xiàn)象是分子的無規(guī)則熱運(yùn)動造成的，溫度越高，分子熱運(yùn)動越劇烈，擴(kuò)散得越快
B.系統(tǒng)從外界吸收熱量，同時對外做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，其內(nèi)能不一定增加
C.懸浮在水中花粉的布朗運(yùn)動，反映了固體小顆粒分子在做無規(guī)則的熱運(yùn)動
D.第二類永動機(jī)違背了熱力學(xué)第二定律，所以是不可能制成的
10.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.第二類永動機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了熱力學(xué)第一定律
B.第一類永動機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了熱力學(xué)第二定律
C.由熱力學(xué)第一定律可知做功不一定改變內(nèi)能，熱傳遞也不一定改變內(nèi)能，但同時做功和熱傳遞一定會改變內(nèi)能
D.由熱力學(xué)第二定律可知從單一熱源吸收熱量，完全變成功是可能的
參考答案
1.答案：D
解析：熱力學(xué)第二定律是實(shí)際熱現(xiàn)象總結(jié)而來，任何宏觀的實(shí)際熱現(xiàn)象都符合熱力學(xué)第二定律，溫差發(fā)電現(xiàn)象不違背熱力學(xué)第二定律，故A錯誤；在實(shí)驗(yàn)過程中，熱水內(nèi)能減少，一部分轉(zhuǎn)移到低溫物體，一部分轉(zhuǎn)化為電能，故熱水一定會降溫，冷水一定會升溫，故B錯誤；在實(shí)驗(yàn)過程中，熱水減少的內(nèi)能只有部分轉(zhuǎn)化成電能，而有電阻的位置都會產(chǎn)生熱能，則電能部分轉(zhuǎn)化為冷水的內(nèi)能，故C錯誤，D正確。
2.答案：D
解析：第二類永動機(jī)不違反熱力學(xué)第一定律，違反熱力學(xué)第二定律，故A錯誤；第一類永動機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了熱力學(xué)第一定律，故B錯誤；改變內(nèi)能的方式有做功和熱傳遞，二者在內(nèi)能的改變上是一樣的，若對外做功的同時吸收熱量，內(nèi)能可能不變，故C錯誤；熱量從低溫物體傳到高溫物體是可能的，故D正確。
3.答案：D
解析：第一類永動機(jī)違反了能量的轉(zhuǎn)化與守恒，不可能實(shí)現(xiàn)，第二類永動機(jī)不違反能量守恒定律，但違反了熱力學(xué)第二定律，這兩類永動機(jī)都不可能制成，故A錯誤，D正確；永動機(jī)需要對外做功，故B錯誤；兩類永動機(jī)的實(shí)質(zhì)和工作原理是不相同的，故C錯誤。
4.答案：B
解析：空調(diào)的工作原理對應(yīng)的是熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述，A錯誤；空調(diào)的工作原理反映了熱傳導(dǎo)的方向性，熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，但在其他系統(tǒng)的干預(yù)下，可以從低溫物體傳到高溫物體，B正確；此原理圖中，，C錯誤；此原理圖說明在外界干預(yù)下，熱量能從低溫物體傳到高溫物體，D錯誤。
5.答案：C
解析：氣體等溫膨脹，內(nèi)能不變，從外界吸收的熱量全部對外做功，但是這個過程中引起了其它變化，如有外力控制著活塞緩慢的移動，而非自動進(jìn)行的，有“第三方”參與，所以不違背熱力學(xué)第二定律。
故選C。
6.答案：B
解析：A.把燃?xì)鉄崴鲹Q成太陽能熱水器可減少二氧化碳的排放，符合綠色發(fā)展理念，選項(xiàng)A不符合題意；
B.空調(diào)的溫度調(diào)得越低越消耗電能，不符合綠色發(fā)展理念，選項(xiàng)B符合題意；
C.隨手關(guān)閉長時間不用的電器節(jié)約電能，符合綠色發(fā)展理念，選項(xiàng)C不符合題意；
D.出行盡可能選擇公共交通工具，符合綠色發(fā)展理念，選項(xiàng)D不符合題意。
故選B。
7.答案：B
解析：A.外界對物體做功，若同時物體放出熱量，物體的內(nèi)能可能減小，故A錯誤；
BC.根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的自然過程都是不可逆的，比如機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能無法全部用來做功以轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，即符合能量守恒定律的宏觀過程不一定能自發(fā)的進(jìn)行，故B正確，C錯誤；
D.根據(jù)熱力學(xué)第二定律的開爾文表述，不可能從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響，故D錯誤。
故選B。
8.答案：C
解析：A.熱量可以在外界做功的情況下從低溫物體向高溫物體傳遞，但不能自發(fā)進(jìn)行，故A正確，不符合題意；
B.空調(diào)機(jī)在制冷過程中，從室內(nèi)吸收的熱量少于向室外放出的熱量，故B正確，不符合題意；
C.不可能從單一熱源吸熱全部用來對外做功而不引起其他變化，故C錯誤，符合題意；
D.根據(jù)熱力學(xué)第二定律，即使沒有漏氣、摩擦、不必要的散熱等損失，熱機(jī)也不可以把燃料產(chǎn)生的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故D正確，不符合題意。
故選C。
9.答案：C
解析：A.擴(kuò)散現(xiàn)象是分子的無規(guī)則熱運(yùn)動造成的，溫度越高，分子熱運(yùn)動越劇烈，擴(kuò)散得越快,故A正確；
B.系統(tǒng)從外界吸收熱量，同時對外做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，其內(nèi)能不一定增加，故B正確；
C.懸浮在水中花粉的布朗運(yùn)動，反映了水分子做無規(guī)則的熱運(yùn)動，故C錯誤；
D.第二類永動機(jī)違背了熱力學(xué)第二定律，所以是不可能制成的，故D正確。
本題選錯誤的，故選C。
10.答案：D
解析：AB.第一類永動機(jī)違反能量守恒定律，第二類永動機(jī)違反熱力學(xué)第二定律。故AB錯誤；
C.由熱力學(xué)第一定律
可知做功不一定改變內(nèi)能，熱傳遞也不一定改變內(nèi)能，同時做功和熱傳遞也不一定會改變內(nèi)能。故C錯誤；
D.由熱力學(xué)第二定律可知從單一熱源吸收熱量，完全變成功是可能的，但會引起其他變化。故D正確。
故選D。

展開更多......

收起↑