人教版(新教材)高中物理選擇性必修3學(xué)案1：3 4熱力學(xué)第二定律

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊PAGEPAGE13.4熱力學(xué)第二定律〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗1．知道傳熱、擴(kuò)散現(xiàn)象、機(jī)械能與內(nèi)能的轉(zhuǎn)化具有方向性，了解能量耗散和品質(zhì)降低的內(nèi)容，能解釋相關(guān)現(xiàn)象。2.理解熱力學(xué)第二定律的兩種表述，學(xué)會(huì)用熱力學(xué)第二定律解釋自然界中的能量轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移及方向性問題，提高分析推理能力。3.通過對熱機(jī)效率的探討，揭示熱機(jī)效率不能達(dá)到100%的實(shí)質(zhì)，學(xué)會(huì)與他人交流合作，提高探索科學(xué)的能力?！甲灾鲗W(xué)習(xí)〗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(1)內(nèi)容：熱量不能自發(fā)地從物體傳到物體。即傳熱的過程具有。(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)的宏觀自然過程都是。說明：在表述中強(qiáng)調(diào)“自發(fā)”，就是不需要任何第三者介入，就能發(fā)生。2．熱力學(xué)第二定律的另一種表述(1)熱機(jī)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)對外，把自己的內(nèi)能變成。②熱機(jī)的效率：熱機(jī)輸出的與燃料產(chǎn)生的的比值。用公式表示：η＝。(2)開爾文表達(dá)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)注意：熱力學(xué)第二定律的克勞修斯和開爾文表述是等價(jià)的。二、能源是有限的1．能量耗散：有序度較高(集中度較高)的能量轉(zhuǎn)化為，流散到環(huán)境中無法重新收集起來加以利用的現(xiàn)象。2．各種形式的能量向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化，是無序程度的狀態(tài)向無序程度的狀態(tài)的轉(zhuǎn)化，是能夠發(fā)生、全額發(fā)生的。3．能量耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的自發(fā)變化過程具有性。4．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為不大可用的形式。說明：雖然能量總量不會(huì)減少，但能源會(huì)逐步減少，因此能源是有限的資源。自我檢測1．判斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)傳熱的過程是具有方向性的。 ()(2)科技發(fā)達(dá)后，熱機(jī)的效率可以達(dá)到100%。 ()(3)機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能不能自發(fā)地全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。 ()(4)根據(jù)能量守恒定律可知，節(jié)約能源是沒有必要的。 ()2．(多選)根據(jù)熱力學(xué)第二定律，下列說法中正確的是()A．不可能從單一熱源吸熱并把它全部用來做功，而不引起其他變化B．沒有冷凝器，只有單一的熱源，能將從單一熱源吸收的熱量全部用來做功，而不引起其他變化的熱機(jī)是可以實(shí)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而不引起其他變化D．在火力發(fā)電中，燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部變成電能3．(多選)熱現(xiàn)象過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)化的過程中無法把流散的能量重新收集、重新加以利用。下列關(guān)于能量耗散的說法中正確的是()A．能量耗散說明能量不守恒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程具有方向性探究1：熱力學(xué)第二定律“火中取栗”是大家非常熟悉的成語，如圖所示，這其中包含什么物理知識呢？1．對熱力學(xué)第二定律的理解在熱力學(xué)第二定律的表述中，正確地理解“自發(fā)地”“不產(chǎn)生其他影響”的確切含義是理解熱力學(xué)第二定律的關(guān)鍵所在。(1)“自發(fā)地”過程就是不受外來干擾進(jìn)行的自然過程，如重物下落、植物的開花結(jié)果等都是自然界客觀存在的一些過程，它不受外界干擾。在傳熱過程中，熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳向低溫物體，卻不能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體。要將熱量從低溫物體傳向高溫物體，必須有“對外界的影響或有外界的幫助”，就是要有外界對其做功才能完成。電冰箱就是一例，它是靠電流做功的幫助把熱量從低溫處“搬”運(yùn)到高溫處的。(2)“不產(chǎn)生其他影響”的含義是發(fā)生的熱力學(xué)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(xué)方面的影響。如吸熱、放熱、做功等。2．熱機(jī)(1)熱機(jī)：把內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的一種裝置。如蒸汽機(jī)把水蒸氣的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；內(nèi)燃機(jī)把燃燒后的高溫高壓氣體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。(2)熱機(jī)的工作原理工作物質(zhì)從熱庫吸收熱量Q1，推動(dòng)活塞做功W，然后排出廢氣，同時(shí)把熱量Q2散發(fā)到冷凝器或大氣中。根據(jù)能量守恒有Q1＝W＋Q2。(3)熱機(jī)的效率把熱機(jī)做的功W與它從熱庫中吸收的熱量Q1的比值叫作熱機(jī)的效率，用η表示，有η＝eq\f(W,Q1)。因?yàn)镼1＝W＋Q2，所以Q1>W，η<1。這說明熱機(jī)不可能把吸收的熱能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，總有一部分要散失到冷凝器或大氣中。(4)特別〖提*示〗：①熱機(jī)必須有熱源和冷凝器。②熱機(jī)不能把它得到的全部內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。③因熱機(jī)工作時(shí)，總要向冷凝器散熱，不可避免地要釋放一部分熱量Q2，所以總有Q1>W。④熱機(jī)的效率不可能達(dá)到100%，即使是理想熱機(jī)，沒有摩擦，也沒有漏氣等能量損失，它也不可能把吸收的熱量百分之百地轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，總要有一部分熱量散發(fā)到冷凝器或大氣中。3．熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)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，進(jìn)而使人們認(rèn)識到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性。4．對熱力學(xué)第二定律的兩種表述等價(jià)性的證明兩種表述是等價(jià)的，即一個(gè)說法是正確的，另一個(gè)說法也必然是正確的；如一個(gè)說法是錯(cuò)誤的，另一個(gè)說法必然是不成立的?！祭?〗(多選)根據(jù)熱力學(xué)第二定律，下列說法正確的是()A．熱機(jī)中燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部變成機(jī)械能B．電能不可能全部轉(zhuǎn)變成內(nèi)能C．在火力發(fā)電機(jī)中，燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部轉(zhuǎn)變成電能D．在熱傳導(dǎo)中，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體針對練習(xí)1．(多選)如圖中汽缸內(nèi)盛有定量的理想氣體，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)將活塞桿緩慢向右移動(dòng)，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()A．氣體是從單一熱源吸熱，全部用來對外做功，此過程違背熱力學(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，此過程不違背熱力學(xué)第二定律C．氣體是從單一熱源吸熱，全部用來對外做功，此過程不違背熱力學(xué)第二定律D．氣體是從單一熱源吸熱，全部用來對外做功，此過程不違背熱力學(xué)第一定律探究2：能源是有限的如圖，質(zhì)量和溫度相同的水，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？氣體液體固體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：對于絕熱或孤立的熱力學(xué)系統(tǒng)而言，所發(fā)生的是由非平衡態(tài)向著平衡態(tài)的變化過程，因此，總是朝著熵增加的方向進(jìn)行，或者說，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。如果過程可逆，則熵不變；如果過程不可逆，則熵增加，熵增加原理的適用對象是對于孤立系統(tǒng)，如果是非孤立系統(tǒng)，熵有可能減少?！祭?〗(多選)下列關(guān)于能量耗散的說法正確的是()A．能量耗散使能的總量減少，違背了能量守恒定律B．能量耗散是指耗散在環(huán)境中的內(nèi)能再也不能被人類利用C．各種形式的能量向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化，是能夠自動(dòng)全額發(fā)生的D．能量耗散導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低針對練習(xí)2．(多選)下列關(guān)于能源的說法中正確的是()A．能源是取之不盡，用之不竭的B．能源是有限的，特別是常規(guī)能源，如煤、石油、天然氣等C．大量消耗常規(guī)能源會(huì)使環(huán)境惡化，故提倡開發(fā)利用新能源D．核能的利用對環(huán)境的影響比燃燒石油、煤炭大針對練習(xí)3．(多選)對于孤立體系中發(fā)生的實(shí)際過程，下列說法中正確的是()A．系統(tǒng)的總熵只能增大，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)向更有序的狀態(tài)發(fā)展鞏固練習(xí)1．下列說法中正確的是()A．電動(dòng)機(jī)是把電能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置B．熱機(jī)是將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置C．隨著技術(shù)不斷發(fā)展，可以把內(nèi)燃機(jī)得到的全部內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能D．雖然不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化，但不可能將已轉(zhuǎn)化成內(nèi)能的能量全部收集起來加以完全利用2．下列說法正確的是()A．能量耗散說明能量在不斷減少B．能量耗散從能量轉(zhuǎn)化角度反映出自然界的宏觀過程具有方向性C．熱量不可能從低溫物體傳給高溫物體D．根據(jù)熱力學(xué)第二定律，在火力發(fā)電機(jī)中，燃?xì)獾膬?nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為電能3．下列說法正確的是()A．功可以完全轉(zhuǎn)化為熱量，而熱量不可以完全轉(zhuǎn)化為功B．熱機(jī)必須是具有兩個(gè)熱庫，才能實(shí)現(xiàn)熱功轉(zhuǎn)化C．熱機(jī)的效率不可能大于1，但可能等于1D．熱機(jī)的效率必定小于14．(多選)根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，下列說法正確的有()A．熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，但不能從低溫物體傳到高溫物體B．熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，也可能從低溫物體傳到高溫物體C．機(jī)械功可以全部轉(zhuǎn)化為熱量，但熱量不可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械功D．機(jī)械功可以全部轉(zhuǎn)化為熱量，熱量也可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械功5．我國自古有“晝漲稱潮，夜?jié)q稱汐”的說法。潮汐主要是由太陽和月球?qū)Ｋ囊υ斐傻?，以月球?qū)Ｋ囊橹鳌?1)世界兩大觀潮勝地，一處是亞馬孫河北河口，另一處是我國的________入?？?。(2)圖中，a、b是某些潮汐發(fā)電示意圖。漲潮時(shí)開閘門(圖a)，水由通道進(jìn)入海灣水庫蓄水，待水面升至最高點(diǎn)時(shí)關(guān)閉閘門，當(dāng)落潮時(shí)，開閘放水發(fā)電(圖b)。設(shè)海灣水庫面積為5.0×108m2，平均潮差為3.0m，一天漲落潮兩次，發(fā)電的平均能量轉(zhuǎn)化率為10%，則一天內(nèi)發(fā)電的平均功率約為(ρ水取1.0×103kg/m3，g取10m/s2)________。A．2.6×104kW B．5.2×104kWC．2.6×105kW D．5.2×105kW

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁〖自主學(xué)習(xí)〗一、1．(1)低溫、高溫、方向性(2)①高溫、低溫②低溫、高溫③不可逆的2．(1)①化學(xué)能、內(nèi)能、做功、機(jī)械能②機(jī)械功W、熱量Q、eq\f(W,Q)(2)完全變成功二、1．內(nèi)能2．較小、較大、自動(dòng)3．方向4．品質(zhì)、高品質(zhì)、低品質(zhì)自我檢測1．(1)√(2)×(3)√(4)×2．AD〖熱力學(xué)第二定律揭示了與熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程的方向性，故A正確；機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性，機(jī)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(jī)械能必須有外界的幫助，故B錯(cuò)誤；冰箱向外傳遞熱量時(shí)消耗了電能，故C錯(cuò)誤；火力發(fā)電時(shí)，能量轉(zhuǎn)化的過程為內(nèi)能→機(jī)械能→電能，因?yàn)閮?nèi)能向機(jī)械能轉(zhuǎn)化過程中會(huì)對外放出熱量，故燃?xì)獾膬?nèi)能必然不會(huì)全部變?yōu)殡娔埽蔇正確。〗3．CD〖能量耗散過程能量仍守恒，但可利用的能源越來越少，這說明自然界中的宏觀過程具有方向性，恰恰符合熱力學(xué)第二定律，故C、D正確?！教骄?：〖提*示〗：當(dāng)手伸到火中拿栗子時(shí)會(huì)被灼傷，即熱量從火傳到了手上，從而使手的溫度升高，這是由熱現(xiàn)象的方向性決定的，絕對不會(huì)出現(xiàn)手伸到火中后，熱量從手上傳到火中，而使手的溫度降低，而火的溫度更高的情況?！祭?〗ACD〖凡是與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀熱現(xiàn)象都具有方向性。無論采用任何設(shè)備和手段進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化，熱機(jī)的效率不可能達(dá)到100%，故熱機(jī)中燃?xì)獾膬?nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故A正確；火力發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí)，能量轉(zhuǎn)化的過程為內(nèi)能→機(jī)械能→電能，因?yàn)閮?nèi)能→機(jī)械能的轉(zhuǎn)化過程中會(huì)對外放出熱量，故燃?xì)獾膬?nèi)能必然不能全部轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，故C正確；熱量從低溫物體傳遞到高溫物體不能自發(fā)進(jìn)行，必須借助外界的幫助，結(jié)果會(huì)帶來其他影響，這正是熱力學(xué)第二定律第一種(克勞修斯)表述的主要思想，故D正確?！结槍毩?xí)1．CD〖由于氣體始終通過汽缸與外界接觸，外界溫度不變，活塞桿與外界連接并使其緩慢地向右移動(dòng)過程中，有足夠時(shí)間進(jìn)行熱交換，氣體等溫膨脹，所以汽缸內(nèi)的氣體溫度不變，內(nèi)能也不變，該過程氣體是從單一熱源即外部環(huán)境吸收熱量，即全部用來對外做功才能保證內(nèi)能不變，此過程既不違背熱力學(xué)第二定律，也不違背熱力學(xué)第一定律，此過程由外力對活塞做功來維持，如果沒有外力F對活塞做功，此過程不可能發(fā)生，C、D正確。〗探究2：〖提*示〗：根據(jù)大量分子運(yùn)動(dòng)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(shí)，總是向著無序程度增加的方向發(fā)展，至少無序程度不會(huì)減少。這就是說，任何一個(gè)系統(tǒng)自發(fā)變化時(shí)，系統(tǒng)的熵要么增加，要么不變，但不會(huì)減小。質(zhì)量相同，溫度相同的水，可以由固體自發(fā)地向液態(tài)、氣態(tài)轉(zhuǎn)化，所以，氣態(tài)時(shí)的熵最大，其次是液態(tài)，固態(tài)時(shí)的熵最小?！祭?〗BCD〖能量耗散是能量在轉(zhuǎn)化的過程中有一部分以內(nèi)能的形式被周圍環(huán)境吸收，遵守能量守恒定律，但使得能量品質(zhì)降低，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，D正確；耗散的內(nèi)能無法再被利用，選項(xiàng)B正確；其他形式的能在一定的條件下可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但相反過程卻不能夠全額進(jìn)行，選項(xiàng)C正確。故B、C、D正確?！结槍毩?xí)2BC〖盡管能量守恒，但耗散的能量無法重新收集利用，所以能源是有限的，特別是常規(guī)能源，A錯(cuò)誤，B正確；常規(guī)能源的利用比新能源核能的利用對環(huán)境影響大，C正確，D錯(cuò)誤?！结槍毩?xí)3．AC〖在孤立體系中發(fā)生的實(shí)際過程，其系統(tǒng)的總熵是增加的，它不可能減小，故A正確，B錯(cuò)誤；鞏固練習(xí)1．D〖由于電阻的存在，電流通過電動(dòng)機(jī)時(shí)一定會(huì)發(fā)熱，電能不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，A錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律知，熱機(jī)不可能將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，B錯(cuò)誤；C項(xiàng)說法違背熱力學(xué)第二定律，C錯(cuò)誤；由于能量耗散，能源的可利用率降低，D正確?！?．B〖能量耗散是指能量的可利用率越來越低，由于能量守恒，故能量不會(huì)減少，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)定律可知，與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程具有方向性，能量耗散就是從能量的角度反映了這種方向性，選項(xiàng)B正確；根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有方向性，熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體，但可以借助其他辦法實(shí)現(xiàn)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；火力發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí)，能量轉(zhuǎn)化的過程為化學(xué)能—內(nèi)能—機(jī)械能—電能，因?yàn)閮?nèi)能—機(jī)械能的轉(zhuǎn)化過程中會(huì)對外放出熱量，故燃?xì)獾膬?nèi)能必然不能全部變?yōu)殡娔?，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。〗3．D〖開爾文表述沒有排除熱量可以完全轉(zhuǎn)化為功，但必然要產(chǎn)生其他變化，比如氣體等溫膨脹，氣體內(nèi)能完全轉(zhuǎn)化為功，但氣體體積增大了，A錯(cuò)誤；開爾文表述指出，熱機(jī)不可能只有單一熱庫，但未必就是兩個(gè)熱庫，可以具有兩個(gè)以上熱庫，B錯(cuò)誤；由η＝eq\f(Q1－Q2,Q1)可知，只要Q2≠0，η≠1，如果Q2＝0，則低溫?zé)釒觳淮嬖?，違背了開爾文表述，C錯(cuò)誤，D正確。〗4．BD〖根據(jù)傳熱的規(guī)律可知熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體；當(dāng)外界對系統(tǒng)做功時(shí)，可以使系統(tǒng)從低溫物體吸取熱量傳到高溫物體上去，制冷機(jī)(例如冰箱和空調(diào))就是這樣的裝置，但是熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，A錯(cuò)誤，B正確；一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體，克服摩擦阻力做功，最終停止，在這個(gè)過程中機(jī)械功全部轉(zhuǎn)化為熱量，外界條件發(fā)生變化時(shí)，熱量也可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械功；例如在等溫膨脹過程中，系統(tǒng)吸收的熱量全部轉(zhuǎn)化為對外界做的功，C錯(cuò)誤，D正確?！?．(1)錢塘江(2)B〖〖解析〗〗(1)錢塘江是世界著名的觀潮勝地，有“八月十八潮，壯觀天下無”的說法。(2)發(fā)電時(shí)水減少的勢能ΔEp＝mgΔh＝ρ水ShgΔh，其中Δh＝eq\f(h,2)，一天發(fā)電兩次，轉(zhuǎn)化成的電能E＝2ΔEp×10%，P＝eq\f(E,t)，代入數(shù)值得P＝5.2×104kW，B正確。3.4熱力學(xué)第二定律〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗1．知道傳熱、擴(kuò)散現(xiàn)象、機(jī)械能與內(nèi)能的轉(zhuǎn)化具有方向性，了解能量耗散和品質(zhì)降低的內(nèi)容，能解釋相關(guān)現(xiàn)象。2.理解熱力學(xué)第二定律的兩種表述，學(xué)會(huì)用熱力學(xué)第二定律解釋自然界中的能量轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移及方向性問題，提高分析推理能力。3.通過對熱機(jī)效率的探討，揭示熱機(jī)效率不能達(dá)到100%的實(shí)質(zhì)，學(xué)會(huì)與他人交流合作，提高探索科學(xué)的能力?！甲灾鲗W(xué)習(xí)〗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(1)內(nèi)容：熱量不能自發(fā)地從物體傳到物體。即傳熱的過程具有。(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)的宏觀自然過程都是。說明：在表述中強(qiáng)調(diào)“自發(fā)”，就是不需要任何第三者介入，就能發(fā)生。2．熱力學(xué)第二定律的另一種表述(1)熱機(jī)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)對外，把自己的內(nèi)能變成。②熱機(jī)的效率：熱機(jī)輸出的與燃料產(chǎn)生的的比值。用公式表示：η＝。(2)開爾文表達(dá)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)注意：熱力學(xué)第二定律的克勞修斯和開爾文表述是等價(jià)的。二、能源是有限的1．能量耗散：有序度較高(集中度較高)的能量轉(zhuǎn)化為，流散到環(huán)境中無法重新收集起來加以利用的現(xiàn)象。2．各種形式的能量向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化，是無序程度的狀態(tài)向無序程度的狀態(tài)的轉(zhuǎn)化，是能夠發(fā)生、全額發(fā)生的。3．能量耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的自發(fā)變化過程具有性。4．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為不大可用的形式。說明：雖然能量總量不會(huì)減少，但能源會(huì)逐步減少，因此能源是有限的資源。自我檢測1．判斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)傳熱的過程是具有方向性的。 ()(2)科技發(fā)達(dá)后，熱機(jī)的效率可以達(dá)到100%。 ()(3)機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能不能自發(fā)地全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。 ()(4)根據(jù)能量守恒定律可知，節(jié)約能源是沒有必要的。 ()2．(多選)根據(jù)熱力學(xué)第二定律，下列說法中正確的是()A．不可能從單一熱源吸熱并把它全部用來做功，而不引起其他變化B．沒有冷凝器，只有單一的熱源，能將從單一熱源吸收的熱量全部用來做功，而不引起其他變化的熱機(jī)是可以實(shí)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而不引起其他變化D．在火力發(fā)電中，燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部變成電能3．(多選)熱現(xiàn)象過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)化的過程中無法把流散的能量重新收集、重新加以利用。下列關(guān)于能量耗散的說法中正確的是()A．能量耗散說明能量不守恒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程具有方向性探究1：熱力學(xué)第二定律“火中取栗”是大家非常熟悉的成語，如圖所示，這其中包含什么物理知識呢？1．對熱力學(xué)第二定律的理解在熱力學(xué)第二定律的表述中，正確地理解“自發(fā)地”“不產(chǎn)生其他影響”的確切含義是理解熱力學(xué)第二定律的關(guān)鍵所在。(1)“自發(fā)地”過程就是不受外來干擾進(jìn)行的自然過程，如重物下落、植物的開花結(jié)果等都是自然界客觀存在的一些過程，它不受外界干擾。在傳熱過程中，熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳向低溫物體，卻不能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體。要將熱量從低溫物體傳向高溫物體，必須有“對外界的影響或有外界的幫助”，就是要有外界對其做功才能完成。電冰箱就是一例，它是靠電流做功的幫助把熱量從低溫處“搬”運(yùn)到高溫處的。(2)“不產(chǎn)生其他影響”的含義是發(fā)生的熱力學(xué)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(xué)方面的影響。如吸熱、放熱、做功等。2．熱機(jī)(1)熱機(jī)：把內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的一種裝置。如蒸汽機(jī)把水蒸氣的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；內(nèi)燃機(jī)把燃燒后的高溫高壓氣體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。(2)熱機(jī)的工作原理工作物質(zhì)從熱庫吸收熱量Q1，推動(dòng)活塞做功W，然后排出廢氣，同時(shí)把熱量Q2散發(fā)到冷凝器或大氣中。根據(jù)能量守恒有Q1＝W＋Q2。(3)熱機(jī)的效率把熱機(jī)做的功W與它從熱庫中吸收的熱量Q1的比值叫作熱機(jī)的效率，用η表示，有η＝eq\f(W,Q1)。因?yàn)镼1＝W＋Q2，所以Q1>W，η<1。這說明熱機(jī)不可能把吸收的熱能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，總有一部分要散失到冷凝器或大氣中。(4)特別〖提*示〗：①熱機(jī)必須有熱源和冷凝器。②熱機(jī)不能把它得到的全部內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。③因熱機(jī)工作時(shí)，總要向冷凝器散熱，不可避免地要釋放一部分熱量Q2，所以總有Q1>W。④熱機(jī)的效率不可能達(dá)到100%，即使是理想熱機(jī)，沒有摩擦，也沒有漏氣等能量損失，它也不可能把吸收的熱量百分之百地轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，總要有一部分熱量散發(fā)到冷凝器或大氣中。3．熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)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，進(jìn)而使人們認(rèn)識到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性。4．對熱力學(xué)第二定律的兩種表述等價(jià)性的證明兩種表述是等價(jià)的，即一個(gè)說法是正確的，另一個(gè)說法也必然是正確的；如一個(gè)說法是錯(cuò)誤的，另一個(gè)說法必然是不成立的。〖例1〗(多選)根據(jù)熱力學(xué)第二定律，下列說法正確的是()A．熱機(jī)中燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部變成機(jī)械能B．電能不可能全部轉(zhuǎn)變成內(nèi)能C．在火力發(fā)電機(jī)中，燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部轉(zhuǎn)變成電能D．在熱傳導(dǎo)中，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體針對練習(xí)1．(多選)如圖中汽缸內(nèi)盛有定量的理想氣體，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)將活塞桿緩慢向右移動(dòng)，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()A．氣體是從單一熱源吸熱，全部用來對外做功，此過程違背熱力學(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，此過程不違背熱力學(xué)第二定律C．氣體是從單一熱源吸熱，全部用來對外做功，此過程不違背熱力學(xué)第二定律D．氣體是從單一熱源吸熱，全部用來對外做功，此過程不違背熱力學(xué)第一定律探究2：能源是有限的如圖，質(zhì)量和溫度相同的水，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？氣體液體固體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??；當(dāng)其達(dá)到平衡態(tài)后，其粒子熱運(yùn)動(dòng)的無序性達(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：對于絕熱或孤立的熱力學(xué)系統(tǒng)而言，所發(fā)生的是由非平衡態(tài)向著平衡態(tài)的變化過程，因此，總是朝著熵增加的方向進(jìn)行，或者說，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。如果過程可逆，則熵不變；如果過程不可逆，則熵增加，熵增加原理的適用對象是對于孤立系統(tǒng)，如果是非孤立系統(tǒng)，熵有可能減少?！祭?〗(多選)下列關(guān)于能量耗散的說法正確的是()A．能量耗散使能的總量減少，違背了能量守恒定律B．能量耗散是指耗散在環(huán)境中的內(nèi)能再也不能被人類利用C．各種形式的能量向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化，是能夠自動(dòng)全額發(fā)生的D．能量耗散導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低針對練習(xí)2．(多選)下列關(guān)于能源的說法中正確的是()A．能源是取之不盡，用之不竭的B．能源是有限的，特別是常規(guī)能源，如煤、石油、天然氣等C．大量消耗常規(guī)能源會(huì)使環(huán)境惡化，故提倡開發(fā)利用新能源D．核能的利用對環(huán)境的影響比燃燒石油、煤炭大針對練習(xí)3．(多選)對于孤立體系中發(fā)生的實(shí)際過程，下列說法中正確的是()A．系統(tǒng)的總熵只能增大，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)向更有序的狀態(tài)發(fā)展鞏固練習(xí)1．下列說法中正確的是()A．電動(dòng)機(jī)是把電能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置B．熱機(jī)是將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置C．隨著技術(shù)不斷發(fā)展，可以把內(nèi)燃機(jī)得到的全部內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能D．雖然不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化，但不可能將已轉(zhuǎn)化成內(nèi)能的能量全部收集起來加以完全利用2．下列說法正確的是()A．能量耗散說明能量在不斷減少B．能量耗散從能量轉(zhuǎn)化角度反映出自然界的宏觀過程具有方向性C．熱量不可能從低溫物體傳給高溫物體D．根據(jù)熱力學(xué)第二定律，在火力發(fā)電機(jī)中，燃?xì)獾膬?nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為電能3．下列說法正確的是()A．功可以完全轉(zhuǎn)化為熱量，而熱量不可以完全轉(zhuǎn)化為功B．熱機(jī)必須是具有兩個(gè)熱庫，才能實(shí)現(xiàn)熱功轉(zhuǎn)化C．熱機(jī)的效率不可能大于1，但可能等于1D．熱機(jī)的效率必定小于14．(多選)根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，下列說法正確的有()A．熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，但不能從低溫物體傳到高溫物體B．熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，也可能從低溫物體傳到高溫物體C．機(jī)械功可以全部轉(zhuǎn)化為熱量，但熱量不可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械功D．機(jī)械功可以全部轉(zhuǎn)化為熱量，熱量也可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械功5．我國自古有“晝漲稱潮，夜?jié)q稱汐”的說法。潮汐主要是由太陽和月球?qū)Ｋ囊υ斐傻?，以月球?qū)Ｋ囊橹鳌?1)世界兩大觀潮勝地，一處是亞馬孫河北河口，另一處是我國的________入?？凇?2)圖中，a、b是某些潮汐發(fā)電示意圖。漲潮時(shí)開閘門(圖a)，水由通道進(jìn)入海灣水庫蓄水，待水面升至最高點(diǎn)時(shí)關(guān)閉閘門，當(dāng)落潮時(shí)，開閘放水發(fā)電(圖b)。設(shè)海灣水庫面積為5.0×108m2，平均潮差為3.0m，一天漲落潮兩次，發(fā)電的平均能量轉(zhuǎn)化率為10%，則一天內(nèi)發(fā)電的平均功率約為(ρ水取1.0×103kg/m3，g取10m/s2)________。A．2.6×104kW B．5.2×104kWC．2.6×105kW D．5.2×105kW

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁〖自主學(xué)習(xí)〗一、1．(1)低溫、高溫、方向性(2)①高溫、低溫②低溫、高溫③不可逆的2．(1)①化學(xué)能、內(nèi)能、做功、機(jī)械能②機(jī)械功W、熱量Q、eq\f(W,Q)(2)完全變成功二、1．內(nèi)能2．較小、較大、自動(dòng)3．方向4．品質(zhì)、高品質(zhì)、低品質(zhì)自我檢測1．(1)√(2)×(3)√(4)×2．AD〖熱力學(xué)第二定律揭示了與熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程的方向性，故A正確；機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性，機(jī)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(jī)械能必須有外界的幫助，故B錯(cuò)誤；冰箱向外傳遞熱量時(shí)消耗了電能，故C錯(cuò)誤；火力發(fā)電時(shí)，能量轉(zhuǎn)化的過程為內(nèi)能→機(jī)械能→電能，因?yàn)閮?nèi)能向機(jī)械能轉(zhuǎn)化過程中會(huì)對外放出熱量，故燃?xì)獾膬?nèi)能必然不會(huì)全部變?yōu)殡娔?，故D正確?！?．CD〖能量耗散過程能量仍守恒，但可利用的能源越來越少，這說明自然界中的宏觀過程具有方向性，恰恰符合熱力學(xué)第二定律，故C、D正確?！教骄?：〖提*示〗：當(dāng)手伸到火中拿栗子時(shí)會(huì)被灼傷，即熱量從火傳到了手上，從而使手的溫度升高，這是由熱現(xiàn)象的方向性決定的，絕對不會(huì)出現(xiàn)手伸到火中后，熱量從手上傳到火中，而使手的溫度降低，而火的溫度更高的情況?！祭?〗ACD〖凡是與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀熱現(xiàn)象都具有方向性。無論采用任何設(shè)備和手段進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化，熱機(jī)的效率不可能達(dá)到100%，故熱機(jī)中燃?xì)獾膬?nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故A正確；火力發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí)，能量轉(zhuǎn)化的過程為內(nèi)能→機(jī)械能→電能，因?yàn)閮?nèi)能→機(jī)械能的轉(zhuǎn)化過程中會(huì)對外放出熱量，故燃?xì)獾膬?nèi)能必然不能全部轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，故C正確；熱量從低溫物體傳遞到高溫物體不能自發(fā)進(jìn)行，必須借助外界的幫助，結(jié)果會(huì)帶來其他影響，這正是熱力學(xué)第二定律第一種(克勞修斯)表述的主要思想，故D正確?！结槍毩?xí)1．CD〖由于氣體始終通過汽缸與外界接觸，外界溫度不變，活塞桿與外界連接并使其緩慢地向右移動(dòng)過程中，有足夠時(shí)間進(jìn)行熱交換，氣體等溫膨脹，所以汽缸內(nèi)的氣體溫度不變，內(nèi)能也不變，該過程氣體是從單一熱源即外部環(huán)境吸收熱量，即全部用來對外做功才能保證內(nèi)能不變，此過程既不違背熱力學(xué)第二定律，也不違背熱力學(xué)第一定律，此過程由外力對活塞做功來維持，如果沒有外力F對活塞做功，此過程不可能發(fā)生，C、D正確。〗探究2：〖提*示〗：根據(jù)大