高二物理热力学定律

高二物理热力学定律内容摘要：

+Q总 =0 Q总 = W总 ∴ Q1— Q2=W2— W1 A 如图所示 ,密闭绝热的具有一定质量的活塞 ,活塞的上部封闭着气体 ,下部为真空 ,活塞与器壁的摩擦忽略不计 ,置于真空中的轻弹簧的一端固定于理想气体容器的底部 .另一端固定在活塞上 ,弹簧被压缩后用绳扎紧 ,此时弹簧的弹性势能为 EP(弹簧处于自然长度时的弹性势能为零 ),现绳突然断开 ,弹簧推动活塞向上运动 ,经过多次往复运动后活塞静止 ,气体达到平衡态 ,经过此过程 （ ） A． EP全部转换为气体的内能 B. EP一部分转换成活塞的重力势能 ,其余部分仍 为弹簧的弹性势能 C． EP全部转换成活塞的重力势能和气体的内能 D． EP一部分转换成活塞的重力势能 ,一部分转换 为气体的内能 ,其余部分仍为弹簧的弹性势能 例题 理想气体 D 《 热力学第二定律 》 教学目标 • 知识与技能 •。 • ，以及这两种表述的物理实质。 • ，为什么第二类永动机不可能制成。 • 过程与方法 • 1．热力学第二定律的表述方式与其他物理定律的表述方式有一个显著不同，它是用否定语句表述的。 • 2．热力学第二定律的表述不只一种，对任何一类宏观自然过程进行方向的说明，都可以作为热力学第二定律的表述，学习本节时注意这一方法。 • 情感、态度与价值观 • 通过学习热力学第二定律，可以使学生明白热机的效率不会达到 100%，我们只能想办法尽量提高热机的效率，但不能渴求达到 100%。 • 自然界发生的一切过程中的能量都是守恒的，但不违背能量守恒定律的宏观过程并都能发生。 • 【 重点、难点分析 】 ： • 重点：热力学第二定律两种常见的表述。 • 难点：。 • 有方向性。 • 【 课时安排 】 ： 1课时 三、教学过程： 引入新课： • 任何物体都具有内能，在地球上贮存量十分丰富的海水总质量约达 1018吨，它的温度只要降低 1oC，就能释放相当于 1800万个功率为 100万千瓦的核电站一年的发电量，足够全世界使用 4000年。 而人类都不能利用这种“新能源”，究其原因，是因为涉及物理学的一个基本定律 —— 热力学第二定律． • 新课教学： • (一 )、热传导的方向性 • 1．实例：热量会自动地从高温物体传给低温度物体。 • 2．热传导的过程具有方向性 • 3．自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。 • 1．实例：热量会自动地从高温物体传给低温度物体。 • [注意 ]这里所说“自发地”是指没有任何外界的影响或帮助，电冰箱工作时能将冰箱内 (温度较低 )的热量，传给外界空气 (温度较高 )，是因为电冰箱消耗了电能，对制冷系统做了功。 • 2．热传导的过程具有方向性 • 热传导的过程可以向一个方向自发地进行(热量从高温物体自发地传给低温物体 )；但向相反的方向不会自发地产生 (热量不会自发地从低温物体传给高温物体 )，只有借助外界的帮助才能进行。 ① 热机：是一种把 内能 转化为 机械能 的装置。 热机 ③ 效率： 由能量守恒定律知道 Q1 = W +Q2 热机的效率 1QW内燃机 ② 原理：燃料燃烧产生热量 Q1（高温热源） 推动活塞对外做功 W 排出废气向外界（低温热源）放热 Q2 高温热库 低温热库 Q1 Q2 对外做功 热机 W 热机的效率小于 100%，就不可能把从高温热源吸收的热量全部转化为机械能，总有一部分热量散发到冷凝器中。 （二）机械能与内能转化的方向性 (二 )第二类永动机 • 1．第二类永动机：人们把想象中能够从单一热源吸收热量，全部用来做功而不引起其他变化的热机叫做第二类永动机。 • 2．第二类永动机不可能制成 • 表示机械能和内能的转化过程具有方向性．尽管机械能可以全部转化为内能，内能却不能全部转化成机械能，同时不引起其他变化． • 3．第一类永动机和第二类永动机 • 它们都不可能制成，第一类永动机的设想违反了能量守恒定律；第二类永动机的设想虽不违反能量守恒定律，但违背了跟热现象相联系的宏观自然过程具有方向性的规律。 三、热力学第二定律 举例：两种不同的气体扩散可以自发地进入对方 ,最后成为一种均匀的混合气体 思考 :如图所示 ,容器 A中装有气体 ,容器 B是真空 ,打开阀门K,容器 A中的气体会自发地向 B中膨胀 ,最后两个容器都充满气体 .会 不会 气体 自发地 从容器 B流向容器 A,最后使容器B恢复成真空呢 ? 大量自然现象说明 :有些物理过程具有方向性 . (三 )热力学第二定律 • 1．热力学第二定律常见的两种表述： • (1)按热传递的方向性来表述：不可能使热量从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化． • (2)按机械能与内能转化过程的方向性来表述：不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化． • 2．两种表述是等价的． • 可以从一种表述导出另一种表述，两种表述都称为热力学第二定律 • 3．热力学第二定律的意义 • 提示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，是独立于热力学第一定律的一个重要自然规律． (四 )能量耗散 • 1．能量耗散：流散的内能无法重新收集起来加以利用的现象叫做能量耗散． • 2．能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性． 五、例题分析： • [例 1]根据热力学第二定律，下列判断正确的是 • A. 电流的能不可能全部变为内能 • B．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变为电能 • C．热机中，燃气内能不可能全部变为机械能 • D．在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温度物体． • [解析 ]根据热力学第二定律可知，凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，电流的能可全部变为内能 (由电流热效应中的焦耳定律可知 )，而内能不可能全部变成电流的能．机械能可全部变为内能，而内能不可能全部变成机械能，在热传导中，热量只能自发地从高温物体传递给低温物体，而不能自发地从低温物体传递给高温物体，所以选项 B、 C、 D正确． [例 2]第二类永动机不可以制成，是因为 [ ] A. 违背了能量的守恒定律 B．热量总是从高温物体传递到低温物体 C．机械能不能全部转变为内能 D．内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化 • [解析 ]第二类永动机设想虽然符合能量守恒定律，但是违背了能量转化中有些过程是不可逆的规律。 所以不可能制成，选项 D正确． • [例 3]试对热力学第一定律和热力学第二定律做一简单的评析 • [解析 ]热力学第一定律和热力学第二定律是构成热力学知识的理论基础，前者对自然过程没有任何限制，只指出在任何热力学过程中能量不会有任何增加或损失，反映的是物体内能的变化与热量、做功的定量关系；后者则是解决哪些过程可以自发地发生，哪些过程必须借助于外界条件才能进行。 六、小结 ： • 热力学第二定律有常见的两种表述，提示了有大量分子参与的宏观过程 (即与热现象有关的宏观过程 )的方向性，第二类永动机不可能制成。 七、 [巩固练习 ] • • A. 热传导过程 • B．机械能和内能的转化过程 • C．气体的扩散过程 • D．气体向真空中膨胀的过程。 答案： 上题答案： A B C D • ______的装置，热机做的功和它从热源吸收热量的比值叫做热机的 ______． 答案： • ________角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性． 答案： 2答案：把内能转化为机械能；效率 3答案：热现象 • ，自然界中进行的涉及 ________现象的宏观过程都具有 ________性，例如机械能可以 ________转化为内能，但内能 _______全部转化为机械能，而不引起其他变化． 4答案：热；方向；全部；不能。 • ?为什么第二类永动机不可能造成 ? • 答： 能够从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化的热机称为第二类永动机。 第二类永动机不可能制成的原因是因为机械能和内能转化过程具有方向性，尽管机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化为机械能，而不引起其他变化。 区别与联系． • 解答：热力学第一定律指出了在任何热力学过程中，能量不会有任何增减或损失，对自然过程也没有限制；而热力学第二定律是解决了哪些过程可以发生。 两个定律从不同角度揭示了热力学过程中遵从的规律，既相互独立，又相互补充，共同构成了热力学知识的理论基础 《 热力学第二定律 的微观解释 》 教学目标 • 知识与技能 • ，宏观态和微观态的概念。 •。 • ，知道熵是反映系统无序程度的物理量。 • ，熵是变化的。 • 过程与方法 • １ .学会通过现象总结规律的科学方法 • ，知道任何自然过程中一个孤立系统的总熵不会减少 • 情感态度和价值观 • 培养分析、归纳、综合能力 • 一个“妖精”，神通广大，能跟踪充满容器的每个气体分子的运动。 把这个容器用一道隔板分为 A ， B两部分，并在隔板上安装一个阀门，当阀门打开时单个气体分子可以从容器的一部分经过阀门进入另一部分去。 假设这个容器开始时完全充满了一定温度的气体，按照热的动力论，一定的温度对应于分子的一定的平均温度，因为气体分子的运动具有随机性质，有的分。