沪科版物理高二上7-b能的转化和能量守恒定律c_能的转化的方向性__能源开发教学设计课堂练习反思

沪科版物理高二上7-b能的转化和能量守恒定律c_能的转化的方向性__能源开发教学设计课堂练习反思内容摘要：

乱的无规则运动，是物质的一种特殊运动形式，它比机械运动要更高级、更复杂。 物体的冷热程度完全由大量微观粒子的这种无规则运动的强度所决定。 所谓的无规则运动只是指大量微粒中各个单个微粒的运动的径迹表现得杂乱而没有规律。 但这并不说明微粒的运动完全没有规律性，事实上，只要微粒数量足够大，这大量微粒无规则运动的总和总是能表现出新的现象和新的规律性，这些规律当然是不能从力学定律导出，而只能用统计方法导出。 譬如，就大量分子微粒来说，大量分 子热运动的平均平动动能就是一个统计规律，它是表征分子无规则热运动强度最适当的物理量。 平均平动动能越高，分子无规则热运动就越剧烈，物体也就越热，温度也就越高。 至于热现象乃指一切与温度有关的物体性质的变化。 例如膨胀、收缩、熔解、凝固、蒸发、凝结、扩散等等。 应当指出，一个物体总是由大量微粒（分子）组成的，物体所表现出来的种种热现象应 是大量分子热运动共同起作用的结果。 只有一个微粒（分子）时，像膨胀、熔解等热现象根本没有意义。 因此，单个分子无规则运动决不会产生热现象。 另外，大量分子有规则运动也不能产 生热现象。 如把物体放在汽车上跟着汽车一起运动，这时每个分子除了无规则的运动外，还获得了和汽车相同的整体运动速度。 全体分子的这种整体宏观机械运动并不引起像膨胀、溶解一类的物体性质的任何变化，并没有热现象产生，也就是说物体分子的这种运动并不导致物体温度的改变。 但话得说回，分子整体的宏观机械运动倒可以转变成为分子的无规则热运动。 例如，把两块冰进行摩擦，由于冰块并不是绝对平滑的，冰块的表面分子之间可以发生各种形式的碰撞，碰撞的结果使许多分子获得了另外方向的混乱的速度，因而把向着摩擦方向的整体运动转变为无规则热运动。 运动形式的这种转变就引起冰块变热，逐渐熔解。 把分子有规则的运动转变为分子无规则热运动来进行加热的方式是多种多样的，除了摩擦生热以外，通电流也可以使导线发热。 在金属导体内的电流是电子在沿着电场反方向整体运动所引起的。 但电子不时地碰撞在平衡位置附近振动的原子，把自己的一部分能量传给了原子（实为离子），于是就引起了原子无规则热运动的加强，使得导线发热。 燃烧使温度升高，则是因为氧原子与碳原子在结合过程中，把原来一部分分子内部的化学能转化成了分子之间无规则热运动的动能。 无规则运动的加强，就引起了温度的升高． 以上 ，我们用了一定的篇幅，对热、热运动和热现象分别作了阐述。 可以看出，它们三者之间既有区别又有联系，是三个不同的热学概念。 但作为本节的结束，我们还不得不对“ 热 ” 的概念作一补充说明。 在日常生活中， “ 热 ” 其实是一个具有多种含义的字，即使在物理学中的不同场合下，它也有不同的含义。 所以，我们要特别注意从概念上加以区别。 以下几种情况下的 “ 热 ” 字就代表了不同的含义。 （ 1）摩擦生热 —— 表示机械能转换成为内能，这里的 “ 热 ” 字指的是内能。 （ 2）电烙铁通电以后，很快就热起来了 —— 这里的 “ 热 ” 字表示冷热程度，即表示温度升 高的意思。 （ 3）热功当量 —— 这里的 “ 热 ” 字指的是热量，表示热量与功在改变物体内能数量上具有相当关系。 （ 4）热与工农业生产、日常生活有密切关系 —— 这里的 “ 热 ” 字表示的是物质的一切热现象。 除以上四句例子外，生活中还能找到很多例子，这里不再一一列举。 希望读者能结合碰到的问题，自行判断 “ 热 ” 字的含义。 热力学第二定律的建立 热力学第二定律是由德国物理学家克劳修斯和英国物理学家开尔文 (威廉汤姆孙 )建立的，它和热力学第一定律及热力学第三定律一起，成为研究热的动力理论的基本规律． (1)热力学 第二定律建立的历史背景 19世纪初，蒸汽机已有很大发展，并广泛应用于工厂、矿山、交通运输，但当时对蒸汽机的理论研究还很缺乏，法国工程师 s．卡诺在这方面做出了突出的贡献． 卡诺在 1824年发表了《论火的动力》．他撇开一些次要的因素，由理想循环人手，研究了热机工作中的最基本因素，提出了以卡诺命名的有关热机效率的定理，明确指出：“凡是有温度差的地方，就能够发生动力”，“动力不依赖于提供它的工作物质，动力的大小唯一地由热质在其间转移的一些物体的温度决定”．在证明这一定理时，他采用了热质守恒的思想和永动机不可 能的原理．其实卡诺定理已内涵了热力学第二定律的思想，但终究因为热质说的错误观点，没能作进一步的研究不过可以说卡诺定理是建立热力学第二定律的先导． 1840—— 1847年间，热力学第一定律建立起来了，它说明热机提供的动力只依靠热质在冷、热源之间重新分配的说法是不正确的．因此，非常需要对卡诺的理论作进一步审核， 把他的原理建立在新的热学理论的基础上． 1848年，开尔文根据卡诺提出的“一切理想热机在同样的热源与冷源之间工作时，其效率相等，与使用的工作物质无关”的理论，建立了绝对温标的概念．这一温标具有一定 的特点，例如：“这一温标系统中的每一度的间隔都有同样的数值”，“它完全不依赖于任何特殊物质的物理性质”，因此被称为绝对温标．这种热力学温标的建立，从理论上解决了各种经验温标不相一致的缺点，并为热力学第二定律的建立准备了条件． (2)热力学第二定律建立的过程 在上述历史背景和前提条件下，克劳修斯集中大部分时间，精心研究了热力学问题，从不同角度发表了多篇文章．提出并完善了著名的热力学第二定律的克劳修斯表述． 1850年，克劳修斯发表了《论热的动力以及由此推出的关于热学本身的诸定律》的论文，他从“热 并不是一种物质，而是存在于物体的最小粒子的一种运动”的观点出发，重新考察了卡诺所提出的理论后指出：卡诺得出热量由热体向冷体传递时产生当量的功是正确的，而在由热体向冷体传递时没有热量损失是错误的．克劳修斯认为在由热做功的过程中，一部分热做了机械功，另一部分热通过从热体向冷体传递而耗散掉．克劳修斯通过 — 个假想 的实验，得出热力学第二定律的初次表述：“在没有任何力消耗或其他变化的情况下，把任意多的热量从冷体传到热体是和热的惯常行为矛盾的．”后在 1854年发表《力学的热理沦的第二定律的另一形式》中，将热力学第二定 律的表述改变为：“热不可能由冷体传到热体，如果因而不同时引起其他关系的变化”． 克劳修斯在取得一定成就后，仍继续自己的研究工作， 1865年发表《力学的热理论的主要方程之便于应用的形式》一文，明确地提出了熵的概念，并进一步提出了热力学第二定期普遍表示式： 等号适用于可逆循环，不等号适用示不可逆过程．这个式子说明熵变具有方向性，对于绝热过程，系统的熵不可能减小，这就是所谓的熵增加原理．并规定熵增加的方向为正向，熵减少的方向为负向． 1867年，克劳修斯又发表了《关于热的动力理论的第二定律》一文，总结出一条原理：“负的转变只能在有补偿条件下发生，而正的转变即使没有补偿也能发生，或者简要地说，不需补偿的转弯只够是正的转变”． 1875年，克劳修斯在《热的动力理论》 — 交中，将热力学第。