1、学案 4 热力学第二定律 学习目标定位1.通过自然界中传热的方向性等实例，初步了解热力学第二定律，并能用 热力学第二定律解释第二类永动机不能制成的原因.2.能运用热力学第二定律解释自然界中 的能量转化、转移以及宏观自然过程的方向性问题.3.了解熵的概念及熵增加原理，并能解 释生活中的有关现象 1气体膨胀对外界做功 2不同物质能够彼此进入对方的现象叫扩散现象 3能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从 一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变，这就是能量守 恒定律 一、热传导的方向性 1热量可以自发地从高温物体传给低温物体 2热量不可能
2、自发地从低温物体传给高温物体 3热传导过程具有方向性. 二、机械能和内能转化过程的方向性 1机械能和内能转化过程具有方向性，即机械能全部转化为内能的过程是可以自发进行的， 内能全部转化为机械能的过程，是不能自发进行的，要将内能全部转化为机械能，必然会 引起其他影响 2第二类永动机： (1)定义：从单一热源吸热全部用来做功，而不引起其他变化的热机 (2)第二类永动机不可能制成的原因是从单一热源吸热把内能全部转化为机械能而不引起其 他变化是不可能的 三、热力学第二定律 1第一种表述(克劳修斯表述)：热量不能自动地从低温物体传递到高温物体或者说，不 可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变
3、化显然这是按照热传导的方向 性来表述的 2第二种表述(开尔文表述)：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起 其他变化这是按照机械能与内能转化过程的方向性来表述的 四、热力学第二定律的微观实质 1从微观上来说，机械能转化为内能的过程，是大量分子的有序运动朝无序运动的方向转 化的过程 2热传导过程是使物体内部分子的热运动由比较有序的状态向无序的状态转化的过程 3热力学第二定律的微观实质： 与热现象有关的自发的宏观过程，总是朝着分子热运动状态无序性增加的方向进行的 五、熵 意义：描述物体的无序程度，物体内部分子热运动无序程度越高，物体的熵就越大. 一、热力学第二定律 问题设计 两个温度
4、不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，结果使高温物 体的温度降低，低温物体的温度升高，这一过程可逆吗？ 答案 不可逆 要点提炼 1两种常见表述 (1)克劳修斯表述：热量不能自动地从低温物体传递到高温物体(阐述的是热传导的方向 性) (2)开尔文表述：不可能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(阐述的是机械能与内能转化的方向性) 2热力学第二定律的理解 (1)克劳修斯表述指明热传导等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助， 其物理本质是揭示了热传导过程是不可逆(填“可逆”或“不可逆”)的 (2)开尔文表述中的“单一热源”指温度恒定且均匀的热
5、库 “不引起其他变化”是指惟一 效果是热量全部转变为功而外界及系统都不发生任何变化其物理实质揭示了机械能转化 为内能的过程是不可逆的 (3)热力学第二定律的每一种表述都揭示了大量分子参与的过程的方向性进而使人们认识 到自然界中一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性，都是不可逆的 二、两个热力学定律的比较与应用 问题设计 地球上有大量的海水，它的总质量约为 1.41018t，如果这些海水的温度降低 0.1，将 要放出 5.81023J 的热量，这相当于 1800 万个功率为 100 万千瓦的核电站一年的发电量， 这么巨大的能量，人们为什么不去开发研究呢？ 答案 这种利用海水的内能发电的过程，违背
6、了热力学第二定律，所以不会研究成功 要点提炼 1两个定律比较：热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的具体表现形式，在转化的 过程中，总的能量保持不变热力学第二定律是指在有限的时间和空间内，一切和热现象 有关的物理过程、化学过程具有不可逆性(填“可逆性”或“不可逆性”) 2两类永动机的比较： 第一类永动机：不消耗任何能量，可以不断做功(或只给予很小的能量启动后，可以永远运 动下去) 第二类永动机：将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化(或只有一个热源，实现内能 全部转化为机械能) 3第一类永动机和第二类永动机都不可能制成 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不违反能量守恒
7、定律，但 违背了跟热现象有关的宏观过程具有方向性的自然规律 三、热力学第二定律的微观实质 1对热力学过程的微观解释 在通过做功使系统内能增加的过程中，自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状 态转化的过程，但其逆过程却不能自发地进行，即不可能由大量分子无规则的热运动自发 地转变为有序的运动 2对热传递过程的微观解释 从微观上看，热传递的过程中，自然过程是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度 大的运动状态转化的过程，其逆过程不能自发地进行 3微观意义 大量分子无序运动状态变化的方向总是向无序性增大的方向进行，即一切自发过程总是沿 着无序性增大的方向进行 四、熵增加原理 1在任何自然过程中
8、，一个孤立系统的总熵不会减小如果过程可逆，则熵不变；如果过 程不可逆，则熵增加 2热力学第二定律也叫熵增加原理(填“增加”或“减少”) 一、热力学第二定律的基本考查 例 1 (单选)关于热力学第二定律，下列说法正确的是( ) A热力学第二定律是通过实验总结出来的实验定律 B热力学第二定律是通过大量自然现象的不可逆性总结出来的经验定律 C热力学第二定律是物理学家从理论推导出来的结果 D热力学第二定律没有理论和实验的依据，因此没有实际意义 解析 热力学第二定律是物理学家通过对大量自然现象的分析，又总结了生产和生活经验 得到的结论，是一个经验定律，它并不能通过理论和实验来证明，但它符合客观事实，因
9、此是正确的它揭示了热现象宏观过程的方向性，使人们认识到第二类永动机不可能制成， 对我们认识自然和利用自然有着重要的指导意义 答案 B 二、两个热力学定律的比较、应用 例 2 (单选)关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述正确的是( ) A热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化，而热力学第二定律则指出内能 不可能完全转化为其他形式的能，故这两条定律是相互矛盾的 B内能可以全部转化为其他形式的能，只是会产生其他影响，故两条定律并不矛盾 C两条定律都是有关能量转化的规律，它们不但不矛盾，而且没有本质区别 D其实，能量守恒定律已经包含了热力学第一定律和热力学第二定律 解析 热力学第一定
10、律是能量守恒在热现象中的体现，而热力学第二定律则指出内能和其 他形式能发生转化的方向性，两者并不矛盾，选项 A、C、D 错误，B 正确 答案 B 例 3 (双选)第二类永动机不可能制成是因为( ) A违背了能量守恒定律 B违背了热力学第二定律 C机械能不能全部转变为内能 D内能不可能全部转化为机械能，而不产生其他影响 答案 BD 三、热力学第二定律的微观意义和熵增加原理 例 4 (双选)关于热力学第二定律的微观意义，下列说法正确的是( ) A大量分子无规则的热运动能够自动转变为有序运动 B热传递的自然过程是大量分子从无序运动状态向有序运动状态转化的过程 C热传递的自然过程是大量分子从无序程度小
11、的运动状态向无序程度大的运动状态转化的 过程 D一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行 解析 分子热运动是大量分子的无规则运动，系统的一个宏观状态包含着大量的微观状态， 这是一个无序的运动，根据熵增加原理，热运动的结果只能使分子热运动更加无序，而不 是变得有序热传递的自然过程从微观上讲就是大量分子从无序程度小的运动状态向无序 程度大的运动状态转化的过程 答案 CD 例 5 (单选)下列关于熵的说法中错误的是( ) A熵是系统内分子运动无序性的量度 B在自然过程中一个孤立系统的熵总是增加或不变的 C热力学第二定律也叫做熵减小原理 D熵值越大代表着越无序 解析 一切自发过程总是沿着分
12、子热运动的无序性增大的方向进行，这就是热力学第二定 律的微观意义系统的热力学过程就是大量分子向无序程度大的状态变化的过程自然过 程的方向性可以表述为：在任何自然过程中，一个孤立系统的熵值不会减小，因此热力学 第二定律又称为熵增加原理因此 A、B、D 说法正确，C 说法错误 答案 C 1(热力学第二定律)(双选)下列说法中正确的是( ) A一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性 B一切不违反能量守恒定律的物理过程都是可能实现的 C由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行 D一切物理过程都不可能自发地进行 答案 AC 解析 热力学第二定律指出了热现象的方向性，而同时也指出了发生这些单一方向的过程
13、 的条件自发 2(热力学定律的应用)(单选)下列说法中错误的是( ) A第一类永动机不可能制成，因为它违背了能量守恒定律 B第二类永动机不可能制成，因为它违背了能量守恒定律 C热力学第一定律和热力学第二定律是相互独立的 D热力学第二定律的两种表述是等效的 答案 B 解析 第一类永动机违背了能量守恒定律，第二类永动机违背了热力学第二定律，故选项 A 正确，选项 B 错误；热力学第一定律与热力学第二定律相辅相成，互相独立，选项 C 正 确；热力学第二定律的两种表述是等效的，选项 D 正确故选 B 项 3(热力学第二定律的微观意义)(单选)下列关于热力学第二定律微观意义的说法正确的是 ( ) A从微
14、观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律 B一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行 C有的自然过程沿着分子热运动无序性增大的方向进行，有的自然过程沿着分子热运动无 序性减小的方向进行 D在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵会减小 答案 A 解析 热力学第二定律是一个统计规律，A 对；从热力学第二定律的微观本质看，一切不 可逆过程总是沿着大量分子热运动无序程度增大的方向进行，B、C 错；任何自然过程总是 朝着无序程度增大的方向进行，也就是熵增加的方向进行，故 D 错所以选 A. 4(熵)(双选)对于孤立体系中发生的实际过程，下列说法中正确的是( ) A系统的总熵只能增大，不可能减小 B系统的总熵可能增大，可能不变，还可能减小 C系统逐渐从比较有序的状态向更无序的状态发展 D系统逐渐从比较无序的状态向更加有序的状态发展 答案 AC 解析 在孤立体系中发生的实际过程，其系统的总熵是增加的，它不可能减小，故选项 A 正确，B 错误根据熵增加原理，该系统只能是从比较有序的状态向更无序的状态发展， 故选项 C 正确，D 错误
