高中物理新课标版人教版选修3-3精品课件：10.4《热力学第二定律》(PPT课件可以编辑).ppt

1、新课标人教版课件系列高中物理选修选修3-33-310.4热力学第二定律教学目标教学目标 v知识与技能知识与技能v1.了解热传递过程的方向性。v2.知道热力学第二定律的两种不同的表述，以及这两种表述的物理实质。v3.知道什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可能制成。v过程与方法过程与方法v1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。v2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。v情感、态度与价值观情感、态度与价值观v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

2、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%。v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。v【重点、难点分析重点、难点分析】：v重点：热力学第二定律两种常见的表述。v 难点：难点：1.热力学第二定律的开尔文表述。v2.自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。v【课时安排课时安排】：1课时 v【教具准备教具准备】：v教师：多媒体课件，一个电冰箱模型，一盆凉水，准备一个酒精灯和一个铁块，铁钳。v学生：课前预习课文，在家观察自家的电冰箱。问题提出：问题提出：我们在初中学过，当物体温度升高时，我们在初中学过，当物体温度升高时，就

3、要吸收热量；当物体温度降低时，就要吸收热量；当物体温度降低时，就要放出热量。而且热量公式就要放出热量。而且热量公式Q=Q=cmtcmt，这里有一个有趣的问题：地这里有一个有趣的问题：地球上有大量的海水球上有大量的海水,它的总质量约为它的总质量约为1.41.4101018 18 t,t,如果这些海水的温度降低如果这些海水的温度降低0.10.1o oC,C,将要放出多少焦耳的热量将要放出多少焦耳的热量?海水海水的比热容为的比热容为C=4.2C=4.210103 3J/(kgJ/(kg)放出放出5.85.810102323J J的热量，这相当于的热量，这相当于18001800万个核万个核电站一年的发

4、电量电站一年的发电量 热量从温度高的物体热量从温度高的物体自发地自发地传给温度低的物体传给温度低的物体“自发地自发地”，指的是没有任何外界的影响或帮助。，指的是没有任何外界的影响或帮助。有没有可能发生这样地现象，热量自发地从低温物体传有没有可能发生这样地现象，热量自发地从低温物体传给高温物体，使低温物体的温度越来越低，高温物体的温给高温物体，使低温物体的温度越来越低，高温物体的温度越来越高。度越来越高。电冰箱内部的温度比外部低，为什么致冷系统还能电冰箱内部的温度比外部低，为什么致冷系统还能够不断地把冰箱内的热量传给外界的空气？够不断地把冰箱内的热量传给外界的空气？这是因为电冰箱消耗了电能，对致

5、冷系统做了功。这是因为电冰箱消耗了电能，对致冷系统做了功。一旦切断电源，电冰箱就不能把其内部的热量传给一旦切断电源，电冰箱就不能把其内部的热量传给外界的空气了。相反，外界的热量会自发地传给电外界的空气了。相反，外界的热量会自发地传给电冰箱，使其温度逐渐升高。冰箱，使其温度逐渐升高。某种变化有自动发生的趋势，一旦发生就无某种变化有自动发生的趋势，一旦发生就无需借助外力，可以自动进行，这种变化称为自需借助外力，可以自动进行，这种变化称为自发变化。发变化。自发变化的共同特征自发变化的共同特征不可逆性不可逆性 任何自发任何自发变化的逆过程是不能自动进行的。变化的逆过程是不能自动进行的。贮藏的贮藏的食品

6、食品大气大气电冰箱制冷系统 热量却不能自发地从低温物体传向高温物体热量却不能自发地从低温物体传向高温物体 要将热量从低温物体传向高温物体，必须有外要将热量从低温物体传向高温物体，必须有外界的影响和帮助，就是要有外界对其做功才能完界的影响和帮助，就是要有外界对其做功才能完成成热传导的方向性热传导的方向性：两个温度不同的物体相互接触：两个温度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；要时，热量会自发地从高温物体传给低温物体；要实现相反过程，必须借助外界的帮助，因而产生实现相反过程，必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起其他变化。其他影响或引起其他变化。结论结论:热力学第二定律的

7、一种表述热力学第二定律的一种表述:热量不热量不能自发地从低温物体传到高温物体。能自发地从低温物体传到高温物体。这是这是热力学第二定律的克劳修斯表述。热力学第二定律的克劳修斯表述。热力学第二定律的克劳修斯表述实热力学第二定律的克劳修斯表述实质上就是：质上就是：热传递过程是不可逆的。热传递过程是不可逆的。（按照热传递的方向性来表述的）（按照热传递的方向性来表述的）一个在水平地面上的物体，一个在水平地面上的物体，由于克服摩擦力做功，最后由于克服摩擦力做功，最后要停下来。在这个过程中，要停下来。在这个过程中，物体的动能转化成为内能，物体的动能转化成为内能，使物体和地面的温度升高。使物体和地面的温度升高

8、。降温 我们能不能看到这样的现象：一我们能不能看到这样的现象：一个放在水平地面上的物体，靠降低个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转化为动温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来能，使这个物体运动起来思考讨论下列问题：思考讨论下列问题：1.1.前面我们学习了第一类永动机，不能制成的原因是前面我们学习了第一类永动机，不能制成的原因是什么？什么？（违背了能量守恒）（违背了能量守恒）2.2.热机是一种把什么能转化成什么能的装置？热机是一种把什么能转化成什么能的装置？(热机是一种把内能转化成机械能的装置热机是一种把内能转化成机械能的装置)3.3.热机的效率能否达到热机的效率

9、能否达到100%100%？(热机的效率不能达到热机的效率不能达到100%)100%)以内燃机为例，气缸中的气以内燃机为例，气缸中的气体得到燃烧时产生的热量为体得到燃烧时产生的热量为QQ1 1，推动活塞做工，推动活塞做工WW，然，然后排出废气，同时把热量后排出废气，同时把热量QQ2 2散发到大气中，散发到大气中，由能量守恒定律可知：由能量守恒定律可知：QQ1 1 =W+Q=W+Q2 2我们把热机做的功我们把热机做的功WW和它和它从热源吸收的热量从热源吸收的热量QQ1 1的比的比值叫做热机的效率，用值叫做热机的效率，用 表表示示=W/Q=W/Q1 1实际上热机不能把得到的全部内能转化为机械实际上热

10、机不能把得到的全部内能转化为机械能，热机必须有热源和冷凝器，热机工作时，总能，热机必须有热源和冷凝器，热机工作时，总要向冷凝器散热，不可避免的要由工作物质带走要向冷凝器散热，不可避免的要由工作物质带走一部分热量一部分热量QQ2 2，所以有：，所以有：QQ1 1WW因此，热机的效率不可能达到因此，热机的效率不可能达到100%100%，汽车上，汽车上的汽油机械效率只有的汽油机械效率只有20%20%30%30%，蒸汽轮机的，蒸汽轮机的效率比较高，也只能达到效率比较高，也只能达到60%60%，即使是理想热，即使是理想热机，没有摩擦，也没有漏气等能量损失，它也机，没有摩擦，也没有漏气等能量损失，它也不可

11、能把吸收的热量百分之百的转化成机械能，不可能把吸收的热量百分之百的转化成机械能，总要有一部分散发到冷凝器中。总要有一部分散发到冷凝器中。热转换为功的过程也是不可逆的，具有方向性。热转换为功的过程也是不可逆的，具有方向性。机械能和内能的转化过程具有方向性机械能和内能的转化过程具有方向性 机械能可以全部转化成内能，但内能却不能机械能可以全部转化成内能，但内能却不能全部转化成机械能，同时不引起其他变化。全部转化成机械能，同时不引起其他变化。不可能从单一热源吸收热量，使之完全变不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功成功,而不产生其他影响。而不产生其他影响。热力学第二定律的开尔文表述热力学第二定律的开

12、尔文表述（机械能与内能转化具有方向性）（机械能与内能转化具有方向性）第二类永动机：人们把想象中能第二类永动机：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用来做功而不引起其他变化的热机叫做第二类永动机。热机叫做第二类永动机。第二类永动机不可能制成第二类永动机不可能制成定律的两种表述 不可能将热量从低温物体不可能将热量从低温物体传到高温物体而不引起其它变化（即热量不会传到高温物体而不引起其它变化（即热量不会自动地从低温物体传到高温物体）。自动地从低温物体传到高温物体）。不可能从单一热源吸取热不可能从单一热源吸取热量并使它完全变为有用的功而不引起其它

13、变化。量并使它完全变为有用的功而不引起其它变化。(第二类永动机是不可能制成的第二类永动机是不可能制成的)两种表述是等价的两种表述是等价的 可以从一种表述导出另一种表述，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两种表述都称为热力学第二定律热力学第二定律的意义热力学第二定律的意义 1 1）提示了有大量分子参与的宏观过程的）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方向性，是独立于热力学第一定律的一个重要自然规律个重要自然规律 2 2）对生活实践的指导作用）对生活实践的指导作用 热力学第二定律揭示了有大量分子参与的宏观过程的热力学第二定律揭示了有大量分子参与

14、的宏观过程的方向性。（自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具方向性。（自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性）。有方向性）。不管如何表述，热力学第二定律的实质在于揭示了：不管如何表述，热力学第二定律的实质在于揭示了：一一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。违背热力学第一定律的过程都不可能发生。违背热力学第一定律的过程都不可能发生。不违背热力学第一定律的过程不一定都可以发生。不违背热力学第一定律的过程不一定都可以发生。自然过程是按一定方向进行的。自然过程是按一定方向进行的。热学过程的方向性（实例）热学过程的方向性（实例）热学过程的方向性（实

15、例）热学过程的方向性（实例）1 1、热传导的方向性、热传导的方向性2 2、扩散现象有方向性、扩散现象有方向性ABAB “气体向真空中绝热自由膨胀的过程是气体向真空中绝热自由膨胀的过程是不不可逆可逆的的”热学过程的方向性（实例）热学过程的方向性（实例）热学过程的方向性（实例）热学过程的方向性（实例）1 1 1 1、热传导的方向性、热传导的方向性、热传导的方向性、热传导的方向性2 2 2 2、扩散现象有方向性、扩散现象有方向性、扩散现象有方向性、扩散现象有方向性3 3 3 3、能量转化有方向性、能量转化有方向性、能量转化有方向性、能量转化有方向性功功功功 热热热热：可自动进行：可自动进行：可自动进

16、行：可自动进行(如摩擦生热、焦耳实验如摩擦生热、焦耳实验如摩擦生热、焦耳实验如摩擦生热、焦耳实验)热热 功：功：不可自动进行不可自动进行(焦耳实验中，不可能水温自动焦耳实验中，不可能水温自动降低推动叶片而使重物升高降低推动叶片而使重物升高)水水叶片叶片焦耳实验焦耳实验 它们都不可能制成，第一类永它们都不可能制成，第一类永动机的设想违反了能量守恒定律；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，但违背了跟热现象量守恒定律，但违背了跟热现象相联系的宏观过程具有方向性的相联系的宏观过程具有方向性的自然规律。自然规律。第一类永动机和第二类永动机比较第一类永动机和第二类永动机比较v热力学第一定律和热力学第二定律热力学第一定律和热力学第二定律 热力学第一定律和热力学第二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，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，反映的是物体有任何增加或损失，反映的是物体内能的变化