高中物理选修3--3第十章第四节《热力学第二定律》新课教学课件.ppt

1、选修选修3 33 3 第十章第十章热力学定律热力学定律10.4热力学第二定律热力学第二定律思考与讨论思考与讨论问题：问题：把煮好的热鸡蛋放在冷水中，过一会儿，鸡蛋的温把煮好的热鸡蛋放在冷水中，过一会儿，鸡蛋的温度降低，水都的温度升高，最后水和鸡蛋的温度相同。这度降低，水都的温度升高，最后水和鸡蛋的温度相同。这种现象是能够种现象是能够“自发地自发地”进行，还是必须有进行，还是必须有“外界影响外界影响”才能发生？才能发生？问题：问题：原来温度相同的水和鸡原来温度相同的水和鸡蛋，过一会儿水的温度降低而蛋，过一会儿水的温度降低而鸡蛋的温度升高，生蛋变成了鸡蛋的温度升高，生蛋变成了熟蛋，熟蛋，这种现象是

2、能够这种现象是能够“自发自发地地”进行进行,还是必须有还是必须有“外界影外界影响响”才能发生？才能发生？是一种能够自发地进行的是一种能够自发地进行的自然规律。不需要外界的影响。自然规律。不需要外界的影响。不能自发地进行，必须要有外界的影响才能发生。不能自发地进行，必须要有外界的影响才能发生。思考与讨论思考与讨论问题：问题：把一滴蓝墨水滴进一杯清水中，不久整杯水都均匀把一滴蓝墨水滴进一杯清水中，不久整杯水都均匀地变蓝了。这种现象是能够地变蓝了。这种现象是能够“自发地自发地”进行，还是必须有进行，还是必须有“外界影响外界影响”才能发生？才能发生？问题：问题：一杯均匀的蓝色墨水，一杯均匀的蓝色墨水，

3、经历一定的时间，墨水中的小经历一定的时间，墨水中的小炭粒又聚集在一起，成为一滴炭粒又聚集在一起，成为一滴墨水，其余部分又变成了清水。墨水，其余部分又变成了清水。这种现象是能够这种现象是能够“自发地自发地”进进行，还是必须有行，还是必须有“外界影响外界影响”才能发生？才能发生？是一种能够自发地进行的是一种能够自发地进行的自然规律。不需要外界的影响。自然规律。不需要外界的影响。不能自发地进行，必须要有外界的影响才能发生。不能自发地进行，必须要有外界的影响才能发生。思考与讨论思考与讨论问题：问题：在平地上滚动的足球克服摩擦力做功，其动能转化在平地上滚动的足球克服摩擦力做功，其动能转化为内能，最终停下

4、来，同时足球、地面及周围空气的温度为内能，最终停下来，同时足球、地面及周围空气的温度略有上升。这种现象是能够略有上升。这种现象是能够“自发地自发地”进行，还是必须有进行，还是必须有“外界影响外界影响”才能发生？才能发生？问题：问题：静止的足球和地面、周静止的足球和地面、周围的空气降低温度释放内能，围的空气降低温度释放内能，并将释放的内能全部转化为动并将释放的内能全部转化为动能，让足球又滚动起来。能，让足球又滚动起来。这种这种现象是能够现象是能够“自发地自发地”进行，进行，还是必须有还是必须有“外界影响外界影响”才能才能发生？发生？是一种能够自发地进行的是一种能够自发地进行的自然规律。不需要外界

5、的影响。自然规律。不需要外界的影响。不能自发地进行，必须要有外界的影响才能发生。不能自发地进行，必须要有外界的影响才能发生。思考与讨论思考与讨论问题：问题：装有压缩空气的钢瓶，打开阀门后会听到装有压缩空气的钢瓶，打开阀门后会听到“哧哧”的的一声响，气体喷到外面，压强减小。这种现象是能够一声响，气体喷到外面，压强减小。这种现象是能够“自自发地发地”进行，还是必须有进行，还是必须有“外界影响外界影响”才能发生？才能发生？问题：问题：外面的空气进入钢瓶，外面的空气进入钢瓶，瓶内气体的压强变大。瓶内气体的压强变大。这种现这种现象是能够象是能够“自发地自发地”进行，还进行，还是必须有是必须有“外界影响外

6、界影响”才能发才能发生？生？是一种能够自发地进行的是一种能够自发地进行的自然规律。不需要外界的影响。自然规律。不需要外界的影响。不能自发地进行，必须要有外界的影响才能发生。不能自发地进行，必须要有外界的影响才能发生。问题：问题：这些宏观上的热现象说明了什么？这些宏观上的热现象说明了什么？凡是实际的过程，只要涉及热现象，如热传递、凡是实际的过程，只要涉及热现象，如热传递、气体的膨胀、扩散、有摩擦的机械运动气体的膨胀、扩散、有摩擦的机械运动都具有都具有特定的特定的方向性方向性这些过程可以这些过程可以自发地自发地朝某个方向进朝某个方向进行，例如热量由高温物体传向低温物体，而相反的行，例如热量由高温物

7、体传向低温物体，而相反的过程，即使过程，即使不违背能量守恒定律不违背能量守恒定律，也不能，也不能自发地自发地进进行，这就是说，行，这就是说，一切与热现象有关的宏观自然过程一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。都是不可逆的。这种规律在物理学上我们叫做这种规律在物理学上我们叫做热力学第二定律热力学第二定律。一、热力学第二定律：一、热力学第二定律：1.1.内容：内容：一切与热现象有关的自然（或实际一切与热现象有关的自然（或实际)宏观过程宏观过程均具有方向性（或不可逆）。均具有方向性（或不可逆）。2.2.注意：注意：“自然、实际、自发、不产生其它影响自然、实际、自发、不产生其它影响”四种说法表达

8、四种说法表达的是同一种意思，均指所研究的热力学系统与外界之间没的是同一种意思，均指所研究的热力学系统与外界之间没有任何相互影响，也就是没有任何人为干扰。若有人为干有任何相互影响，也就是没有任何人为干扰。若有人为干扰，与热现象有关的相应宏观过程能够反方向进行。因此，扰，与热现象有关的相应宏观过程能够反方向进行。因此，在谈到方向性时，必须强调在谈到方向性时，必须强调“自然、实际、自发、不产生自然、实际、自发、不产生其它影响其它影响”。热力学第一定律是通过实验总结出来的实验定律，热力热力学第一定律是通过实验总结出来的实验定律，热力学第二定律是通过对自然现象的不可逆性分析总结出来的学第二定律是通过对自

9、然现象的不可逆性分析总结出来的经验定律，不能通过通过理论与实验证明。经验定律，不能通过通过理论与实验证明。问题：问题：观察动态图，图中的热量是从观察动态图，图中的热量是从低温物体传到高温物体，还是从高温低温物体传到高温物体，还是从高温物体传到低温物体？这种现象是自发物体传到低温物体？这种现象是自发进行的，还是有外界影响而发生的？进行的，还是有外界影响而发生的？图中的热量是从高温物体传到低图中的热量是从高温物体传到低温物体。这种现象是自发进行的。温物体。这种现象是自发进行的。问题：问题：观察动态图，图中的热量是从观察动态图，图中的热量是从低温物体传到高温物体，还是从高温低温物体传到高温物体，还是

10、从高温物体传到低温物体？这种现象是自发物体传到低温物体？这种现象是自发进行的，还是有外界影响而发生的？进行的，还是有外界影响而发生的？图中的热量是从低温物体传到高图中的热量是从低温物体传到高温物体。这种现象在外界影响下发生温物体。这种现象在外界影响下发生的，不能自发进行。的，不能自发进行。一、热力学第二定律：一、热力学第二定律：3.3.表述一（克劳修斯表述）：表述一（克劳修斯表述）：热量不能自发地从低温物体传到高温热量不能自发地从低温物体传到高温物体。物体。4.4.注意：注意：“热量是能够从低温物体传到高温物体热量是能够从低温物体传到高温物体的的”，只不过，这一过程不能自发进行，必须要有，只不

11、过，这一过程不能自发进行，必须要有外界的影响，人为的干扰才能够发生。外界的影响，人为的干扰才能够发生。问题：问题：观察动态图，图中观察动态图，图中容器内安装容器内安装有由叶片组成的搅拌器。让重物匀速有由叶片组成的搅拌器。让重物匀速下降带动叶片搅拌容器中的水，叶片下降带动叶片搅拌容器中的水，叶片与水摩擦引起水温上升。与水摩擦引起水温上升。这种现象中这种现象中的能量转化有什么特点？的能量转化有什么特点？通过摩擦力做功，将机械能全部通过摩擦力做功，将机械能全部转化为内能。转化为内能。问题：问题：观察动态图，图中是一种热机观察动态图，图中是一种热机-利用内能做功的机械。容器中的利用内能做功的机械。容器

12、中的气体吸收热量后膨胀对外做功。将内气体吸收热量后膨胀对外做功。将内能转化为机械能。气体的内能能否全能转化为机械能。气体的内能能否全部转化为机械能呢？部转化为机械能呢？不能，由于容器散热、漏气、摩不能，由于容器散热、漏气、摩擦的存在，实际过程中必定存在擦的存在，实际过程中必定存在“能能量耗散量耗散”。一、热力学第二定律：一、热力学第二定律：5.5.表述二（开尔文表述）：表述二（开尔文表述）：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。6.6.注意：注意：“热量能够完全变成功热量能够完全变成功”，“内能也可以内能也可以全部转化为机械能全部转化为机械能”。只不过，这一过程在实际。只

13、不过，这一过程在实际的热机（存在能量耗散）之中不可能发生，必须的热机（存在能量耗散）之中不可能发生，必须要有外界的影响，人为的干扰才能够发生。如要有外界的影响，人为的干扰才能够发生。如理理想气体的等温膨胀过程想气体的等温膨胀过程。美好的前景：美好的前景：地球上海水的总地球上海水的总质量多达质量多达1.41.410102121kgkg。如果制。如果制造一种机器，把这些海水的温造一种机器，把这些海水的温度降低度降低1 10 0C C，放出的热量高达，放出的热量高达91018Kw.hKw.h，足够全世界使用，足够全世界使用40004000年。年。问题：问题：这种设想违背能量守恒定律吗？这种设想违背能

14、量守恒定律吗？不违背不违背问题：问题：这种设想能否成立？为什么？这种设想能否成立？为什么？不成立。违背了热力学第二定律。一切与热现象有关的不成立。违背了热力学第二定律。一切与热现象有关的实际实际宏观过程都具有方向性，即在宏观过程都具有方向性，即在实际实际之中，不可能从之中，不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功。即热机效率不可单一热源吸收热量，使之完全变成功。即热机效率不可能等于能等于100%.100%.二、第二类永动机：二、第二类永动机：1.1.定义：定义：只从单一热库吸收热量，使之完全变为功而不产只从单一热库吸收热量，使之完全变为功而不产生其他影响的热机。或指机械效率生其他影响的热机。或

15、指机械效率=100=100%的机器。的机器。2.2.第二类永动机不可能制成：第二类永动机不可能制成：没有违背能量守恒定律与热力学第一定律。没有违背能量守恒定律与热力学第一定律。违背了热力学第二定律。违背了热力学第二定律。3.3.注意：注意：能量守恒定律与热力学第一定律说明热机效率能量守恒定律与热力学第一定律说明热机效率不可不可能大于能大于100100%，热力学第二定律说明热机效率，热力学第二定律说明热机效率不可能等于不可能等于100100%，由于实际中能量耗散不可避免，热机效率，由于实际中能量耗散不可避免，热机效率必定小必定小于于100100%。【例题】根据热力学第二定律，下列说法正根据热力学

16、第二定律，下列说法正确的是（确的是（）A A热量可以从高温物体传到低温物体，但不热量可以从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体能从低温物体传到高温物体B B热量可以从高温物体传到低温物体，也可热量可以从高温物体传到低温物体，也可能从低温物体传到高温物体能从低温物体传到高温物体C C机械能可以全部转化为内能，但内能不可机械能可以全部转化为内能，但内能不可能全部转化为机械能能全部转化为机械能D D机械能可以全部转化为内能，内能也可能机械能可以全部转化为内能，内能也可能全部转化为机械能全部转化为机械能 BD【例题】【例题】根据热力学第二定律，下列判断正根据热力学第二定律，下列判断正确的

17、是（确的是（）A A电流的能量不可能全部变为内能电流的能量不可能全部变为内能 B B在火力发电机中，燃气的内能不可在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变为电能能全部变为电能 C C热机中，燃气内能不可能全部变为热机中，燃气内能不可能全部变为机械能机械能 D D在热传导中，热量不可能自发地从在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温度物体低温物体传递给高温度物体BCD【例题】如图中气缸内盛有定量的理想气体，气缸壁是导热的，如图中气缸内盛有定量的理想气体，气缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与气缸壁的接触是光滑的，但不漏缸外环境保持恒温，活塞与气缸壁的接触是光滑的，但不漏气现将活塞杆与外界

18、连接使缓慢地向右移动，这样气体将等气现将活塞杆与外界连接使缓慢地向右移动，这样气体将等温膨胀并通过杆对外做功若已知理想气体的内能只与温度有温膨胀并通过杆对外做功若已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法正确的是（）关，则下列说法正确的是（）A A气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，因此此过程违气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律反热力学第二定律B B气体是从单一热源吸热，但并未全用来对外做功，所以此气体是从单一热源吸热，但并未全用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律过程不违反热力学第二定律C C气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，但此过程不违气体是从单

19、一热源吸热，全用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律反热力学第二定律D DA A、B B、C C三种说法都不对三种说法都不对 C【例题】第二类永动机不可能制成，是因为第二类永动机不可能制成，是因为()()A.A.违背了能量守恒定律违背了能量守恒定律B.B.热量总是从高温物体传递到低温物体热量总是从高温物体传递到低温物体C.C.机械能不能全部转化为内能机械能不能全部转化为内能D.D.内能不能全部转化为机械能，同时不引起内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化其他变化D课堂小课堂小 结结一、热力学第二定律：一、热力学第二定律：1.1.内容：内容：一切与热现象有关的自然（或实际一切与热现象有

20、关的自然（或实际)宏观过程宏观过程均具有方向性（或不可逆）。均具有方向性（或不可逆）。2.2.注意：注意：“自然、实际、自发、不产生其它影响自然、实际、自发、不产生其它影响”四种说法表达四种说法表达的是同一种意思，均指所研究的热力学系统与外界之间没的是同一种意思，均指所研究的热力学系统与外界之间没有任何相互影响，也就是没有任何人为干扰。若有人为干有任何相互影响，也就是没有任何人为干扰。若有人为干扰，与热现象有关的相应宏观过程能够反方向进行。因此，扰，与热现象有关的相应宏观过程能够反方向进行。因此，在谈到方向性时，必须强调在谈到方向性时，必须强调“自然、实际、自发、不产生自然、实际、自发、不产生

21、其它影响其它影响”。热力学第一定律是通过实验总结出来的实验定律，热力热力学第一定律是通过实验总结出来的实验定律，热力学第二定律是通过对自然现象的不可逆性分析总结出来的学第二定律是通过对自然现象的不可逆性分析总结出来的经验定律，不能通过通过理论与实验证明。经验定律，不能通过通过理论与实验证明。课堂小课堂小 结结一、热力学第二定律：一、热力学第二定律：3.3.表述一（克劳修斯表述）：表述一（克劳修斯表述）：热量不能自发地从低温物体传到高温热量不能自发地从低温物体传到高温物体。物体。4.4.注意：注意：“热量是能够从低温物体传到高温物体热量是能够从低温物体传到高温物体的的”，只不过，这一过程不能自发

22、进行，必须要有，只不过，这一过程不能自发进行，必须要有外界的影响，人为的干扰才能够发生。外界的影响，人为的干扰才能够发生。课堂小课堂小 结结一、热力学第二定律：一、热力学第二定律：5.5.表述二（开尔文表述）：表述二（开尔文表述）：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。6.6.注意：注意：“热量能够完全变成功热量能够完全变成功”，“内能也可以内能也可以全部转化为机械能全部转化为机械能”。只不过，这一过程在实际。只不过，这一过程在实际的热机（存在能量耗散）之中不可能发生，必须的热机（存在能量耗散）之中不可能发生，必须要有外界的影响，人为的干扰才能够发生。如要有外界的影响，人

23、为的干扰才能够发生。如理理想气体的等温膨胀过程想气体的等温膨胀过程。课堂小课堂小 结结二、第二类永动机：二、第二类永动机：1.1.定义：定义：只从单一热库吸收热量，使之完全变为功而不产只从单一热库吸收热量，使之完全变为功而不产生其他影响的热机。或指机械效率生其他影响的热机。或指机械效率=100=100%的机器。的机器。2.2.第二类永动机不可能制成：第二类永动机不可能制成：没有违背能量守恒定律与热力学第一定律。没有违背能量守恒定律与热力学第一定律。违背了热力学第二定律。违背了热力学第二定律。3.3.注意：注意：能量守恒定律与热力学第一定律说明热机效率能量守恒定律与热力学第一定律说明热机效率不可不可能大于能大于100100%，热力学第二定律说明热机效率，热力学第二定律说明热机效率不可能等于不可能等于100100%，由于实际中能量耗散不可避免，热机效率，由于实际中能量耗散不可避免，热机效率必定小必定小于于100100%。