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2019-2020年高中物理 第3章 第4節(jié) 熱力學第二定律學案 粵教版選修3-3 1．通過自然界中客觀過程的方向性，了解熱力學第二定律． 2．了解熱力學第二定律的兩種不同表述，以及兩種表述的物理實質． 3．了解什么是第二類永動機，知道為什么它不能制成． 4．了解熱力學第二定律的微觀實質． 5．了解熵是反映系統(tǒng)無序程度的物理量． 1．自然界發(fā)生的過程一定遵守熱力學第一定律，但遵守熱力學第一定律的過程不一定能發(fā)生，因為它不能說明自然界過程進行的方向，熱力學第二定律就是反映自然界過程進行方向和條件的定律． 2．熱傳導過程中，熱量會自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體，但人們從來沒有發(fā)現(xiàn)熱量自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體，這說明熱傳導過程具有方向性，要想使熱量從低溫物體傳給高溫物體，必須借助外界的作用． 3．機械能和內能的轉化過程具有方向性，機械能轉化為內能是可以自發(fā)進行的，而相反過程不能自發(fā)進行，要將內能全部轉化為機械能，必然會引起其他影響． 4．第二類永動機不可能制成，它是指從單一熱源吸熱全部用來對外做功又不引起其他變化，把得到的內能全部轉化為機械能，效率達到100%的熱機． 5．熱力學第二定律常見的有兩種表述，克勞修斯的表述是按照熱傳導的方向性表述的，開爾文的表述是按照機械能與內能轉化過程的方向性表述的，兩種表述是等價的． 6．從微觀看，熱力學第二定律表明：與熱現(xiàn)象有關的自發(fā)的宏觀過程，總是朝著分子熱運動狀態(tài)無序性增加的方向，即熵增大的方向進行的． 1．(多選)關于熱傳導的方向性，下列說法正確的是(AC) A．熱量能自發(fā)地由高溫物體傳給低溫物體 B．熱量能自發(fā)地由低溫物體傳給高溫物體 C．在一定條件下，熱量也可以從低溫物體傳給高溫物體 D．熱量不可能從低溫物體傳給高溫物體 解析：在有外力做功的情況下，熱量可以從低溫物體傳給高溫物體，但熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體． 2．(多選)下列說法中正確的是(AC) A．一切涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性 B．一切不違反能量守恒與轉化定律的物理過程都是可能實現(xiàn)的 C．由熱力學第二定律可以判斷物理過程能否自發(fā)進行 D．一切物理過程都不可能自發(fā)地進行 解析：能量轉移和轉化的過程都是具有方向性的，A對．第二類永動機不違背能量守恒定律，但是不能實現(xiàn)，B錯．在熱傳遞的過程中，能量可以自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，但其逆過程不可能自發(fā)地進行，C對、D錯． 3．下列說法正確的是(C) A．熱力學第二定律否定了以特殊方式利用能量的可能性 B．電流流過導體轉化為內能，反過來，可將內能收集起來，再轉化成相同大小的電流 C．可以做成一種熱機，由熱源吸取一定的熱量而對外做功 D．冰可以熔化成水，水也可以結成冰，這個現(xiàn)象違背了熱力學第二定律 解析：熱力學第二定律說明了一切與熱現(xiàn)象有關的宏觀過程都是有方向性的，但并沒有否認以特殊方式利用能量的可能性，故A錯；功和內能的轉化具有方向性，其逆過程是不可能自發(fā)實現(xiàn)的，故B錯；冰熔化成水，水結成冰，伴隨著能量的轉移，不是自發(fā)進行的，沒有違背熱力學第二定律． 4．根據(jù)熱力學第二定律，下列判斷不正確的是(A) A．電流的能不可能全部變?yōu)閮饶? B．在火力發(fā)電機中，燃氣的內能不可能全部變?yōu)殡娔? C．熱機中，燃氣內能不可能全部變?yōu)闄C械能 D．在熱傳導中，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體 解析：根據(jù)熱力學第二定律可知，凡與熱現(xiàn)象有關的宏觀過程都具有方向性，電流的能可全部變?yōu)閮饶?由焦耳定律可知)，而內能不可能全部變成電流的能，而不產生其他影響．機械能可全部變?yōu)閮饶?，而內能不可能全部變成機械能．在熱傳導中，熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體，而不能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體． 5．(多選)關于制冷機制冷過程的說法中，正確的是(BD) A．此過程違反了熱力學第二定律 B．此過程沒有違反熱力學第二定律 C．此過程違反了能量守恒定律 D．此過程沒有違反能量守恒定律 解析：制冷機可以從低溫物體吸收熱量傳給高溫物體，但必須消耗電能．熱力學第二定律并不否認熱量可從低溫物體傳給高溫物體，關鍵是“不產生其他影響”，A錯誤、B正確．任何物理過程都不違反能量守恒定律，C錯誤、D正確． 6．(多選)下列說法正確的是(BD) A．第二類永動機和第一類永動機一樣，都違背了能量守恒定律 B．第二類永動機違背了能量轉化的方向性 C．自然界中的能量是守恒的，所以不用節(jié)約能源 D．自然界中的能量盡管是守恒的，但有的能量便于利用，有的不便于利用，故要節(jié)約能源 解析：第一類永動機違背了能量守恒定律；第二類永動機違背了能量轉化的方向性，故B、D選項正確． 7．(多選)下列關于熵的說法中正確的是(AC) A．熵是熱力學中的一個狀態(tài)量 B．熵是熱力學中的一個過程量 C．熵值越大，無序程度越大 D．熵值越小，無序程度越大 解析：熵值越大，無序程度越大，而熵是狀態(tài)量． 8．關于熱力學定律和分子動理論，下列說法中正確的是(B) A．我們可以利用高科技手段，將流散到周圍環(huán)境中的內能重新收集起來加以利用而不引起其他變化 B．利用淺層海水和深層海水之間的溫度差制造一種熱機，將海水的一部分內能轉化為機械能，這在原理上是可行的 C．在分子力作用范圍內，分子力總是隨分子間距離的增大而減小 D．溫度升高時，物體中每個分子的運動速率都將增大 解析：由熱力學第二定律可知，A錯誤、B正確；由分子間作用力與分子間距的關系可知，C項錯誤；溫度升高時，物體中分子平均動能增大，但并不是每個分子的動能都增大，即并不是每個分子的運動速率都增大，故D項錯誤． 9．(多選)如圖為電冰箱的工作原理示意圖．壓縮機工作時，強迫制冷劑在冰箱內外的管道中不斷循環(huán)．在蒸發(fā)器中制冷劑汽化吸收箱體內的熱量，經過冷凝器時制冷劑液化，放出熱量到箱體外．下列說法正確的是(BC) A．熱量可以自發(fā)地從冰箱內傳到冰箱外 B．電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內的熱量傳到外界，是因為其消耗了電能 C．電冰箱的工作原理不違反熱力學第一定律 D．電冰箱的工作原理違反熱力學第一定律 解析：熱力學第一定律是熱現(xiàn)象中內能與其他形式能的轉化規(guī)律，是能量守恒定律的具體表現(xiàn)，適用于所有的熱現(xiàn)象，故C正確、D錯誤；根據(jù)熱力學第二定律，熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，必須借助于其他系統(tǒng)做功，A錯誤、B正確，故選B、C. 10．關于空調機，下列說法不正確的是(D) A．制冷空調機工作時，熱量從低溫物體傳到高溫物體 B．制暖空調機工作時，熱量從高溫物體傳到低溫物體 C．冷暖空調機工作時，熱量既可以從低溫物體傳到高溫物體，也可以從高溫物體傳到低溫物體 D．冷暖空調機工作時，熱量只能從低溫物體傳到高溫物體 解析：空調機工作時，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，因為這里有外界做功．