粵教版選擇性必修第三冊第三章熱力學定律第三節熱力學第二定律第二節能量守恒定律及其應用

不同形式的能量機械能電能光能內能太陽能轉化為電能電能轉化為內能

科學家探索能量守恒的歷程。1836年蓋斯發現化學反應放出的熱量與反應步驟無關1842年邁爾表述了能量守恒定律1841年焦耳發現電流的熱效應1831年法拉第發現電磁感應現象1820年奧斯特發現電流的磁效應1843年焦耳測定做功與傳熱的關系1798年倫福德的實驗表明熱的本質是運動1821年塞貝克發現溫差電現象1847年亥姆霍茲在理論上概括和總結能量守恒定律

1、內容：能量既不會憑空產生，也不會憑空消滅，它只能從一種形式轉化為其他形式，或者從一個物體轉移到別的物體；在轉化和轉移過程中其總量不變。一、能量守恒定律

2、意義：

（1）能量守恒定律是在無數實驗事實的基礎上建立起來的，是自然科學的普遍規律之一。

（2）能量守恒定律同生物進化論、細胞學說被恩格斯譽為19世紀的三個最偉大的科學發現。

（3）自然界一切已經實現的過程都遵守能量守恒定律。

第一類永動機：不需要任何動力或燃料卻能不斷對外做功。二、第一類永動機不可能制成

【思考問題】請利用熱力學第一定律分析，為什么第一類永動機是不可能制成的？

根據熱力學第一定律，如果物體不與外界傳熱：

如果物體對外界做功：

則必有：

這表明，物體對外做功必須以減小內能為代價。

如果不消化內能：

這表明，物體必須從外界吸收熱量，才能對外做功。

不消化任何能量，卻可以源源不斷對外做功的第一類永動機是不可能制成的。

第一類永動機：不需要任何動力或燃料卻能不斷對外做功。二、第一類永動機不可能制成

第一類永動機失敗的原因：違反能量守恒定律。

行駛中的汽車制動后滑行一段距離，最后停下；流星在夜空中墜落并發出明亮的火焰；降落傘在空中勻速下降；條形磁鐵在下落過程中穿過閉合線圈，線圈中產生電流。上述不同現象中所包含的相同的物理過程是（）A．物體克服阻力做功B．物體的動能轉化為其他形式的能量C．物體的勢能轉化為其他形式的能量D．物體的機械能轉化為其他形式的能量練一練

答案：AD

【思考問題】將一塊燒紅的鐵塊投入冷水中，會發生什么現象？會不會出現鐵塊溫度更高，水的溫度更低的情況？

1、熱傳到的方向性：熱量從高溫物體向低溫物體的熱傳到過程是自發進行的。三、熱傳導的方向性

2、要使熱量從低溫物體傳遞給高溫物體，則必須借助外界的作用。

情境：一個在水平地面上運動的物體，由于克服摩擦力做功，最后要停下來。

【思考問題】（1）此過程的能量轉化情況是怎樣的？

（2）能不能看到這樣的現象：一個放在水平地面上的物體，靠降低溫度，可以把內能自發地轉化為動能，使這個物體運動起來。四、機械能和內能轉化的方向性

1、機械能和內能的轉化過程是由方向性的；

2、機械能可以全部轉化為內能，內能卻無法全部用來做功以轉化為機械能，而不產生其他影響。

3、第二類永動機：從單一熱源吸收熱量并全部用來做功，把它得到的內能全部轉化為機械能，熱機效率達到100%，這種想象中的熱機被稱為第二類永動機。【討論與交流】有人設想如圖所示的裝置（假設活塞與缸壁無摩擦），并提出“理想氣體可從單一熱源吸熱并進行等溫膨脹，從而實現百分之百對外做功”。這引發了同學們的爭論：有同學認為是可能實現的，有的同學則認為不可能。你贊同哪一種觀點？為什么？【思考問題】如圖所示,容器A中裝有氣體,容器B是真空,打開閥門K,容器A中的氣體會自發地向B中膨脹,最后兩個容器都充滿氣體.會不會氣體自發地從容器B流向容器A,最后使容器B恢復成真空呢?五、擴散的方向性六、熱力學第二定律

1、自然界中一切與熱現象有關的宏觀過程都具有方向性。

2、熱力學第二定律是反應不同的宏觀過程的方向性的定律。

克勞修斯表述：熱量不能自發地從低溫物體傳遞到高溫物體，或者說，不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體。

開爾文表述：不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不產生其他影響。

【思考問題】電冰箱通電后箱內溫度低于箱外溫度，并且還會繼續降溫，直至達到設定的溫度。顯然這是熱量從低溫物體傳遞到了高溫物體。這一現象是否違背熱力學第二定律呢？電冰箱制冷系統貯藏的食品大氣熱量熱量電源做功1、一間密閉的房間里放置了一臺電冰箱，為了使房間降溫，有人出了一個主意，建議把冰箱接通電源，打開冰箱門，讓冰箱的“冷氣”進入房間中，房間就變冷了。這種方法可行嗎？請說明道理。練一練2、為測算太陽射到地面的輻射能，某校科技實驗小組的同學把一個橫截面積是300cm2的矮圓筒的