PAGEPAGE34熱力學其次定律[學習目標]1.了解熱傳遞、擴散現象、機械能與內能的轉化等都具有方向性．知道具有方向性的過程為不行逆的．2.了解熱力學其次定律的兩種表述，并能用熱力學其次定律說明其次類永動機不能制造勝利.(重點)3.能用熱力學其次定律說明自然界中的能量轉化、轉移及方向性問題，并能解決一些實際問題．(難點)學問點一熱力學其次定律的一種表述[先填空]1．熱傳導的方向性(1)熱量可以自發地由高溫物體傳給低溫物體．(2)熱量不能自發地由低溫物體傳給高溫物體．(3)熱傳導過程是有方向性的．2．熱力學其次定律的克勞修斯表述熱量不能自發地從低溫物體傳到高溫物體．即熱傳導的過程具有方向性．[再思索]熱量能自發地從高溫物體傳給低溫物體，我們所說的“自發地”指的是沒有任何的外界影響或者幫助．電冰箱是讓“熱”由低溫環境傳遞到高溫環境．這是不是自發進行的？說明理由．【提示】電冰箱能夠把熱量從低溫物體傳給高溫物體，在該過程中電冰箱要消耗電能．一旦切斷電源，電冰箱就不能把其內部的熱量傳給外界的空氣了，相反，外界的熱量會自發地傳給電冰箱，使其溫度漸漸上升．[后推斷]1．熱量會自發地從高溫物體傳遞到低溫物體，而不會自發地從低溫物體傳遞到高溫物體．(√)2．熱傳導的過程具有方向性．(√)3．熱量不能由低溫物體傳給高溫物體．(×)學問點二熱力學其次定律的另一種表述[先填空]1．機械能和內能轉化過程具有方向性，即機械能全部轉化為內能的過程是可以自發進行的，內能全部轉化為機械能的過程，是不能自發進行的，要將內能全部轉化為機械能，必定會引起其他影響．2．開爾文表述不行能從單一熱庫汲取熱量，使之完全變勝利，而不產生其他影響．(即機械能與內能轉化具有方向性)[再思索]隨著科技的不斷發展，假如能夠使熱機沒有漏氣，沒有摩擦，也沒有機體熱量損失，是不是能夠使熱機效率達到100%?【提示】不能，緣由是熱機的工作物質汲取的熱量不能完全用來做功，這違反了熱力學其次定律．[后推斷]1．其次類永動機不違反能量守恒定律，但違反熱力學其次定律．(√)2．機械能可以全部轉化為內能，而內能不能自發的全部轉化為機械能．(√)3．熱力學其次定律表明，全部的物理過程都具有方向性．(×)熱力學其次定律的理解【問題導思】1．熱量只能從高溫物體傳到低溫物體嗎？【提示】不是，在引起其他影響的狀況下，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體．2．內燃機工作時可以把內能全部轉化為機械能嗎？【提示】不能，因為熱機工作時總有內能損失，不行能全部轉化為機械能．1．克勞修斯表述指明熱傳遞等熱力學宏觀現象的方向性，不須要借助外界供應能量的幫助，其物理本質是揭示了熱傳遞過程是不行逆的．2．開爾文表述中的“單一熱源”指溫度恒定且勻稱的熱源．“不引起其他變更”是指唯一效果是熱量全部轉變為功而外界及系統都不發生任何變更．其物理實質揭示了熱變功過程是不行逆的．3．熱力學其次定律的每一種表述都揭示了大量分子參加的宏觀過程的方向性，進而使人們相識到自然界中一切與熱現象有關的宏觀過程都具有方向性，都是不行逆的．【例題1】(多選)依據熱力學其次定律，下列說法正確的是()A．熱機中燃氣的內能不行能全部變成機械能B．電能不行能全部轉變成內能C．在火力發電機中，燃氣的內能不行能全部轉變成電能D．在熱傳導中，熱量不行能自發地從低溫物體傳遞給高溫物體【思路點撥】(1)內能和機械能、電能的轉化可以考慮熱力學其次定律的其次種表述．(2)熱傳導現象可以考慮熱力學其次定律的第一種表述．【解析】凡是與熱現象有關的宏觀熱現象都具有方向性．無論采納任何設備和手段進行能量轉化，總是遵循“機械能可全部轉化為內能，而內能不能全部轉化為機械能”，故A正確．【答案】ACD【規律總結】理解熱力學其次定律的方法1．理解熱力學其次定律的實質，即自然界中進行的全部涉及熱現象的宏觀過程都具有方向性．理解的關鍵在于“自發”和“不引起其他變更”．2．還要正確理解哪些過程不會達到100%的轉化而不產生其他影響．【剛好訓練】1．(多選)依據熱力學其次定律，下列說法中正確的是()A．不行能從單一熱源吸熱并把它全部用來做功，而不引起其他變更B．沒有冷凝器，只有單一的熱源，能將從單一熱源汲取的熱量全部用來做功，而不引起其他變更的熱機是可以實現的C．制冷系統將冰箱里的熱量傳給外界較高溫度的空氣而不引起其他變更D．在火力發電中，燃氣的內能不行能全部變成電能【答案】AD2．下列說法中正確的是()A．一切形式的能量間的相互轉化都具有方向性B．熱量不行能由低溫物體傳給高溫物體C．氣體的擴散過程具有方向性D．一切形式的能量間的相互轉化都不具有可逆性【答案】C【學法指導】熱力學第肯定律，熱力學其次定律的對比應用1．兩個定律比較：熱力學第肯定律是能量守恒定律在熱力學中的詳細表現形式，在轉化的過程中，總的能量保持不變．熱力學其次定律是指在有限的時間和空間內，一切和熱現象有關的物理過程具有不行逆性．2．兩類永動機的比較：第一類永動機：不消耗任何能量，可以不斷做功(或只賜予很小的能量啟動后，可以恒久運動下去)．其次類永動機：將內能全部轉化為機械能，而不引起其他變更(或只有一個熱源，實現內能與機械能的轉化)．【例題2】關于兩類永動機和熱力學兩大定律，下列說法正確的是()A．其次類永動機不行能制成是因為違反了熱力學第肯定律B．第一類永動機不行能制成是因為違反了熱力學其次定律C．由熱力學第肯定律可知做功不肯定變更內能，熱傳遞也不肯定變更內能，但同時做功和熱傳遞肯定會變更內能D．由熱力學其次定律可知熱量從低溫物體傳向高溫物體是可能的，從單一熱庫汲取熱量，完全變勝利也是可能的【解析】第一類永動機違反熱力學第肯定律，其次類永動機違反熱力學其次定律，A、B錯；由熱力學第肯定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝W＋Q可以等于0，C錯；由熱力學其次定律可知D中現象是可能的，但不引起其他變更是不行能的，D對．【答案】D【學問點撥】1．熱力學第肯定律是能量守恒定律在熱學中的一種表述形式，是從能的角度揭示不同物質運動形式相互轉化的可能性．告誡人們：第一類永動機不行能制成．2．熱力學其次定律揭示了大量分子參加的宏觀過程的方向性．如機械能可以全部轉化為內能，內能卻不行能全部轉化為機械能而不引起其他變更，進一步揭示了各種有關熱的物理過程都具有方向性．告誡人們：其次類永動機不行能制成．【剛好訓練】關于熱力學第肯定律和熱力學其次定律，下列論述正確的是()A．熱力學第肯定律指出內能可以與其他形式的能相互轉化，而熱力學其次定律則指出內能不行能完全轉化為其他形式的能，故這兩條定律是相互沖突的B．內能可以全部轉化為其他形式的能，只是會產生其他影響，故兩條定律并不沖突C．兩條定律都是有關能量的轉化規律，它們不但不沖突，而且沒有本質區分D．其實，能量守恒定律已經包含了熱力學第肯定律和熱力學其次定律【解析】熱力學第肯定律揭示了內能與其他形式能量之間的轉化關系，是能量守恒定律在熱學中的詳細體現．熱力學其次定律則進一步闡明白內能與其他形式能量轉化時的方向性，二者表述的角度不同，本質不同，相互補充，并不沖突，故C、D錯誤，B項正確；內能在肯定條件下可以全部轉化為機械能，熱量也可以由低溫物體傳遞到高溫物體，但是要引起其他變更，如電冰箱制冷機工作還要消耗電能，故A錯誤．【答案】B【課后作業】[全員參加·基礎練]1．(多選)關于熱傳遞的說法正確的是()A．熱量只能從高溫物體傳遞到低溫物體，而不能從低溫物體傳遞到高溫物體B．熱量只能從低溫物體傳遞到高溫物體，而不能從高溫物體傳遞到低溫物體C．熱量既可以從高溫物體傳遞到低溫物體，又可以從低溫物體傳遞到高溫物體D．熱量會自發地從高溫物體傳遞到低溫物體，而不會自發地從低溫物體傳遞到高溫物體【答案】CD2．(多選)下列關于熱機的說法中，正確的是()A．熱機是把內能轉化為機械能的裝置B．熱機是把機械能轉化為內能的裝置C．只要對內燃機不斷進行革新，它可以把燃料燃燒釋放的內能全部轉化為機械能D．即使沒有漏氣，也沒有摩擦等能量損失，內燃機也不能把內能全部轉化為機械能【答案】AD3．關于永動機和熱力學定律的探討，下列敘述正確的是()A．其次類永動機違反能量守恒定律B．假如物體從外界汲取了熱量，則物體的內能肯定增加C．外界對物體做功，則物體的內能肯定增加D．做功和熱傳遞都可以變更物體的內能，但從能量轉化或轉移的觀點來看這兩種變更方式是有區分的【答案】D4．關于熱現象和熱學規律，下列說法中正確的是()A．隨著低溫技術的發展，我們可以使溫度漸漸降低，并達到肯定零度，最終實現熱機效率100%B．熱量是不行能從低溫物體傳遞給高溫物體的C．其次類永動機遵從能量守恒故能做成D．用活塞壓縮汽缸里的空氣，對空氣做功2.0×105J，同時空氣向外界放出熱量1.5×105J，則空氣的內能增加了0.5×105J【答案】D5．我們絕不會看到：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．其緣由是()A．這違反了能量守恒定律B．在任何條件下內能都不行能轉化為機械能，只有機械能才會轉化為內能C．機械能和內能的轉化過程具有方向性，內能轉化成機械能是有條件的D．以上說法均不正確【答案】C6.(多選)如圖10-4-2所示，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，在蒸發器中制冷劑汽化汲取箱體內的熱量，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()A．熱量可以自發地從冰箱內傳到冰箱外B．電冰箱的制冷系統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肯定律D．電冰箱的工作原理違反熱力學第肯定律【解析】熱力學第肯定律是熱現象中內能與其他形式能的轉化規律，是能的轉化和守恒定律的詳細表現，適用于全部的熱學過程，故C正確，D錯誤；【答案】BC7．關于熱學現象和熱學規律，下列說法中正確的是()A．將地球上全部海水的溫度降低0.2℃，以產生大量的內能供人類運用B．布朗運動是液體分子的運動，它說明液體分子永不停息地做無規則的運動C．在熱傳遞中，熱量肯定是從內能多的物體傳向內能少的物體D．在熱傳遞中，熱量肯定是從溫度高的物體流向溫度低的物體【答案】D8．制冷機是一種利用工作物質，使熱量從低溫物體傳到高溫物體的裝置，通過制冷機的工作可以使肯定空間內的物體溫度低于環境溫度并維持低溫狀態．夏天，將房間一臺正在工作的電冰箱的門打開，試分析這是否可以降低室內的平均溫度，為什么？【答案】不會降低室內的平均溫度．若將一臺正在工作的電冰箱的門打開，盡管可以不斷向室內釋放冷氣，但同時冰箱的箱體向室內散熱，就整個房間來說，由于外界通過導線不斷有能量輸入，室內的溫度會不斷上升．[超越自我·提升練]9．(多選)(2013·全國大綱卷)依據熱力學定律，下列說法中正確的是()A．電冰箱的工作過程表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞B．空調機在制冷過程中，從室內汲取的熱量少于向室外放出的熱量C．科技的進步可以使內燃機成為單一熱源的熱機D．對能源的過度消耗將使自然界的能量不斷削減，形成“能源危機”【解析】由能量守恒定律知，能量總是守恒的，只是存在的形式不同，選項D錯誤．【答案】AB10．(多選)熱機是一種把內能轉化為機械能的裝置，以內燃機為例，汽缸中的氣體得到燃料燃燒時產生的熱量Q1，推動活塞做功W，然后排出廢氣，同時把熱量Q2散發到大氣中，則下列說法正確的是()A．由能量守恒定律知Q1＝W＋Q2B．該熱機的效率為η＝eq\f(W,Q1)C．志向熱機效率可達到100%D．內能可以全部轉化為機械能而不引起其他變更【答案】AB11．有以下說法：A．氣體的溫度越高，分子的平均動能越大B．即使氣體的溫度很高，仍有一些分子的運動速度是特別小的C．對物體做功不行能使物體的溫度上升D．假如氣體分子間的相互作用力小到可以忽視不計，則氣體的內能只與溫度有關E．一由不導熱的器壁做成的容器，被不導熱的隔板分成甲、乙兩室．甲室中裝有肯定質量的溫度為T的氣體，乙室為真空，如圖10-4-3所示，提起隔板，讓甲室中的氣體進入乙室，若甲室中氣體的內能只與溫度有關，則提起隔板后當氣體重新達到平衡時，其溫度仍為TF．空調機作為制冷機運用時，使熱量從溫度較低的室內送到溫度較高的室外，所以制冷機的工作是不遵守熱力學其次定律的G．對于肯定量的氣體，當其溫度降低時，速率大的分子數目減小，速率小的分子數目增加H．從單一熱源吸取熱量使之全部變成有用的機械功是不行能的其中正確