4 热力学第二定律 定位·学习目标 1.阅读教材,知道传热、扩散现象、机械能与内能的转化具有方向性,了解能量耗散和品质降低的内容,形成物理观念。 2.理解热力学第二定律的两种表述,学会用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移及方向性问题,提高分析推理能力,培养科学思维。 3.通过对热机效率的探讨,揭示热机效率不能达到100%的实质,培养科学探究的能力。 知识点一 热力学第二定律 探究新知 1.自然界发生的过程的特点 (1)导致能量创生或能量消失的过程是不可能出现的。 (2)涉及热现象的过程可以自发地朝某个方向进行,而相反的过程,即使不违背能量守恒定律,也不会自发地进行。 2.热力学第二定律的两种表述 (1)内容。 ①克劳修斯表述:热量不能自发地从低温物体传到高温物体。(该表述阐述了传热的方向性) ②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。(该表述阐述了机械能与内能转化的方向性) (2)意义:反映了与热现象有关的宏观自然过程的方向性。 新知检测 [判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”] (1)在自然界中只要符合能量守恒定律的过程都能够自发地进行。( × ) (2)有些热现象的宏观自然过程是可逆的。( × ) (3)热量不可能从低温物体传到高温物体。( × ) (4)热机工作时,热量不可能完全转化为机械能。( √ ) 知识点二 能源是有限的 探究新知 1.能量的地位 自然界的一切变化,人类社会的所有活动,都伴随着能量的转移和转化。 2.能量的特点 能量在数量上虽然守恒,但其转移和转化却具有方向性。在各种各样的运动中的不同形式的能,最终都转化为内能,流散到周围的环境中。 3.能量耗散 分散在环境中的内能不管数量多么巨大,它也只不过能使地球、大气稍稍变暖一点,却再也不能自动聚集起来驱动机器做功了,这样的转化过程叫作“能量耗散”。 4.能源及有限性 (1)能源定义:指具有高品质的容易利用的储能物质,例如石油、天然气、煤等。 (2)能源的有限性:能源的使用过程中虽然能的总量保持守恒,但能量的品质下降了。虽然能量总量不会减少,但能源会逐步减少,因此能源是有限的资源。 新知检测 [判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”] (1)根据能量守恒定律可知,节约能源是没有必要的。( × ) (2)能量耗散过程中能量仍守恒。( √ ) (3)能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性。( √ ) (4)既然能量总量保持不变,因此能源不会减少。( × ) 要点一 对热力学第二定律的理解 情境探究 1.电冰箱是一种利用工作物质使热量从低温物体传到高温物体的装置,开机后可以使一定空间内的物体温度低于环境温度并维持低温状态。 探究:(1)电冰箱“将热量从低温物体传到高温物体”是否违背热力学第二定律 (2)当电冰箱工作足够长的时间关机后,你能确定热量的传递方向吗 答案:(1)在电冰箱工作中,热量是从低温物体传到高温物体,但这不是自发的过程,这个过程有第三者介入,即压缩机在工作,所以不违背热力学第二定律。 (2)能。电冰箱工作足够长的时间内部温度较低,关机后,热量一定从外界高温空气传向电冰箱内。 2.地球上有大量的海水,它的总质量约为1.4×1018 t,有人设想让这些海水的温度降低0.1 ℃,它将放出约5.8×1023 J的热量,若全部用来发电,这相当于1 800万个功率为100万千瓦的核电站一年的发电量。 探究:(1)这是一件既经济又没有环境污染的事情,这一想法违背能量守恒定律吗 (2)这个设想能成功吗 为什么 答案:(1)这一设想从能量转化角度是海水的内能转化为电能,并不违背能量守恒定律。 (2)不能成功。这是由于海水中的热量不可能从海水中取出使之完全变成功,而不产生其他影响。 要点归纳 1.对热力学第二定律中,“自发地”“单一热库”“不可能”“不产生其他影响”的理解 ( ... ...
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