鲁科版（2019）高中物理选择性必修第三册《第3章第3节热力学第二定律第4节熵——系统无序程度的量度》word版含答案

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1、第3节热力学第二定律第4节熵系统无序程度的量度学习目标：1.物理观念知道热传导及宏观过程的方向性2.科学态度与责任知道热力学第二定律的多种表述，并了解用热力学第二定律解释第二类永动机不可能制成的原因3.科学态度与责任了解熵的概念及熵增加原理，并能解释生活中的有关现象一、自然过程的方向性热力学第二定律的表述1自然过程的方向性(1)可逆过程和不可逆过程可逆过程一个系统由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态，如果存在另一过程，它能使系统和外界完全复原，即系统回到原来的状态，同时消除原来过程对外界的一切影响，则原来的过程称为可逆过程不可逆过程如果用任何方法都不能使系统与外界完全复原，则原来的过程称为

2、不可逆过程(2)热传导的方向性热量可以自发地由高温物体传给低温物体，或者由物体的高温部分传给低温部分热量不能自发地由低温物体传给高温物体热传递是不可逆过程，具有方向性(3)功和热相互转变的方向性功转变为热这一热现象是不可逆的，具有方向性热转变为功这一热现象也是不可逆的，具有方向性(4)结论凡是与热现象有关的宏观过程都具有方向性2热力学第二定律的表述(1)第一种表述(克劳修斯表述)不可能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化(说明热传递的方向性)(2)第二种表述(开尔文表述)不可能从单一热源吸取热量，使之完全用来做功而不引起其他变化(说明功热转化的方向性)热力学第二定律的这两种表述是等价的

3、热现象的宏观过程是不可逆的(3)第二类永动机定义从单一热源吸取热量并使之完全转化为功而不引起其他影响的机器第二类永动机不可能制成第二类永动机虽然不违背热力学第一定律，但违背了热力学第二定律热力学第二定律的又一表述第二类永动机是不可能实现的二、熵1有序与无序(1)温度高低的区别在于分子的平均动能不同热传递这个不可逆过程使无序程度增加了(2)热力学第二定律的微观本质：与热现象有关的自然发生的宏观过程总是沿着大量分子热运动无序程度增大的方向进行2熵和熵增加原理(1)熵的定义用来量度系统无序程度的物理量叫作熵(2)熵增加原理在孤立系统中的宏观过程必然朝着熵增加的方向进行，孤立系统是指与外界既没有物质交

4、换也没有能量交换的系统3无处不在的熵在熵增加的同时，一切不可逆过程总是使得能量，从可利用状态转化为不可利用状态，能量品质退化了，这种现象称为能量退降1思考判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)第一类永动机违背了能量守恒定律()(2)机械能可以转化为内能，内能不可以转化为功()(3)在一定条件下，热量也可以从低温物体传给高温物体()(4)熵是系统内分子运动无序性的量度()(5)在自然过程中熵总是增加的()(6)熵值越大代表越有序()热力学第二定律的理解(1)一杯热水放在教室里，热水中的热量会自发地传递给空气其中“自发地”的含义是什么？(2)空调和电冰箱工作时，热量从低温物体传递给高温物体电冰箱

5、和空调违反热力学第二定律吗？为什么？提示：(1) “自发地”是指没有受到任何外界影响或者干扰(2)不违反；因为这不是自发的过程，这个过程必须有第三者的介入，即必须开动空调、电冰箱的压缩机消耗电能1对两种表述的理解(1)热力学第二定律的两种表述看上去似乎没有什么联系，然而实际上它们是等价的，即由其中一个，可以推导出另一个(2)“不引起其他变化”是指使热量从低温物体传递到高温物体时外界不消耗任何功，或从单一热源吸收热量全部用来做功而外界及系统都不发生任何变化(3)克劳修斯表述是说热量不能自动地从低温物体转移到高温物体如果外界消耗一定量的功，把热量从低温物体转移到高温物体是完全可能的，如电冰箱和空调机的制冷过程(4)开尔文表述表明了在引起其他变化或产生其他影响的条件下，热量能够完全转化为功，如理想气体的等温自由膨胀，内能不变，吸收的热量全部转化为功，但却引起了体积的膨胀2热力学第二定律的普遍性热力学第二定律的每一种表述都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性，都是不可逆的3热力学第二定律的推广对任何一类宏观自然过程进行方向的说明，都可以作为热力学第二定律的表述例如，在图中，盒子中间有一个挡板，左室为真空，右室有气体撤去挡板后，右室的气体自发向左室扩散，而相反的过程不可