4.4热力学第二定律-4.5初识熵 学案（2020年教科版高中物理选修3-3）

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1、4.3 宏观过程的方向性宏观过程的方向性 学习目标 1.了解热传递、扩散现象、机械能与内能转化等过程的方向性.2.知道具有方向 性的过程称为不可逆过程 一、热传递的方向性 在无外界影响的情况下，热量只能从高温物体传向低温物体，要使热量从低温物体传向高温 物体，外界必须对物体做功，即热传递具有方向性 二、扩散现象的方向性 事实表明大量分子从某一位置扩散到其他空间，在没有其他影响时，不可能再全部回到原位 置，即扩散现象具有方向性 三、机械能与内能转化的方向性 1物体的内能不会自发地转化为物体的动能，即机械能与内能之间转化存在方向性 2热机的效率 W Q11 Q2 Q1(Q1 表示热机从高温热源吸收

2、的热量，Q2表示向低温热源放出 的热量，W 表示对外做功) 四、其他过程的方向性 1燃烧现象、爆炸现象也具有方向性 2在事件发生时，只沿某个方向发生，而不可能在没有外界影响(或不产生其他影响)的情况 下沿相反方向发生的过程称为不可逆过程 即学即用 1判断下列说法的正误 (1)一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的() (2)热量不会从低温物体传给高温物体() (3)机械能可以完全转化为内能() (4)内能不可能完全转化为机械能() 2热量总是自发地从高温物体传递给低温物体，这说明热传递过程具有_ 答案 方向性 一、热传递的方向性 导学探究 1两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从低温

3、物体传给高温物体，使高温物体的 温度升高，低温物体的温度降低吗？ 答案 不会 2热传递的方向性能否简单理解为“热量不会从低温物体传给高温物体”？ 答案 不能两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，使 高温物体的温度降低，低温物体的温度升高，这个过程是自发进行的，不需要任何外界的影 响或者帮助，有时我们也能实现热量从低温物体传给高温物体，如电冰箱，但这不是自发地 进行的，需要消耗电能 知识深化 1“自发地”过程就是不受外界干扰进行的自然过程 2要将热量从低温物体传向高温物体，必须有“外界的影响或帮助”，就是要有外界对其做 功才能完成，例如电冰箱 例 1 (多选)关于空调

4、机，下列说法正确的是( ) A制冷空调机工作时，热量从低温物体传到高温物体 B制暖空调机工作时，热量从高温物体传到低温物体 C冷暖空调机工作时，热量既可以从低温物体传到高温物体，也可以从高温物体传到低温 物体 D冷暖空调机工作时，热量只能从高温物体传到低温物体 答案 ABC 解析 空调机工作时，热量可以从低温物体传到高温物体，因为这里有外界做功 二、扩散现象的方向性 导学探究 一滴黑墨水滴进一杯清水中，不久整杯水都均匀地变黑了，有没有这样的“逆 过程”：这杯均匀黑水中的小炭粒又自发地聚集在一起，成为一滴黑墨水，而其余部分又变 成清水？ 答案 没有 知识深化 1两种不同的气体可以自发地进入对方，

5、最后成为一种均匀的混合气体相反，一种均匀的 混合气体绝不会自发地分开成为两种气体 2气体的自由膨胀也是一种扩散现象，具有方向性 例 2 下列所述过程中，可能发生的是( ) A打开一高压密闭容器，其内气体自发溢出后，又自发聚集进去，恢复原状 B利用其他手段，使低温物体温度更低，高温物体的温度更高 C将水和酒精混合，然后它们又自动地各自分开 D被工厂废水污染的湖水，废水自发的聚集到一处 答案 B 解析 A、 C、 D 中的过程都是扩散现象， 扩散现象具有方向性， 所以逆过程不可能自发完成， 故 A、C、D 错误热量不可能从低温物体自发地传递给高温物体，而不引起其他的变化， 但通过一些其他手段可以实

6、现，故 B 正确 三、机械能与内能转化的方向性及其他过程的方向性 导学探究 在平地上滚动的足球克服摩擦力做功，其动能转化为内能，最终停了下来，同 时足球、地面及周围空气的温度略有上升会不会有这样的现象：静止的足球和地面、周围 的空气自发地降低温度释放内能，并将释放出的内能全部转化为动能，让足球又滚动起来？ 答案 不会 知识深化 1机械能和内能转化过程的方向性 (1)机械能全部转化为内能的过程是可以自发进行的，而内能全部转化为机械能的过程，是不 能自发进行的，要将内能全部转化为机械能，必然会引起其他影响 (2)热机的效率不可能达到 100%. 2其他过程的方向性 (1)燃烧过程具有方向性 (2)

7、爆炸过程具有方向性 例 3 (多选)用两种不同的金属丝组成一个回路，接触点 1 插在热水中，接触点 2 插在冷水 中，如图 1 所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象关于这一现象的正确说法 是( ) 图 1 A这一实验过程不违反能量守恒定律 B在实验过程中，热水一定降温，冷水一定升温 C在实验过程中，热水的内能全部转化成电能，电能则部分转化成冷水的内能 D在实验过程中，热水的内能只有部分转化成电能，电能则全部转化成冷水的内能 答案 AB 解析 整个过程中能量守恒且热现象有方向性，A、B 正确；在绝热过程中，热水中的内能 除转化为电能外，还升高金属丝的温度，内能不能全部转化为电能；电能除

8、转化为冷水的内 能外，还升高金属丝的温度，电能不能全部转化为冷水的内能，C、D 错误 1(热传递的方向性)(多选)关于热传递的方向性，下列说法正确的是( ) A热量能自发地由高温物体传给低温物体 B热量能自发地由低温物体传给高温物体 C在一定条件下，热量也可以从低温物体传给高温物体 D热量不可能从低温物体传给高温物体 答案 AC 解析 在有外力做功的情况下，热量可以从低温物体传给高温物体，但热量只能自发地从高 温物体传给低温物体 2(扩散现象的方向性)用隔板将一绝热容器隔成 A 和 B 两部分，A 中盛有一定质量的理想气 体，B 为真空(如图 2 甲所示)现把隔板抽出一部分，A 中的气体自动充

9、满整个容器(如图乙 所示)，这个过程称为气体的自由膨胀，下列说法正确的是( ) 图 2 A自由膨胀过程中，气体分子只做定向运动 B自由膨胀前后，气体的压强不变 C自由膨胀前后，气体的温度不变 D容器中的气体在足够长的时间内，能全部自动回到 A 部分 答案 C 解析 隔板抽出一部分后，气体分子做无规则热运动，故 A 错；因容器绝热故 Q0.又因气 体自由膨胀故 W0，由热力学第一定律 UWQ 可知 U0，则气体温度不变，C 正确； 由 pV常量可知 p 减小，故 B 错；由扩散现象的方向性知，气体在足够长的时间内不会全 部自动回到 A 部分，故 D 错 3(机械能与内能转化的方向性)我们绝不会看到一个放在水平地面上的物体，靠降低温度就 可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来其原因是( ) A违反了能量守恒定律 B在任何条件下内能不可能转化成机械能，只有机械能转化成内能 C机械能和内能的转化过程具有方向性，内能转化成机械能是有条件的 D以上说法均不正确 答案 C 解析 内能可以向机械能转化，但必须通过做功来实现