物理选修3-3沪科版4.3、4.4热力学第二定律 描述无序程度的物理量.ppt

2,3,,,,,,,,,,4,5,,,,,,,,6,,,,,,7,,,,,,,,,,8,9,10,11,12,13,【典例1】下列说法正确的是A.对物体做功不可能使物体的温度升高B.一个由不导热的器壁做成的容器，被不导热的隔板分成甲、乙两室.甲室中装有一定质量的温度为T的气体，乙室为真空，如图所示.提起隔板，让甲室中的气体进入乙室.若甲室中气体的内能只与温度有关，则提起隔板后当气体重新达到平衡时，其温度仍为T,14,C.空调机作为制冷机使用时，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，所以制冷机的工作是不遵守热力学第二定律的D.从单一热源吸收热量使之全部变成有用的机械功是不可能的,15,【标准解答】选B.对物体做功可使物体的内能增加，温度升高，如用打气筒打气时筒壁变热，A错误；提起隔板后，气体向真空自由膨胀，不对外做功，W0，且Q0，则内能不变，温度不变，仍为T，B正确；在一定条件下，热量可以由低温物体传到高温物体，但引起了外界变化,C错.从单一热源吸热，并使之全部变成有用功也是可能的，只是会引起其他变化，D错误.,16,17,【变式训练】根据热力学第二定律，下列判断正确的是（）A.电流的能不可能全部变为内能B.在火力发电中，燃气的内能不可能全部变为电能C.热机中，燃气的内能不可能全部变为机械能D.在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体,18,【解析】选B、C、D.根据热力学第二定律可知，凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，电流的能可全部变为内能，而内能不可能全部变成电流的能，所以A错.机械能可全部变为内能，而内能不可能全部变成机械能而不引起其他变化，所以B、C对.在热传导中，热量只能自发地从高温物体传递给低温物体，而不能自发地从低温物体传递给高温物体，所以D对.,19,20,21,22,【典例2】下列关于熵的有关说法错误的是A.熵是系统内分子运动无序性的量度B.在自然过程中熵总是增加的C.热力学第二定律也叫做熵减小原理D.熵值越大表示系统越无序【思路点拨】熵是反映系统无序程度的物理量，熵越大，无序程度越大，一个孤立的系统熵永远不会减小.,23,【自主解答】选C.根据熵的定义知A正确.从熵的意义上说，系统自发变化时总是向着熵增加的方向发展，B正确.热力学第二定律也叫熵增加原理，C错误.熵越大，系统越混乱，无序程度越大，D正确.故选C.,24,【变式训练】关于热力学第二定律的微观本质，下列说法正确的是（）A.大量分子无规则的热运动能够自动转变为有序运动B.热传递的自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程C.热传递的自然过程是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程D.一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行,25,【解析】选B、C、D.从热力学第二定律的微观本质看，一切不可逆过程总是沿着大量分子热运动无序程度增大的方向进行，热力学第二定律是一个统计规律，B、C对.任何自然过程总是朝着无序程度增大的方向进行，也就是熵增加的方向进行，故D对.所以选B、C、D.,26,27,【典例3】关于第二类永动机，下列说法中正确的是A.热传递的过程是有方向性的B.第二类永动机不可能制成，因为它违背能量守恒定律C.第二类永动机不可能制成，因为机械能和内能的转化过程具有方向性D.热力学第二定律表明，所有的物理过程都具有方向性【思路点拨】第二类永动机虽然没有违背能量守恒定律，但违背了热力学第二定律.,28,【标准解答】选A、C.根据热力学第二定律和实验事实都可以说明，热传递的过程是有方向性的，热量可以从高温物体自发地传给低温物体，却不能由低温物体自发地传给高温物体，所以选项A正确；第二类永动机是一种热机，它希望能够从单一热源吸热且全部用来做有用功而不引起其他任何变化，这种设想并不违反能量守恒定,29,律，但违反热力学第二定律，所以选项B错误，选项C正确；热力学第二定律指出了所有与热现象有关的宏观物理过程都具有方向性，并不是所有的物理过程都具有方向性，因此选项D错误.故选A、C.,30,【变式训练】第二类永动机不可能制成，是因为（）A.违背了热力学第一定律B.热量总是从高温物体传递到低温物体C.机械能不可能全部转变为内能D.内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化【解析】选D.第二类永动机设想虽然符合热力学第一定律,但是违背了能量转化中有些过程是不可逆的规律,所以不可能制成,故选D.,31,1.下列说法中，正确的是（）A.一切形式的能量间的相互转化都具有方向性B.热量不可能由低温物体传给高温物体C.气体的扩散过程具有方向性D.一切形式的能量间的相互转化都不具有可逆性【解析】选C.热力学第二定律反映的所有与热现象有关的宏观过程都具有方向性，A、D错.热量不是不能从低温物体传给高温物体，关键是能否还产生其他影响，B错.气体扩散过程具有方向性，C对.,32,2.下面关于熵的理解正确的是（）A.对于任何过程，熵总是增加的B.熵越大，就意味着系统越混乱、越分散C.气体向真空扩散时，熵值减小D.熵较大的宏观态就是无序程度较大的宏观态,33,【解析】选B、D.如果一个系统不孤立，系统的熵可能增加，也可能减小，所以A错；一个宏观态所对应的微观态数目越多，熵值就越大，而宏观态所对应的微观态数目越多，也就越无序，就是系统越混乱、越分散，所以B、D都对；气体向真空扩散时，无序度增大，所以熵值增大，所以C错.,34,3.下列过程中，可能发生的是A.某工作物质从高温热源吸收20kJ的热量，全部转化为机械能，而没有产生其他任何影响B.打开一高压密闭容器，其内气体自发溢出后又自发跑进去，恢复原状C.利用其他手段，使低温物体温度更低，高温物体的温度更高D.将两瓶不同液体混合，然后它们又自发地各自分开,35,【解析】选C.根据热力学第二定律，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，但通过一些物理手段是可以实现的，故C项正确；内能转化为机械能不可能自发地进行，要使内能全部转化为机械能必定要引起其他影响，故A项错；气体膨胀具有方向性，故B项错；扩散现象也有方向性，D项也错.,36,4.成语“覆水难收”指的是一盆水泼出后是不可能再回到盆中的.请从不同宏观态所对应的微观态数目不同这个角度,解释为什么水不会自发地聚到盆中.,37,【解析】由于盆的形状确定，水在盆中所处的宏观态对应的微观态数目少，较为有序.当把水泼出后，它的形状不受盆的限制，各种可能的形状都有，此时所处的宏观态对应的微观态数目将变得非常多，较为无序.因为自发的过程总是从有序向着无序发展，所以水不会自发地聚到盆中.答案见解析,38,一、选择题（本大题共7小题，每小题5分，共35分，每小题至少一个选项符合题意）1.下列说法中正确的是（）A.热量能自发地从高温物体传给低温物体B.热量不能从低温物体传给高温物体C.热传递是有方向性的D.能量耗散说明能量是不守恒的,39,【解析】选A、C.热传递时能量自发地从高温物体传给低温物体，而不能自发地从低温物体传给高温物体，说明热传递有方向性，A、C项正确.热量不能自发地从低温物体传给高温物体，只是说此过程不能“自发进行”，并不是说这个过程就“不能进行”，在外界的帮助下，这个过程也可能实现，例如电冰箱的应用，故B项错.能量耗散只是能量品质的降低，可利用率减小，但能量总量保持不变,仍然是守恒的，所以D项错误.,40,2.关于热力学第二定律，下列说法正确的是（）A.热力学第二定律是通过实验总结出来的实验定律B.热力学第二定律是通过大量自然现象的不可逆性总结出来的经验定律C.热力学第二定律是物理学家从理论推导得出来的结果D.由于热力学第二定律没有理论和实验的依据，因此没有实际意义,41,【解析】选B.热力学第二定律是物理学家通过对大量自然现象的分析，又总结了生产和生活经验得到的结论，是一个经验定律，它并不能通过理论和实验来证明，但它符合客观事实，因此是正确的.A、C错,B对.它揭示了宏观过程的方向性，使人们认识到第二类永动机不可能制成，对我们认识自然和利用自然有着重要的指导意义.,42,3.（2010烟台高二检测）下列哪些现象能够发生，并且不违背热力学第二定律（）A.一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热B.蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能C.桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离D.电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体,43,【解析】选C、D.A、B都违背了热力学第二定律，都不能发生.C中系统的势能减少了，D中消耗了电能，所以不违背热力学第二定律，均能发生.,44,4.下列有关能的转化的说法中错误的是（）A.电动机是将电能全部转化为机械能的装置B.热机是将内能全部转化为机械能的装置C.若将所有的海水温度都降低1℃，就能获得巨大的能量D.虽然不同形式的能量可以相互转化，但不可能将已转化成内能的能量全部收集起来加以利用,45,【解析】选A、B、C.电动机内线圈在电动机工作时一定会产热，A错；热机效率不可能达到100，B错；由热力学第二定律知，通过使海水降温获得大量能量是不可能的，C错；D正确.,46,5．一绝热容器被隔板分成两半，一半是真空，另一半是理想气体，若把隔板抽出气体将进行自由膨胀，达到平衡后，则（）A.温度不变，熵增加B.温度升高，熵增加C.温度降低，熵增加D.温度不变，熵不变,47,【解析】选A.该过程是在真空中自由膨胀，不用克服外力做功，即不对外做功，此时W0，又是绝热过程Q0，由热力学第一定律ΔUQW可知，ΔU0，即气体内能不变，所以温度不变.由热力学第二定律可知，自发的宏观过程总是向着熵增大的方向发展，所以熵增加.,48,6.关于熵的下列说法中正确的是（）A.熵越高，意味着系统越“混乱”和“分散”，无序程度越高B.熵越低，意味着系统越“混乱”和“分散”，无序程度越高C.熵越高，意味着系统越“整齐”和“集中”，也就是越有序D.熵越低，意味着系统越“整齐”和“集中”，也就是越有序,49,【解析】选A、D.由熵的定义，系统的熵高，表示无序程度大，显得“混乱”和“分散”；系统的熵低，表示无序程度小，显得有序、“整齐”和“集中”，可知A、D选项正确.,50,7.如图所示，两个相通的容器P、Q间装有阀门K，P中充满气体，Q内为真空，整个系统与外界没有热交换.打开阀门K后，P中的气体进入Q中，最终达到平衡，则（）A.气体体积膨胀，内能增加B.气体分子势能减少，内能增加C.气体分子势能增加，压强可能不变D.Q中气体不可能自发地全部退回到P中,51,【解析】选D.据热力学第二定律，自然界涉及热现象的宏观过程都具有方向性知,D项正确.容器内气体自由膨胀，气体与外界之间不做功,也没有热交换，故气体的内能不变.气体分子间作用力很弱，气体体积变化时，气体分子势能可认为不变，A、B、C项不正确.,52,,53,二、非选择题（本大题共2小题，共15分）8.（6分）根据你对熵增加原理的理解，举出一些系统从有序变为无序的例子.,54,【解析】根据熵增加原理，自然界的一切自发过程，总是朝着熵增加的方向进行，而熵是描述系统无序程度的物理量，熵越大，无序程度越高.所以，熵的增加就意味着系统无序程度的增加.这意味着，自然界的一切自发过程，总是朝着从有序向无序的方向转化.如燃料的燃烧、气体的扩散、一切生命体从产生到消亡，都经历了一个从有序到无序的发展过程.答案见解析,55,9.（2009江苏高考）（9分）若一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变，则在此过程中关于气泡中的气体，（1）下列说法中正确的是______（填写选项前的字母）A.气体分子间的作用力增大B.气体分子的平均速率增大C.气体分子的平均动能减小D.气体组成的系统的熵增加,56,（2）若将气泡内的气体视为理想气体，气泡从湖底上升到湖面的过程中，对外界做了0.6J的功，则此过程中气泡_____（选填“吸收”或“放出”）的热量是____J.气泡到达湖面后，温度上升的过程中，又对外界做了0.1J的功，同时吸收了0.3J的热量，则此过程中，气泡内气体内能增加了______J.,57,（3）已知气泡内气体的密度为1.29kg/m3，平均摩尔质量为0.029kg/mol，阿伏伽德罗常数NA6.021023mol-1，取气体分子的平均直径为210-10m.若气泡内的气体能完全变为液体，请估算液体体积与原来气体体积的比值.（结果保留一位有效数字）,58,【解析】（1）对气泡中的气体，由于温度不变，所以分子平均动能不变，分子平均速率也不变，由于上升过程中压强变小，体积变大，分子间的作用力变小，故A、B、C错.一个孤立的系统的自发变化过程熵永远不会减小，所以D正确.（2）气泡内的气体视为理想气体，温度不变，内能不变，由热力学第一定律，气体对外做功，应吸收热量为0.6J.内能增加ΔU0.3J-0.1J0.2J,59,（3）设气体体积为V0，液体体积为V1气体分子数（或V1nd3）则（或）解得或210-4）答案（1）D（2）吸收0.60.2（3）110-4或210-4）,60,1.热力学第二定律说明了（）A.高温物体与低温物体接触时，热量只能由高温物体传给低温物体B.不管采用什么方法，热量都不可由低温物体传给高温物体C.自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性D.能量不断地减少，不守恒【解析】选C.热量可从低温物体传到高温物体，但要引起其他变化，如冰箱制冷，所以A、B错；热力学第二定律并不否定能量守恒，故D错.,61,2.如图所示为电冰箱的工作原理示意图.压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环.在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外，下列说法正确的是（）,62,A.热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外B.电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能C.电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律D.电冰箱的工作原理违反热力学第一定律【解析】选B、C.热力学第一定律适用于所有的热学过程，C正确，D错误；由热力学第二定律可知A错误，B正确.,63,3.如图所示，汽缸内盛有一定质量的理想气体，汽缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与汽缸壁接触光滑，但不漏气，现将活塞杆缓慢地向右移动，气体膨胀对外做功.已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法正确的是（）,64,A.气体是从单一热库吸热，全用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律B.气体是从单一热库吸热，但并未全用来对外做功，因此此过程不违反热力学第二定律C.气体是从单一热库吸热，全部用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律D.以上三种说法都不正确【解析】选C.活塞移动过程中，外力对系统做了功.故此过程不违反热力学第二定律.,65,4.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，如图所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象.这一实验是否违反热力学第二定律热水和冷水的温度是否会发生变化简述这一过程中能的转化情况.,66,【解析】温差发电现象中产生了电能是因为热水中的内能减少，一部分转化为电能，一部分传递给冷水，不违反热力学第二定律.答案不违反热水温度降低，冷水温度升高.转化效率低于100,67,5.热力学第二定律常见的表述有两种.第一种表述不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化；第二种表述不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化.图甲是根据热力学第二定律的第一种表述画出的示意图外界对制冷机做功，使热量从低温物体传递到高温物体.请你根据第二种表述完成示意图乙.根据你的理解，热力学第二定律的实质是______.,68,69,【解析】示意图如图所示.一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性.答案见解析,