人教版高中物理选择性必修第三册精品课件 第3章 热力学定律 4.热力学第二定律 (3).ppt

典例剖析A.气体从单一热库吸热,全用来对外做功,因此此过程违反热力学第二定律B.气体从单一热库吸热,但并未全用来对外做功,所以此过程不违反热力学第二定律C.气体从单一热库吸热,全用来对外做功,但此过程不违反热力学第二定律D.A、B、C三种说法都不对C【例题1】如图所示的汽缸内盛有一定量的理想气体,汽缸壁是导热的,缸外环境保持恒温,活塞与汽缸壁间无摩擦,且不漏气。现将活塞杆与外界连接,在外界的帮助下使其缓慢地向右移动,这样气体将等温膨胀并通过活塞杆对外做功。若已知理想气体的内能只与温度有关,则下列说法正确的是()解析热力学第二定律从机械能与内能转化过程的方向性来描述是不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功,而不产生其他影响。本题中如果没有外界的帮助,是不可能做等温膨胀的,即这一过程虽然是气体从单一热库吸热,全用来对外做功,但产生了其他影响,所以此过程不违反热力学第二定律。故选C。对点演练1.下列关于热力学第二定律的说法正确的是()A.随着科技的进步,所有符合能量守恒定律的宏观过程都能发生B.一切与热现象有关的宏观自然过程都是可逆的C.机械能可以全部转化为内能,但内能无法全部用来做功而转化成机械能且不产生其他影响D.气体向真空的自由膨胀是可逆的C解析即使科技越来越进步,所有符合能量守恒定律但不符合热力学第二定律的宏观过程也无法发生,故A错误;一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的,故B错误;机械能可以全部转化为内能,但内能无法全部用来做功而转化成机械能且不产生其他影响,故C正确;气体向真空的自由膨胀是不可逆的,故D错误。探究点二热机的工作原理与效率导学探究1.国内某柴油机厂所产的单缸柴油机如图所示,图中上方部分为水箱,热机工作时,内能可以全部转化为机械能吗?为什么?水箱所起的作用是什么?提示不可以。柴油机产生的内能向机械能转化的过程中,内能有一部分转移到低温热库,不可能全部转化为机械能。柴油机工作时水箱所起的作用是作为低温热库给热机快速降温。2.我们把“从单一热库吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响的热机称为第二类永动机”,如果随着科技的不断发展,能够使热机没有漏气、没有摩擦,是不是就能制成第二类永动机?提示不能。即使没有摩擦、没有漏气等能量损失,它也不可能把吸收的热量百分之百地转化为机械能,而不产生其他影响。例如汽车排出气体的温度一定会比空气的温度高,它会向周围散热。所以说第二类永动机是不可能制成的。知识归纳1.热机(1)热机的工作原理工作物质从热库吸收热量Q1,推动活塞做功W,然后排出废气,同时把热量Q2散发到低温热库(冷凝器或大气)中。根据能量守恒定律有Q1=W+Q2。(2)热机的效率把热机做的功W与它从热库中吸收的热量Q1的比值叫作热机的效率,用η因为Q1=W+Q2,所以Q1W,η1。特别提示(1)热机必须有热源和低温热库。(2)热机不能把它得到的内能全部转化为机械能。(3)热机的效率不可能达到100%。2.第二类永动机(1)第二类永动机只从单一热库吸收热量,使之完全变为有用的功而不引起其他变化的机器。(2)第二类永动机不可能制成这类机器虽然不违背能量守恒定律,但因为机械能和内能的转化过程是有方向性的,这类机器在工作过程中必然排出部分热量,即使没有任何漏气、摩擦、不必要机体热量损失,这类机器排出气体的温度总比周围空气的温度高,它会向空气散热,也总有WQ,所以这类机器的效率总达不到100%,汽车发动机的效率一般在20%~30%,燃气轮机的效率较高,可达60%左右。(3)热力学第二定律还可表述为第二类永动机不可能制成。3.两类永动机的比较分类第一类永动机第二类永动机设计要求不消耗任何能量,可以不断做功(或只给予很小的能量启动后,可以永远运动下去)将内能全部转化为机械能,而不引起其他变化(或只有一个热源,实现内能与机械能的转化)不可能的原因违背了能量守恒定律违背了热力学第二定律典例剖析AD【例题2】(多选)关于第二类永动机,下列说法正确的是()A.没有冷凝器,只有单一的热库,能将从单一热库吸收的热量全部用来做功,而不引起其他变化的机器是第二类永动机B.第二类永动机违反了能量守恒定律,所以不可能制成C.第二类永动机不可能制成,说明机械能可以全部转化为内能,内能却不可能全部转化为机械能D.第二类永动机不可能制成,说明机械能可以全部转化为内能,内能却不可能全部转化为机械能,同时不引起其他变化解析由题意可知,A正确。第二类永动机不违反能量守恒定律,但违反热力学第二定律,B错误。机械能可以全部转化为内能,内能在引起其他变化时可能全部转化为机械能,C错误,D正确。对点演练