第七第七节能源能源环境境 课堂互动讲练课堂互动讲练随堂达标自测随堂达标自测课时活页训练课时活页训练第第七七节节能能源源环环境境基础知识梳理基础知识梳理核心要点突破核心要点突破目标概览学习目标：1.知道热传导的方向性2知道什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可能制成3知道热力学第二定律的两种不同的表述，以及这两种表述的物理实质4了解什么是能量耗散5知道热力学零度不可能达到6知道能源的概念，知道哪些是常规能源、可再生能源、不可再生能源、清洁能源及新型能源重点难点：1.重点：热力学第二定律的物理实质和两种常见的表述2难点：理解和应用热力学第二定律学法指导：节约能源，开发新能源是社会热点也将是高考热点一、一、 热力学第二定律力学第二定律1. 热传导的方向性的方向性温温度度不不同同的的两两个个物物体体相相接接触触时，热量量会会自自发的的从从_传给_，但但不不会会自自发地地从从_传给_这说明明热传导的的过程程是是具具有有方方向向性性的的这个个过程程可可以以自自发地地进行行，但但是是向向相相反反的的方方向向却却不不能能自自发地地进行行，要要实现相相反反方方向向的的过程程，必必须借借助助外外界界的的帮帮助助，因因而而产生生其其他他影影响响或或引引起起其其他他变化化基础知识梳理基础知识梳理高温物体高温物体低温物体低温物体低温物体低温物体高温物体高温物体2第二类永动机(1)热机定定义一种把一种把_转化化为_的装置的装置原原理理热机从机从热源吸收源吸收热量量Q1，推，推动活塞做功活塞做功W，然后向冷凝器，然后向冷凝器释放放热量量Q2.效效率率由能量守恒定律知道由能量守恒定律知道Q1WQ2，我，我们把把热机做的功机做的功W和它从和它从热源吸收的源吸收的热量量Q1的的比比值叫做叫做热机效率，用机效率，用表示，即表示，即 .内能内能机械能机械能(2)第二第二类永永动机机只只从从单一一热源源吸吸取取热量量，使使之之全全部部用用来来做做功功，而而不不引引起起其其他他变化化的的热机机第第二二类永永动机机不不可可能能制制成成，这说明明机机械械能能和和内内能能的的转化化过程程具具有有_性性，机机械械能能_全全部部转化化成成内内能能，内内能能却却_全全部部转化化成成机机械械能能，而而不不引引起起其他其他变化化3热力学第二定律力学第二定律表表述述1：不不可可能能使使热量量由由_传递到到_，而不引起其他，而不引起其他变化化方向方向可以可以不能不能低温物体低温物体高温物体高温物体思考(1)热机的效率为什么不能达到100%？(2)热量不可能由低温物体传递到高温物体，这种说法对吗？表表述述2：不不可可能能从从单一一热源源吸吸收收热量量并并把把它它_用用来来做做功功，而而不不引引起起其其他他变化化也也可可以表述以表述为：第二：第二类永永动机是不可能制成的机是不可能制成的4能量耗散能量耗散(1)能能量量耗耗散散：流流散散的的内内能能无无法法重重新新收收集集起起来来加以利用的加以利用的现象叫做能量耗散象叫做能量耗散(2)能能量量耗耗散散从从能能量量转化化的的角角度度反反映映出出自自然然界界中的宏中的宏观过程具有程具有_全部全部方向性方向性6绝对零度不可达到零度不可达到(热力学第三定律力学第三定律)(1)热力力学学温温度度：以以273.15 为下下限限起起点点的的温温度度叫叫做做热力力学学温温度度，用用T表表示示，单位位是是开开尔尔文文(K)(2)热力学温度力学温度T同同摄氏温度氏温度t的的换算关系算关系T_.t273.15 K【思思考考提提示示】(1)任任何何热机机都都不不可可能能把把吸吸收收的的热量量百百分分之之百百的的转化化为机机械械能能，总有有一一部部分分热量散量散发到冷凝器中到冷凝器中(2)不不对例如空例如空调，冰箱，冰箱二、能源、二、能源、环境境1能能源源：能能够提提供供可可利利用用_的的物物质叫能源叫能源2常常规能能源源：人人类目目前前消消耗耗的的能能量量主主要要来来自自煤煤、石石油油、天天然然气气等等，人人们把把_、_、_叫做常叫做常规能源能源3大量消耗常大量消耗常规能源能源带来了来了_问题能量能量煤煤石油石油天然气天然气环境境4常常规能能源源的的短短缺缺和和由由这类能能源源利利用用所所带来来的的环境境污染染，使使得得新新能能源源的的开开发成成为当当务之之急急，现在在已已开开发利利用用的的新新能能源源有有风能能、水水流流能、太阳能、核能等能、太阳能、核能等(1)水流能、水流能、风能是可再生能源能是可再生能源(2)石石油油、煤煤炭炭等等能能源源物物质，如如果果消消耗耗完完了了就就没有了，是不可再生能源没有了，是不可再生能源核心要点突破核心要点突破一、一、对热力学第二定律的理解力学第二定律的理解1两种表述两种表述第第一一种种表表述述的的实质是是揭揭示示了了热传递过程程的的不不可可逆逆性性，热量量可可以以由由高高温温物物体体自自发地地传递给低低温温物物体体而而不不可可以以由由低低温温物物体体传递给高高温温物物体体而而不不引引起起其其他他变化化，如如电冰冰箱箱的的使使用用过程程就就是是将将热量量由由低低温温物物体体传给高高温温物物体体，但但不不是是自自发的的，其其过程程中中消消耗了耗了电能能而第二种表述说的是机械能和内能的转化的不可逆性机械能可以完全转化为内能，而内能不能完全转化为机械能而不引起其他变化2热力学第二定律的实质热力学第二定律揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性即一切和热现象有关的宏观过程都具有方向性如机械能可以全部转化为内能，而内能要全部转化为机械能又不引起其他变化是不可能的，因此，第二类永动机不可能制成热力学第二定律是独立于热力学第一定律的一个重要自然规律特别提醒3热力学第二定律的意义指明了自然界中哪些过程可以自发实现，哪些过程不能自发实现对人们认识自然，利用自然有重要的指导意义，在物理、化学、生物学领域也有重要的指导意义4两种表述的比较(1)描述的角度不同第一种表述是从热传递的角度，揭示了热传递的不可逆性第二种表述是从内能和机械能转化的角度，揭示了两者转化的不可逆性(2)两种表述是等效的热力学第二定律的表述除了上述两种形式外，还有很多表述，只要是能体现热力学过程具有方向性的事实都可以作为它的表述这些表述看上去似乎没什么联系，然而它们都是等效的，理论上可以由其中一个推导出另一个特别提醒1“自发地”过程是指不受外界干扰进行的自然过程2在整个自然界中，无论有生命的或无生命的，所有的宏观自发过程都具有单向性，都有一定的方向性，都是一种不可逆过程，如水向低处流，重物向下落，山岳被侵蚀，房屋衰朽倒塌，人的一生从婴儿到老年再到死亡等2可见，任何热机(即使是理想热机，没有摩擦，也没有漏气等能量损失)都不可能把吸收的能量百分之百地转化成机械能，总有一部分热量Q2散发到冷凝器中，也就是说，那种没有冷凝器，只有单一热源，从这个单一热源吸收的热量能全部用来做功而不引起其他变化的热机(第二类永动机)是永远不可能制造成功的3热机能流图图1161三、热力学第一、第二定律的比较1两定律揭示的问题不同(1)热力学第一定律从能量守恒的角度揭示了功、热量和内能改变量三者的定量关系，是普遍意义下的能量守恒定律的一种特殊形式(2)热力学第二定律则反映了自然过程进行的方向性和条件指明并非所有遵守能量守恒的过程都能实现2两定律的表述形式不同(1)热力学第一定律只有一种表述形式，即UWQ.告诫人们：第一类永动机不可能制成(2)热力学第二定律有多种表述形式，告诫人们：第二类永动机不可能制成3在热力学中，两者既相互独立，又互为补充，共同构成了热力学知识的理论基础特别提醒热力学第一、第二定律从不同角度揭示了热力学过程中遵守的规律，只有同时符合两定律的过程才能实现即时应用下列说法正确的是()A热量不能由低温物体传递到高温物体B外界对物体做功，物体的内能必定增加C第二类永动机不可能制成，是因为违反了能量守恒定律D不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化解解析析：选D.在在一一定定条条件件下下热量量可可以以由由低低温温物物体体传递到到高高温温物物体体(例例如如电冰冰箱箱的的工工作作过程程)，这并并不不违背背热力力学学第第二二定定律律，故故A错由由热力力学学第第一一定定律律知知外外界界对物物体体做做正正功功，物物体体的的内内能能不不一一定定增增加加，故故B错第第二二类永永动机机并并不不违反反能能量量守守恒恒定定律律，而而违反反了了热力力学学第第二二定定律律，选项C不正确不正确课堂互动讲练课堂互动讲练对热力学第二定律的理解对热力学第二定律的理解例例例例1 1根据热力学第二定律，下列判断正确的有()A热机中燃气的内能不可能全部变成机械能B电流的能不可能全部变成内能C在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变成电能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【解解析析】凡凡是是与与热现象象有有关关的的宏宏观热现象象都都具具有有方方向向性性无无论采采用用任任何何设备和和手手段段进行行能能量量转化化，总是是遵遵循循“机机械械能能可可全全部部转化化为内内能能，而而内内能能不不能能全全部部转化化为机机械械能能”，故故A正正确确火火力力发电机机发电时，能能量量转化化的的过程程为内内能能机机械械能能电能能因因为内内能能机机械械能能的的转化化过程程中中会会对外外放放出出热量量，故故燃燃气气的的内内能能必必然然不不能能全全部部变为电能能，C正正确确热量量从从低低温温物物体体传递到到高高温温物物体体不不能能自自发进行行，必必须借借助助外外界界的的帮帮助助，结果果会会带来来其其他他影影响响，这正正是是热力力学学第第二二定定律律第第一一种种(克克氏氏)表表述述的的主主要要思思想想故故D正正确确由由电流流热效效应中中的的焦焦耳耳定定律律可可知知，电流流的的能能可可以以全全部部转化化为内能故内能故B错【答案】【答案】ACD【思思维升升华】对热力力学学第第二二定定律律的的理理解解可可从以下几方面：从以下几方面：(1)热传导的方向性；的方向性；(2)内能和机械能内能和机械能转化的方向性；化的方向性；(3)能量耗散的能量耗散的实质永动机的理解永动机的理解例例例例2 2下列说法中正确的是()A第二类永动机跟第一类永动机一样，都违背了能量守恒定律B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，而内能却不能完全转化为机械能C第二类永动机违背了能量转化的方向性D自然界中能量是守恒的，所以不用考虑节约能源【解解析析】第第二二类永永动机机虽不不违背背能能量量守守恒恒定定律律，但但违背背了了热传导中中能能量量转化化的的方方向向性性，A错，C对；机机械械能能可可以以完完全全转化化为内内能能，而而内内能能在在一一定定的的条条件件下下也也可可以以完完全全转化化为机机械械能能，B选项错；自自然然界界里里可可利利用用的的能能源源是是有有限限的，故仍需的，故仍需节约能源，能源，D错【答案】【答案】C【思思维升升华】机机械械能能和和内内能能的的转化化具具有有方方向向性性，内内能能不不可可能能全全部部转化化为机机械械能能而而不不引引起其他起其他变化化能量与能源问题能量与能源问题例例例例3 3取一个横截面积为3 dm2的圆筒，筒内装水0.6 kg，用来测量射到地面的太阳能在太阳光垂直照射2 min后温度升高1 ，已知射到大气顶层的太阳能只有45%到达地面，另外55%被大气吸收和反射而未到达地面，太阳与地球相距1.51011 m请估算太阳辐射的功率【答案】【答案】4.41026 W【 思思维升升华】抓抓住住问题的的主主要要因因素素，建建立立正正确确的的物物理理模模型型，由由于于太太阳阳向向各各个个方方向向辐射射的的强强度度相相同同，则在在以以太太阳阳为中中心心的的球球面面上上，在在相相同同的的时间内内通通过的的太太阳阳能能量量相相同同，因因此此只只要要求求出出该球球面面已已知知面面积的的功功率率，“由由点点到到面面”便便可可求求出出整整个个球球面面的的功功率率，从从而而就就可可以以求解太阳求解太阳辐射功率射功率随堂达标自测随堂达标自测课时活页训练课时活页训练本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束点此点此进入入课件目件目录按按ESC键退出全屏播放退出全屏播放谢谢使用使用