2018-2019版高中物理 第四章 能量守恒與熱力學定律 3 宏觀過程的方向性學案 教科版選修3-3

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1、 3　宏觀過程的方向性 [學習目標]　1.了解熱傳遞、擴散現(xiàn)象、機械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化等過程的方向性.2.知道具有方向性的過程稱為不可逆過程． 一、熱傳遞的方向性 在無外界影響的情況下，熱量只能從高溫物體傳向低溫物體，要使熱量從低溫物體傳向高溫物體，外界必須對物體做功，即熱傳遞具有方向性． 二、擴散現(xiàn)象的方向性 事實表明大量分子從某一位置擴散到其他空間，在沒有其他影響時，不可能再全部回到原位置，即擴散現(xiàn)象具有方向性． 三、機械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性 1．物體的內(nèi)能不會自發(fā)地轉(zhuǎn)化為物體的動能，即機械能與內(nèi)能之間轉(zhuǎn)化存在方向性． 2．熱機的效率η＝＝1－(Q1表示熱機從高溫熱源吸收的

2、熱量，Q2表示向低溫熱源放出的熱量，W表示對外做功)． 四、其他過程的方向性 1．燃燒現(xiàn)象、爆炸現(xiàn)象也具有方向性． 2．在事件發(fā)生時，只沿某個方向發(fā)生，而不可能在沒有外界影響(或不產(chǎn)生其他影響)的情況下沿相反方向發(fā)生的過程稱為不可逆過程． [即學即用] 1．判斷下列說法的正誤． (1)一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的．(√) (2)熱量不會從低溫物體傳給高溫物體．(×) (3)機械能可以完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．(√) (4)內(nèi)能不可能完全轉(zhuǎn)化為機械能．(×) 2．熱量總是自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體，這說明熱傳遞過程具有________． 答案　方向性

3、一、熱傳遞的方向性 [導學探究] 1．兩個溫度不同的物體相互接觸時，熱量會自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體，使高溫物體的溫度升高，低溫物體的溫度降低嗎？ 答案　不會． 2．熱傳遞的方向性能否簡單理解為“熱量不會從低溫物體傳給高溫物體”？ 答案　不能．兩個溫度不同的物體相互接觸時，熱量會自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，使高溫物體的溫度降低，低溫物體的溫度升高，這個過程是自發(fā)進行的，不需要任何外界的影響或者幫助，有時我們也能實現(xiàn)熱量從低溫物體傳給高溫物體，如電冰箱，但這不是自發(fā)地進行的，需要消耗電能． [知識深化] 1．“自發(fā)地”過程就是不受外界干擾進行的自然過程． 2．要將熱量從低溫物

4、體傳向高溫物體，必須有“外界的影響或幫助”，就是要有外界對其做功才能完成，例如電冰箱． 例1　(多選)關(guān)于空調(diào)機，下列說法正確的是(　　) A．制冷空調(diào)機工作時，熱量從低溫物體傳到高溫物體 B．制暖空調(diào)機工作時，熱量從高溫物體傳到低溫物體 C．冷暖空調(diào)機工作時，熱量既可以從低溫物體傳到高溫物體，也可以從高溫物體傳到低溫物體 D．冷暖空調(diào)機工作時，熱量只能從高溫物體傳到低溫物體 答案　ABC 解析　空調(diào)機工作時，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，因為這里有外界做功． 二、擴散現(xiàn)象的方向性 [導學探究]　一滴黑墨水滴進一杯清水中，不久整杯水都均勻地變黑了，有沒有這樣的“逆過程”：這

5、杯均勻黑水中的小炭粒又自發(fā)地聚集在一起，成為一滴黑墨水，而其余部分又變成清水？ 答案　沒有． [知識深化] 1．兩種不同的氣體可以自發(fā)地進入對方，最后成為一種均勻的混合氣體．相反，一種均勻的混合氣體絕不會自發(fā)地分開成為兩種氣體． 2．氣體的自由膨脹也是一種擴散現(xiàn)象，具有方向性． 例2　下列所述過程中，可能發(fā)生的是(　　) A．打開一高壓密閉容器，其內(nèi)氣體自發(fā)溢出后，又自發(fā)聚集進去，恢復原狀 B．利用其他手段，使低溫物體溫度更低，高溫物體的溫度更高 C．將水和酒精混合，然后它們又自動地各自分開 D．被工廠廢水污染的湖水，廢水自發(fā)的聚集到一處 答案　B 解析　A、C、D中的過

6、程都是擴散現(xiàn)象，擴散現(xiàn)象具有方向性，所以逆過程不可能自發(fā)完成，故A、C、D錯誤．熱量不可能從低溫物體自發(fā)地傳遞給高溫物體，而不引起其他的變化，但通過一些其他手段可以實現(xiàn)，故B正確． 三、機械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性及其他過程的方向性 [導學探究]　在平地上滾動的足球克服摩擦力做功，其動能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，最終停了下來，同時足球、地面及周圍空氣的溫度略有上升．會不會有這樣的現(xiàn)象：靜止的足球和地面、周圍的空氣自發(fā)地降低溫度釋放內(nèi)能，并將釋放出的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為動能，讓足球又滾動起來？ 答案　不會． [知識深化] 1．機械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向性 (1)機械能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程是可以自發(fā)進行的，而

7、內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機械能的過程，是不能自發(fā)進行的，要將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機械能，必然會引起其他影響． (2)熱機的效率不可能達到100%. 2．其他過程的方向性 (1)燃燒過程具有方向性． (2)爆炸過程具有方向性． 例3　(多選)用兩種不同的金屬絲組成一個回路，接觸點1插在熱水中，接觸點2插在冷水中，如圖1所示，電流計指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這就是溫差發(fā)電現(xiàn)象．關(guān)于這一現(xiàn)象的正確說法是(　　) 圖1 A．這一實驗過程不違反能量守恒定律 B．在實驗過程中，熱水一定降溫，冷水一定升溫 C．在實驗過程中，熱水的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化成電能，電能則部分轉(zhuǎn)化成冷水的內(nèi)能 D．在實驗過程中，熱水的內(nèi)能只有

8、部分轉(zhuǎn)化成電能，電能則全部轉(zhuǎn)化成冷水的內(nèi)能 答案　AB 解析　整個過程中能量守恒且熱現(xiàn)象有方向性，A、B正確；在絕熱過程中，熱水中的內(nèi)能除轉(zhuǎn)化為電能外，還升高金屬絲的溫度，內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為電能；電能除轉(zhuǎn)化為冷水的內(nèi)能外，還升高金屬絲的溫度，電能不能全部轉(zhuǎn)化為冷水的內(nèi)能，C、D錯誤． 1．(熱傳遞的方向性)(多選)關(guān)于熱傳遞的方向性，下列說法正確的是(　　) A．熱量能自發(fā)地由高溫物體傳給低溫物體 B．熱量能自發(fā)地由低溫物體傳給高溫物體 C．在一定條件下，熱量也可以從低溫物體傳給高溫物體 D．熱量不可能從低溫物體傳給高溫物體 答案　AC 解析　在有外力做功的情況下，熱量可

9、以從低溫物體傳給高溫物體，但熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體． 2．(擴散現(xiàn)象的方向性)用隔板將一絕熱容器隔成A和B兩部分，A中盛有一定質(zhì)量的理想氣體，B為真空(如圖2甲所示)．現(xiàn)把隔板抽出一部分，A中的氣體自動充滿整個容器(如圖乙所示)，這個過程稱為氣體的自由膨脹，下列說法正確的是(　　) 圖2 A．自由膨脹過程中，氣體分子只做定向運動 B．自由膨脹前后，氣體的壓強不變 C．自由膨脹前后，氣體的溫度不變 D．容器中的氣體在足夠長的時間內(nèi)，能全部自動回到A部分 答案　C 解析　隔板抽出一部分后，氣體分子做無規(guī)則熱運動，故A錯；因容器絕熱故Q＝0.又因氣體自由膨脹故W＝0

10、，由熱力學第一定律ΔU＝W＋Q可知ΔU＝0，則氣體溫度不變，C正確；由pV＝常量可知p減小，故B錯；由擴散現(xiàn)象的方向性知，氣體在足夠長的時間內(nèi)不會全部自動回到A部分，故D錯． 3．(機械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性)我們絕不會看到一個放在水平地面上的物體，靠降低溫度就可以把內(nèi)能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為動能，使這個物體運動起來．其原因是(　　) A．違反了能量守恒定律 B．在任何條件下內(nèi)能不可能轉(zhuǎn)化成機械能，只有機械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能 C．機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性，內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機械能是有條件的 D．以上說法均不正確 答案　C 解析　內(nèi)能可以向機械能轉(zhuǎn)化，但必須通過做功來實現(xiàn)． 一、選擇題 1．

11、(多選)下列哪個過程具有方向性(　　) A．熱傳導過程 B．機械能向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程 C．氣體的擴散過程 D．氣體向真空中的膨脹 答案　ABCD 解析　這四個過程都是與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程，它們都具有方向性． 2．以下說法正確的是(　　) A．熱量不僅可以從高溫物體傳到低溫物體，也可自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體 B．空調(diào)等設(shè)備就是利用了熱傳遞的方向性 C．無論采用什么方法，都不可能把熱量從低溫物體傳遞給高溫物體 D．熱量能自發(fā)地傳遞的條件是必須存在溫度差 答案　D 解析　熱傳遞具有方向性，熱量可以自發(fā)地由高溫物體傳到低溫物體，也可以從低溫物體傳到高溫物體，但不能自發(fā)地進

12、行，故A錯；空調(diào)等設(shè)備可以將熱量由低溫物體傳到高溫物體，但消耗了電能，故B、C錯． 3．關(guān)于熱學現(xiàn)象和熱學規(guī)律，下列說法中正確的是(　　) A．將地球上所有海水的溫度降低0.2℃，以放出大量的內(nèi)能供人類使用 B．布朗運動是液體分子的運動，它說明液體分子永不停息的做無規(guī)則運動 C．打開一高壓密閉容器，氣體自發(fā)溢出后又自發(fā)回去，恢復原狀 D．熱傳遞具有方向性 答案　D 解析　自然界一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性，A、C錯誤；布朗運動不是液體分子的運動，而是固體顆粒的運動，B錯誤． 4．汽車關(guān)閉發(fā)動機后，沿斜面勻速下滑的過程中(　　) A．汽車的機械能守恒 B．汽車的

13、動能和勢能相互轉(zhuǎn)化 C．汽車的機械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，汽車的總能量減少 D．汽車的機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，汽車的總能量守恒 答案　C 解析　汽車能勻速下滑，一定受阻力作用，克服阻力做功，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，一部分內(nèi)能散發(fā)出去，汽車的總能量減少． 5．(多選)下列過程中，可能實現(xiàn)的是(　　) A．將海水溫度自動下降時釋放的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能 B．利用海洋不同深度的海水溫度不同來制造一種機器，把海水的內(nèi)能變?yōu)闄C械能 C．在粗糙水平面上運動的物體，它的動能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，使物體溫度升高 D．靜止在光滑水平面上的物體，溫度降低時釋放的內(nèi)能可以轉(zhuǎn)化為物體的動能，使物體運動起來 答案　BC 二、非選

14、擇題 6．下列所述過程是可逆的，還是不可逆的？ (1)汽缸與活塞組合中裝有氣體，當活塞上沒有外加壓力，活塞與汽缸間沒有摩擦，使氣體自由膨脹時． (2)上述裝置，當活塞上沒有外加壓力，活塞與汽缸間摩擦很大，使氣體緩慢地膨脹時． (3)在一絕熱容器內(nèi)，不同溫度的氦氣進行混合． (4)在一絕熱容器內(nèi)盛有液體，不停地攪動它，使它的溫度升高． (5)一導熱的容器內(nèi)盛有液體，容器放在一恒溫的大水池內(nèi)，不停地攪動液體，可保持溫度不變． (6)在一絕熱容器內(nèi)，不同溫度的同種液體進行混合． 答案　見解析 解析　(1)發(fā)生自由膨脹，則是不可逆過程． (2)有摩擦發(fā)生，也是不可逆過程． (3)有一定溫度差的熱傳遞是不可逆過程． (4)這是由功變?yōu)闊?，是不可逆過程． (5)此過程中既有“功變熱”又有“熱傳遞”，是不可逆過程． (6)有一定溫度差的熱傳遞是不可逆過程． 6