高中物理 第十章 熱力學(xué)定律 第56講 熱力學(xué)第二定律的微觀解釋 能源和可持續(xù)發(fā)展課件 新人教選修33

1、第5講熱力學(xué)第二定律的微觀解釋第6講能源和可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)定位1.了解有序和無序是相對(duì)的.2.知道宏觀態(tài)與微觀態(tài)，知道宏觀態(tài)對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)的數(shù)目與無序程度的關(guān)系.3.知道熵的概念，了解熵增加原理，知道它是熱力學(xué)第二定律的另一種表述.4.能利用熵增加原理認(rèn)識(shí)自然界中能量轉(zhuǎn)化的方向性.5.能從熵增加的角度認(rèn)識(shí)當(dāng)前環(huán)境問題，增強(qiáng)環(huán)保意識(shí)和可持續(xù)發(fā)展意識(shí).1預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué) 梳理識(shí)記點(diǎn)撥 2課堂講義 理解深化探究3對(duì)點(diǎn)練習(xí) 鞏固應(yīng)用反饋預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué) 梳理識(shí)記點(diǎn)撥 1.系統(tǒng)的宏觀表現(xiàn)源于組成系統(tǒng)的微觀粒子的 .2.有序與無序是 的.3.一個(gè)“宏觀態(tài)”對(duì)應(yīng)的“微觀態(tài)” ，就說這個(gè)“宏觀態(tài)”是 的.一、有序和無序宏觀態(tài)和微

2、觀態(tài)統(tǒng)計(jì)規(guī)律相對(duì)比較多比較無序二、熱力學(xué)第二定律的微觀意義1.氣體向真空的擴(kuò)散氣體的自由擴(kuò)散過程是沿著無序性 的方向進(jìn)行的.2.熱力學(xué)第二定律的微觀意義一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無序性 的方向進(jìn)行.增大增大三、熵1.熵的概念物理學(xué)中用字母表示一個(gè)宏觀狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的微觀狀態(tài)的 ，用字母S表示熵，則S ，式中k叫做玻耳茲曼常量.2.熵增加原理在任何自然過程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì) .這就是熵增加原理，也是熱力學(xué)第二定律的另一種表述.數(shù)目kln 減小四、能量耗散和品質(zhì)降低1.能量在數(shù)量上雖然 ，但其轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化卻具有 .2. 較高的能量轉(zhuǎn)化為 更大的能量過程中存在能量耗散.在其轉(zhuǎn)化過程中能量的品

3、質(zhì) .守恒方向性有序性無序性降低五、能源和環(huán)境石油酸雨太陽能課堂講義 理解深化探究一、熱力學(xué)第二定律的微觀意義1.正確理解宏觀態(tài)和微觀態(tài)規(guī)定了某種規(guī)則，我們就規(guī)定了一個(gè)“宏觀態(tài)”，這個(gè)“宏觀態(tài)”可能包含一種或幾種“微觀態(tài)”，不同的“宏觀態(tài)”對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)的個(gè)數(shù)不同.如果一個(gè)“宏觀態(tài)”對(duì)應(yīng)的“微觀態(tài)”比較多，就說這個(gè)“宏觀態(tài)”是比較無序的.2.熱力學(xué)第二定律的微觀解釋我們所說的有序狀態(tài)，指的是對(duì)應(yīng)著較少微觀態(tài)的宏觀態(tài).自發(fā)的過程總是傾向于出現(xiàn)與較多微觀態(tài)對(duì)應(yīng)的宏觀態(tài)，因此自發(fā)的過程總是從有序向著無序發(fā)展的.例1下列說法中正確的是()A.有序與無序是相對(duì)的B.對(duì)任何一件事物，如果規(guī)定得越多，限制越多

4、，它的 無序性就越大C.有序性越大，說明它對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目就越多D.有序性越大，說明它對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目就越少AD例2關(guān)于熱力學(xué)第二定律的微觀意義，下列說法正確的是()A.大量分子無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)能夠自動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蜻\(yùn)動(dòng)B.熱傳遞的自然過程是大量分子從有序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向無序運(yùn)動(dòng)狀 態(tài)轉(zhuǎn)化的過程C.熱傳遞的自然過程是大量分子從無序程度小的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向無 序程度大的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程D.一切自然過程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無序性增大的方向進(jìn)行解析分子熱運(yùn)動(dòng)是大量分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)的一個(gè)宏觀過程包含著大量的微觀狀態(tài)，這是一個(gè)無序的運(yùn)動(dòng)，根據(jù)熵增加原理，熱運(yùn)動(dòng)的結(jié)果只能使分子熱運(yùn)動(dòng)更加無序，而不是變成了有序，熱傳

5、遞的自然過程從微觀上講就是大量分子從無序程度小的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向無序程度大的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程，故選C、D.答案CD借題發(fā)揮解此類題目要理解好有序和無序，確定某種規(guī)則，符合這個(gè)規(guī)則的就是有序的，不符合確定的規(guī)則和要求的分布是無序的.無序意味著各處都一樣、平均、沒有差別；而有序則相反，是按照某種規(guī)則排列的，有序與無序是相對(duì)的.二、熵增加原理1.熵較大的宏觀狀態(tài)就是無序性較大的宏觀狀態(tài)，在自發(fā)過程中熵總是增加的，即向無序性增加的方向進(jìn)行.2.從微觀的角度看，熱力學(xué)第二定律是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律：一個(gè)孤立系統(tǒng)總是從熵小的狀態(tài)向熵大的狀態(tài)發(fā)展，而熵值較大代表著較為無序，所以自發(fā)的宏觀過程總是向無序度更大的方向發(fā)展.

6、例3下列關(guān)于熵的觀點(diǎn)中正確的是()A.熵越大，系統(tǒng)的無序度越大B.對(duì)于一個(gè)不可逆絕熱過程，其熵總不會(huì)減小C.氣體向真空擴(kuò)散時(shí)，熵值減小D.自然過程中熵總是增加的，是因?yàn)橥ㄏ驘o序的渠道要 比通向有序的渠道多得多解析熵是系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)無序性的量度，熵越大，其無序度越大，選項(xiàng)A正確；一個(gè)不可逆絕熱過程，其宏觀狀態(tài)對(duì)應(yīng)微觀態(tài)數(shù)目增大，其熵會(huì)增加，不會(huì)減小，選項(xiàng)B正確；氣體向真空中擴(kuò)散，無序度增大，熵值增大，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；自然過程中，無序程度較大的宏觀態(tài)出現(xiàn)的概率大，因而通向無序的渠道多，選項(xiàng)D正確.答案ABD三、能源和可持續(xù)發(fā)展1.能量耗散雖然不會(huì)使能的總量減少，卻會(huì)使能量的品質(zhì)降低，所以需節(jié)約能源.2

7、.常規(guī)能源，如：煤、石油、天然氣對(duì)環(huán)境污染造成了較大影響，所以我們要開發(fā)新能源，如太陽能、風(fēng)能、核能、生物質(zhì)能等，它們的特點(diǎn)是：污染少、可再生、資源豐富.例4下列對(duì)能量耗散理解正確的是()A.能量耗散說明能量在不斷減少B.能量耗散遵守能量守恒定律C.能量耗散說明能量不能憑空產(chǎn)生，但可以憑空消失D.能量耗散從能量角度反映出自然界的宏觀過程具有方 向性解析在發(fā)生能量轉(zhuǎn)化的宏觀過程中，其他形式的能量最終轉(zhuǎn)化為流散到周圍環(huán)境的內(nèi)能，無法再回收利用，這種現(xiàn)象叫能量耗散.能量耗散并不違反能量守恒定律，宇宙中的能量既沒有減少，也沒有消失，它從能量角度反映出自然界的宏觀過程具有方向性，故A、C錯(cuò)，B、D對(duì).答

8、案BD對(duì)點(diǎn)練習(xí) 鞏固應(yīng)用反饋熱力學(xué)第二定律的微觀意義1.下列關(guān)于氣體在真空中的擴(kuò)散規(guī)律的敘述中正確的是()A.氣體分子數(shù)越小，擴(kuò)散到真空中的分子全部回到原狀態(tài)的 可能性越大B.氣體分子數(shù)越大，擴(kuò)散到真空中的分子全部回到原狀態(tài)的 可能性越大C.擴(kuò)散到真空容器中的分子在整個(gè)容器中分布越均勻，其宏 觀態(tài)對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目越大1234D.氣體向真空中擴(kuò)散時(shí)，總是向著分子熱運(yùn)動(dòng)的無序性增 大的方向進(jìn)行1234解析由熱力學(xué)第二定律的微觀解釋“一切自然過程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無序性增大方向進(jìn)行”和熵的概念可知，A、C、D正確.答案ACD2.關(guān)于孤立體系中發(fā)生的實(shí)際過程，下列說法中正確的是()A.系統(tǒng)的總熵只能

9、增大，不可能減小B.系統(tǒng)的總熵可能增大，可能不變，還可能減小C.系統(tǒng)逐漸從比較有序的狀態(tài)向更無序的狀態(tài)發(fā)展D.系統(tǒng)逐漸從比較無序的狀態(tài)向更加有序的狀態(tài)發(fā)展1234熵增加原理解析在孤立體系中發(fā)生的實(shí)際過程，其系統(tǒng)的總熵總是增加的，它不可能減小，故A正確，B錯(cuò)誤；根據(jù)熵增加原理，該系統(tǒng)只能是從比較有序的狀態(tài)向更無序的狀態(tài)發(fā)展，故C正確，D錯(cuò)誤.答案AC1234能源開發(fā)與利用3.下列哪些現(xiàn)象屬于能量耗散()A.利用水流能發(fā)電變成電能B.電能通過燈泡中的電阻絲轉(zhuǎn)化為光能C.電池的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能D.火爐把房子烤暖1234解析能量耗散是指其他形式的能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，最終流散在周圍環(huán)境中無法重新收集并加以利用的現(xiàn)象，能夠重新收集并加以利用的不能稱為能量耗散.本題中的電能、光能都可以重新收集并加以利用，如用光作為能源的手表等，只有當(dāng)用電燈照明時(shí)的光能被墻壁吸收之后變?yōu)橹車h(huán)境的內(nèi)能，才無法重新吸收并加以利用，但本題1234沒有告訴光能用來做什么，故不能算能量耗散，只有火爐把房子烤暖后使燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能并流散在周圍的環(huán)境中，無法重新收集并加以利用，才是能量耗散.故正確答案為D.答案D12344.關(guān)于“溫室效應(yīng)”，下列說法正確的是()A.太陽能源源不斷地輻射到地球上，由此產(chǎn)生了“溫室 效應(yīng)”B.石油和煤炭燃燒時(shí)產(chǎn)生的二氧化碳增加了大氣中二氧 化碳的含量，由此產(chǎn)生