高中物理 第十章 熱力學(xué)定律 課時(shí)5 熱力學(xué)第二定律的微觀解釋 課時(shí)6 能源和可持續(xù)發(fā)展課件 新人教版選修33

《高中物理 第十章 熱力學(xué)定律 課時(shí)5 熱力學(xué)第二定律的微觀解釋 課時(shí)6 能源和可持續(xù)發(fā)展課件 新人教版選修33》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理 第十章 熱力學(xué)定律 課時(shí)5 熱力學(xué)第二定律的微觀解釋 課時(shí)6 能源和可持續(xù)發(fā)展課件 新人教版選修33（33頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第十章熱 力 學(xué) 定 律目標(biāo)定位1.了解有序和無(wú)序是相對(duì)的，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(wú)序程度的關(guān)系.2.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.3.了解能量耗散、能源和環(huán)境.學(xué)案5熱力學(xué)第二定律的微觀解釋學(xué)案6能源和可持續(xù)發(fā)展知識(shí)探究自我檢測(cè)一、熱力學(xué)第二定律的微觀意義1.如圖1所示，一個(gè)箱子被擋板均勻分為左、右兩室，左室有4個(gè)氣體分子a、b、c、d，右室為真空，撤去擋板后，氣體自由擴(kuò)散，以箱子內(nèi)4個(gè)分子為模型，說(shuō)明具有哪些可能的宏觀態(tài)和微觀態(tài)，并用熱力學(xué)第二定律說(shuō)明，氣體擴(kuò)散后4個(gè)分子分布的最大一種可能和最小一種可能的情況.問(wèn)題設(shè)計(jì)知識(shí)探究

2、圖1答案可能的宏觀態(tài)有：左0右4，左1右3，左2右2，左3右1，左4右0；對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目：1、4、6、4、1.不同的宏觀態(tài)包含著不同數(shù)量的微觀態(tài)，其中分子分布的最大一種可能情況是左2右2，最小一種可能情況是左0右4或左4右0.2.試著從無(wú)序的角度談?wù)勆厦鎲?wèn)題中為什么“左2右2”這種均勻分布的可能性最大，能否由此得出熱力學(xué)第二定律的微觀意義？答案從無(wú)序的角度看，熱力學(xué)系統(tǒng)是由大量做無(wú)序運(yùn)動(dòng)的分子組成的.因?yàn)槿魏螣崃W(xué)過(guò)程都伴隨著分子的無(wú)序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化，當(dāng)撤去擋板的瞬間，分子仍聚集在左室，對(duì)于左、右兩室這一個(gè)整體來(lái)講，這顯然是一種高度有序的分布，當(dāng)氣體分子自由擴(kuò)散后，氣體系統(tǒng)就變得無(wú)序了.我們

3、看到“左2右2”這種均勻分布的可能性最大，而分子集中在一個(gè)室中，另一個(gè)室變成真空的可能性最小.實(shí)際上，當(dāng)氣體系統(tǒng)中分子個(gè)數(shù)相當(dāng)多時(shí)，撤去擋板后實(shí)際上我們只能看到氣體向真空中擴(kuò)散，而不可能觀察到氣體分子重新聚集在一室中的現(xiàn)象.因此，氣體的自由擴(kuò)散過(guò)程是沿著無(wú)序性增大的方向進(jìn)行的，綜上可知，一切自發(fā)過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性增大的方向進(jìn)行，這就是熱力學(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)“ ”，這個(gè)“ ”可能包含一種或幾種“微觀態(tài)”，不同的“ ”對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)的個(gè)數(shù)不同.如果一個(gè)“ ”對(duì)應(yīng)的“微觀態(tài)”比較多，就說(shuō)這個(gè)“ ”是比較無(wú)序的.宏觀態(tài)宏觀態(tài)要點(diǎn)提

4、煉宏觀態(tài)宏觀態(tài)宏觀態(tài)2.熱力學(xué)第二定律的微觀意義我們所說(shuō)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(guò)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(guò)程總是從有序向著無(wú)序發(fā)展的.3.熵及熵增加原理(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 ，式中k叫做玻耳茲曼常量.(2)熵增加原理在任何自然過(guò)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Skln 減小二、能源和可持續(xù)發(fā)展1.流動(dòng)的水帶動(dòng)水磨做功，由于磨盤和糧食之間的摩擦和擠壓，使磨盤和糧食的溫度升高，水流的一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)變成了內(nèi)能，這些內(nèi)能最終流散到

5、周圍的環(huán)境中，我們沒有辦法把這些流散的內(nèi)能重新收集起來(lái)加以利用.可見，內(nèi)能與機(jī)械能相比，哪種能量的品質(zhì)低？答案內(nèi)能問(wèn)題設(shè)計(jì)2.化石能源的大量消耗會(huì)帶來(lái)哪些環(huán)境問(wèn)題？答案溫室效應(yīng)、酸雨、光化學(xué)煙霧等.1.能量耗散和品質(zhì)降低(1)能量耗散：有序度較高(集中度較高)的能量轉(zhuǎn)化為 ，成為更加分散因而也是無(wú)序度更大的能量，分散到環(huán)境中無(wú)法重新收集起來(lái)加以利用的現(xiàn)象.(2)能量耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀過(guò)程具有 .內(nèi)能要點(diǎn)提煉方向性(3)能量耗散雖然不會(huì)使能量的總量減少，卻會(huì)導(dǎo)致能量品質(zhì)的 (填“降低”或“提高”)，它實(shí)際上將能量從高度有用的形式降級(jí)為不大有用的形式.2.能源和人類社會(huì)發(fā)展(

6、1)常規(guī)能源常規(guī)能源：煤、石油、天然氣降低對(duì)環(huán)境的危害石油和煤燃燒產(chǎn)生的二氧化碳增加了大氣中二氧化碳的含量，產(chǎn)生了“ ”.排入大氣中的污染物在太陽(yáng)紫外線照射下發(fā)生光化學(xué)效應(yīng)，形成二次污染物“ ”.煤燃燒時(shí)形成的二氧化硫等物質(zhì)使雨水形成“酸雨”.(2)開發(fā)新能源新能源有 、 、核能、 等，它們的特點(diǎn)是： 、可再生、資源豐富.溫室效應(yīng)光化學(xué)煙霧太陽(yáng)能風(fēng)能生物質(zhì)能污染少典例精析一、熱力學(xué)第二定律的微觀意義例1關(guān)于熱力學(xué)第二定律的微觀意義，下列說(shuō)法正確的是()A.大量分子無(wú)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(guò)程是大量分子從有序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向無(wú)序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過(guò)程C.熱傳遞的自然過(guò)程是大量分

7、子從無(wú)序程度小的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向無(wú)序程度大的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過(guò)程D.一切自發(fā)過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)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(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)的一個(gè)宏觀狀態(tài)包含著大量的微觀狀態(tài)，這是一個(gè)無(wú)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(wú)序，而不是變得有序.熱傳遞的自然過(guò)程從微觀上講就是大量分子從無(wú)序程度小的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向無(wú)序程度大的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過(guò)程.答案CD例2下列關(guān)于熵的說(shuō)法中錯(cuò)誤的是()A.熵是系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)無(wú)序性的量度B.在自然過(guò)程中一個(gè)孤立系統(tǒng)的熵總是增加或不變的C.熱力學(xué)第二定律也叫做熵減小原理D.熵值越大代表著越無(wú)序解析一切自發(fā)過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性增

8、大的方向進(jìn)行，這就是熱力學(xué)第二定律的微觀意義.系統(tǒng)的熱力學(xué)過(guò)程就是大量分子向無(wú)序程度大的狀態(tài)變化的過(guò)程.自然過(guò)程的方向性可以表述為：在任何自然過(guò)程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的熵值不會(huì)減小，因此熱力學(xué)第二定律又稱為熵增加原理.因此A、B、D說(shuō)法正確，C說(shuō)法錯(cuò)誤.答案C二、能量耗散和可持續(xù)發(fā)展例3下列對(duì)能量耗散理解正確的是()A.能量耗散說(shuō)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(shuō)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(guò)程具有方向性解析在發(fā)生能量轉(zhuǎn)化的宏觀過(guò)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(wú)法再回收利用，這種現(xiàn)象叫能量耗散.能量耗散并不

9、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(guò)程具有方向性，故A、C錯(cuò)，B、D對(duì).答案BD例4以下說(shuō)法正確的是()A.煤、石油、天然氣等燃料的最初來(lái)源可追溯到太陽(yáng)能B.汽油是一種清潔能源C.水能是可再生能源D.煤、石油等常規(guī)能源是取之不盡、用之不竭的解析煤、石油、天然氣等是動(dòng)、植物轉(zhuǎn)化成的，其來(lái)源可追溯到太陽(yáng)能，A對(duì)；汽油燃燒會(huì)引起一些化合物的產(chǎn)生，導(dǎo)致有毒氣體的產(chǎn)生，B錯(cuò)；水能是可再生能源，C對(duì)；煤、石油等存儲(chǔ)量是有限的，是不可再生能源，D錯(cuò).答案AC自我檢測(cè)1.(熱力學(xué)第二定律的微觀意義)下列關(guān)于熱力學(xué)第二定律微觀意義的說(shuō)法正確的是()A.從微觀的角

10、度看，熱力學(xué)第二定律是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律B.一切自然過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序性減小的方向進(jìn)行C.有的自然過(guò)程沿著分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序性增大的方向進(jìn)行，有的自然過(guò)程沿著分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序性減小的方向進(jìn)行D.在任何自然過(guò)程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵會(huì)減小解析熱力學(xué)第二定律是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，A對(duì)；從熱力學(xué)第二定律的微觀本質(zhì)看，一切不可逆過(guò)程總是沿著大量分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序程度增大的方向進(jìn)行，B、C錯(cuò)；任何自然過(guò)程總是朝著無(wú)序程度增大的方向進(jìn)行，也就是熵增加的方向進(jìn)行，故D錯(cuò).所以選A.答案A2.(熵)對(duì)于孤立體系中發(fā)生的實(shí)際過(guò)程，下列說(shuō)法中正確的是()A.系統(tǒng)的總熵只能增大，不可能減小B.系統(tǒng)的總熵可能增大，可能不變，還可能

11、減小C.系統(tǒng)逐漸從比較有序的狀態(tài)向更無(wú)序的狀態(tài)發(fā)展D.系統(tǒng)逐漸從比較無(wú)序的狀態(tài)向更加有序的狀態(tài)發(fā)展解析在孤立體系中發(fā)生的實(shí)際過(guò)程，其系統(tǒng)的總熵是增加的，它不可能減小，故選項(xiàng)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(wú)序的狀態(tài)發(fā)展，故選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤.答案AC3.(能量耗散)熱現(xiàn)象過(guò)程中不可避免地出現(xiàn)能量耗散的現(xiàn)象.所謂能量耗散是指在能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程中無(wú)法把流散的能量重新收集、重新加以利用.下列關(guān)于能量耗散的說(shuō)法中正確的是()A.能量耗散說(shuō)明能量不守恒B.能量耗散不符合熱力學(xué)第二定律C.能量耗散過(guò)程中能量仍守恒D.能量耗散是從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀過(guò)程具有方向性解析能量耗散說(shuō)明能量轉(zhuǎn)化的宏觀過(guò)程具有方向性，符合熱力學(xué)第二定律，B錯(cuò)誤，D正確；能量耗散過(guò)程中，能量并沒有消失，能量仍然守恒，A錯(cuò)誤，C正確.答案CD4.(可持續(xù)發(fā)展)下列供熱方式最有利于環(huán)境保護(hù)的是()A.用煤做燃料供熱B.用石油做燃料供熱C.用天然氣或煤氣做燃料供熱D.用太陽(yáng)能灶供熱解析煤、石油、天然氣等燃料的利用，使人類獲得大量的內(nèi)能.但由于這些燃料中含有雜質(zhì)以及燃燒的不充分，使得廢氣中含有的粉塵、一氧化碳、二氧化硫等污染了大氣.而太陽(yáng)能是一種無(wú)污染的能源，應(yīng)大為推廣，故答案應(yīng)選D.答案D課堂要點(diǎn)小結(jié)