高中物理 第十章 熱力學(xué)定律 第五節(jié) 熱力學(xué)第二定律的微觀解釋 第六節(jié) 能源和可持續(xù)發(fā)展課堂探究學(xué)案 新人教版選修3-3

《高中物理 第十章 熱力學(xué)定律 第五節(jié) 熱力學(xué)第二定律的微觀解釋 第六節(jié) 能源和可持續(xù)發(fā)展課堂探究學(xué)案 新人教版選修3-3》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 第五節(jié) 熱力學(xué)第二定律的微觀解釋 第六節(jié) 能源和可持續(xù)發(fā)展課堂探究學(xué)案 新人教版選修3-3（4頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 第五節(jié) 熱力學(xué)第二定律的微觀解釋 第六節(jié) 能源和可持續(xù)發(fā)展 課堂探究 探究一對(duì)熱力學(xué)第二定律微觀意義的理解 問題導(dǎo)引 質(zhì)量相同、溫度相同的水，如圖所示分別處于固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)三種狀態(tài)下，它們的熵的大小有什么關(guān)系？為什么？ 提示：氣態(tài)時(shí)的熵最大，其次是液態(tài)，固態(tài)時(shí)熵最小。這是因?yàn)橘|(zhì)量相同的水，可以由固態(tài)自發(fā)地向液態(tài)、氣態(tài)轉(zhuǎn)化，也可由液態(tài)自發(fā)地向氣態(tài)轉(zhuǎn)化，根據(jù)熵增加原理，任何一個(gè)系統(tǒng)自發(fā)變化時(shí)，系統(tǒng)的熵要么增加，要么不變，但不會(huì)減小，所以，氣態(tài)時(shí)的熵最大，其次是液態(tài)，固態(tài)時(shí)的熵最小。 名師精講 1．對(duì)熵的理解 (1)熵是反映系統(tǒng)無序程度的物理量，正如溫度反映物體內(nèi)分子平

2、均動(dòng)能大小一樣，系統(tǒng)越混亂，無序程度越大，這個(gè)系統(tǒng)的熵就越大。 (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程度更大的方向發(fā)展。 (3)對(duì)于絕熱或孤立的熱力學(xué)系統(tǒng)而言，所發(fā)生的是由非平衡態(tài)向著平衡態(tài)的變化過程，因此，總是朝著熵增加的方向進(jìn)行?；蛘哒f，一個(gè)孤立系統(tǒng)的熵永遠(yuǎn)不會(huì)減小，這就是熵增加原理。 (4)在任何自然過程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)減小，如果過程可逆，則熵不變；如果過程不可逆，則熵增加。 溫馨提醒熵增加原理的適用對(duì)象是對(duì)于孤立系統(tǒng)，如果是非孤立系統(tǒng)，熵有可能減少。

3、2．對(duì)熱力學(xué)第二定律微觀意義的理解 (1)熱力學(xué)第二定律的微觀解釋： 高溫物體和低溫物體中的分子都在做無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，但是高溫物體中分子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率較大，所以在高溫物體分子與低溫物體分子的碰撞過程中，低溫物體分子運(yùn)動(dòng)的劇烈程度會(huì)逐漸加劇，即低溫物體的溫度升高。而高溫物體分子運(yùn)動(dòng)的劇烈程度會(huì)減緩，即高溫物體的溫度降低。所以從宏觀熱現(xiàn)象角度來看，熱傳遞具有方向性，總是從高溫物體傳給低溫物體。換一種角度看，初始我們根據(jù)溫度的高低來區(qū)分兩個(gè)物體，而最終狀態(tài)是兩個(gè)物體上的溫度處處相同，無法區(qū)別，我們就說系統(tǒng)的無序程度增加了。 同理可知，在通過做功使系統(tǒng)內(nèi)能增加的過程中，自然過程是大量分子從有序

4、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向無序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程。 (2)熱力學(xué)第二定律的微觀意義： 熱力學(xué)第二定律揭示了涉及熱現(xiàn)象的一切宏觀自然過程都只能在一個(gè)方向上發(fā)生，而不會(huì)可逆地在相反的方向上出現(xiàn)，它指出在能量得以平衡的眾多過程中，哪些可能發(fā)生，哪些不可能發(fā)生。自然界涉及熱現(xiàn)象的一切宏觀過程都是不可逆的，宏觀自發(fā)過程的這種方向性(熵增加的方向)，也就成為時(shí)間的方向性。所以，“熵”又被稱為“時(shí)間箭頭”。 【例題1】 關(guān)于熱力學(xué)第二定律的微觀意義，下列說法中正確的是(　　) 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．傳熱的自發(fā)過程是大量分子從無序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向有序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程 C．傳熱的自發(fā)過程

5、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．一切自發(fā)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。傳熱的自發(fā)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。一切自發(fā)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。 答案：CD 題后反思一切自然過程總是沿著分子無序性增大的方向進(jìn)行。系統(tǒng)自發(fā)變化時(shí)，總是向著無序程度增加的方向發(fā)展，至少無序程度不會(huì)減少。也就是說，系

6、統(tǒng)自發(fā)變化時(shí)，總是由熱力學(xué)概率小的狀態(tài)向熱力學(xué)概率大的狀態(tài)進(jìn)行。 探究二能源和可持續(xù)發(fā)展 問題導(dǎo)引 既然能量是守恒的，我們?yōu)槭裁催€要節(jié)約能源？ 提示：能量是守恒的，但能量耗散卻導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低，高品質(zhì)的能量釋放出來并最終轉(zhuǎn)化為低品質(zhì)的能量?？梢?，雖然能量不會(huì)減少，但方便使用的能源會(huì)越來越少，所以要節(jié)約能源。 名師精講 1．對(duì)“能量耗散和品質(zhì)降低” 的理解 (1)各種形式的能最終都轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，流散到周圍的環(huán)境中，分散在環(huán)境中的內(nèi)能不管數(shù)量多么巨大，它也不過只能使地球、大氣稍稍變暖一點(diǎn)，卻再也不能驅(qū)動(dòng)機(jī)器做功了。 (2)從可被利用的價(jià)值來看，內(nèi)能較之機(jī)械能、電能等，是一種低品

7、質(zhì)的能量。由此可知，能量耗散雖然不會(huì)導(dǎo)致能量的總量減少，卻會(huì)導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低，實(shí)際上是將能量從高度有用的形式降級(jí)為不大可用的形式。 (3)能量耗散導(dǎo)致可利用能源減少，所以要節(jié)約能源。 2．能源的分類 能源分 類方法 能源分 類名稱 特點(diǎn) 舉例 按形式 或轉(zhuǎn)換 特點(diǎn)分 一次能源 自然形成，未經(jīng)加工 太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、核能、潮汐? 二次能源 由一次能源經(jīng)加工轉(zhuǎn)換而成 焦炭、木炭、蒸汽、液化氣、酒精、汽油、電能 按利用 技術(shù)分 常規(guī)能源 已大規(guī)模正常使用 煤、石油、天然氣、水能 新能源 正在開發(fā)，或有新的利用方式 太陽能、地?zé)崮?、海洋能、沼氣?/p>

8、風(fēng)能 按可否 再生分 可再生能源 可循環(huán)使用 水能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮? 不可再生能源 短期內(nèi)無法轉(zhuǎn)換獲得 煤、石油、天然氣、核燃料 按對(duì)環(huán) 境污染 情況分 清潔能源 對(duì)環(huán)境基本上沒有污染 太陽能、海洋能、風(fēng)能、水能 污染能源 會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境 化石燃料(煤、石油、天然氣) 　　3.能源的開發(fā)與利用關(guān)系圖 4．當(dāng)前我國的幾大能源工程 (1)“西氣東輸”工程是我國西部開發(fā)的重要項(xiàng)目之一，它是把新、蒙、甘等西部地區(qū)的天然氣開發(fā)出來，通過地下輸氣管道送到蘇、浙、滬等對(duì)能源需求量大的地區(qū)。 (2)“南水北調(diào)”工程是繼三峽工程之后，我國又一重大的國土建設(shè)工程

9、，它對(duì)中國社會(huì)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的意義甚至超過了三峽工程，對(duì)我國提高水資源利用效率、合理配置資源、改善北方缺水地區(qū)的生態(tài)環(huán)境有重大的意義。 (3)“西電東送”工程也是西部大開發(fā)的標(biāo)志性工程，是把云、貴、川、陜等西部地區(qū)的電力資源輸送到電力緊缺的粵、滬、蘇、浙和京、津等地區(qū)，把西部豐富的資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，并為東部提供清潔的電力，以促進(jìn)東、西部的共同發(fā)展。 (4)“熱電聯(lián)產(chǎn)”工程，既發(fā)電，又集中供熱，具有節(jié)約能源、改善環(huán)境、提高供熱質(zhì)量、增加電供應(yīng)等綜合效應(yīng)。 (5)長江三峽水利樞紐工程已全面建成，它每年能提供約8.47×1011 kW·h的電能。 【例題2】 下列關(guān)于能量耗散的說法，正確的是(　　) A．能量耗散使能的總量減少，違背了能量守恒定律 B．能量耗散是指耗散在環(huán)境中的內(nèi)能再也不能被人類利用 C．各種形式的能量向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化，是能夠自動(dòng)全額發(fā)生的 D．能量耗散導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低 解析：能量耗散是能量在轉(zhuǎn)化的過程中有一部分以內(nèi)能的形式被周圍環(huán)境吸收，遵守能量守恒定律，但使得能量品質(zhì)降低，故A項(xiàng)錯(cuò)，D項(xiàng)對(duì)；耗散的內(nèi)能無法再被利用，B項(xiàng)對(duì)；其他形式的能在一定的條件下可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但相反過程卻不能夠全額進(jìn)行，C項(xiàng)對(duì)。故選B、C、D。 答案：BCD 題后反思能量耗散不僅遵循能量守恒定律，而且從能量的角度反映出自然界的宏觀過程具有方向性。 4