2018-2019學(xué)年高中物理 第十章 熱力學(xué)定律 課時5 熱力學(xué)第二定律的微觀解釋 課時6 能源和可持續(xù)發(fā)展課件 新人教版選修3-3.ppt

《2018-2019學(xué)年高中物理 第十章 熱力學(xué)定律 課時5 熱力學(xué)第二定律的微觀解釋 課時6 能源和可持續(xù)發(fā)展課件 新人教版選修3-3.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018-2019學(xué)年高中物理 第十章 熱力學(xué)定律 課時5 熱力學(xué)第二定律的微觀解釋 課時6 能源和可持續(xù)發(fā)展課件 新人教版選修3-3.ppt（33頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、,,第十章,,熱力學(xué)定律,目標(biāo)定位,,1.了解有序和無序是相對的，知道宏觀態(tài)與微觀態(tài)，知道宏觀態(tài)對應(yīng)的微觀態(tài)的數(shù)目與無序程度的關(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,,知識探究,,自我檢測,一、熱力學(xué)第二定律的微觀意義,1.如圖1所示，一個箱子被擋板均勻分為左、右兩室，左室有4個氣體分子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個分子為模型，說明具有哪些可能的宏觀態(tài)和微觀態(tài)，并用熱力學(xué)第二定律說明，氣體擴(kuò)散后4個分子分布的最大一種可能和最小一種可能的情

2、況.,問題設(shè)計,,,知識探究,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.試著從無序的角度談?wù)勆厦鎲栴}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？答案從無序的角度看，熱力學(xué)系統(tǒng)是由大量做無序運(yùn)動的分子組成的.因為任何熱力學(xué)過程都伴隨著分子的無序運(yùn)動狀態(tài)的變化，當(dāng)撤去擋板的瞬間，分子仍聚集在左室，對于左、右兩室這一個整體來講，這顯然是一種高度有序的分布，當(dāng)氣體分子自由

3、擴(kuò)散后，氣體系統(tǒng)就變得無序了.我們看到“左,2右2”這種均勻分布的可能性最大，而分子集中在一個室中，另一個室變成真空的可能性最小.實際上，當(dāng)氣體系統(tǒng)中分子個數(shù)相當(dāng)多時，撤去擋板后實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)散過程是沿著無序性增大的方向進(jìn)行的，綜上可知，一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運(yùn)動的無序性增大的方向進(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“”，這個“”可能包含一種或幾種“微觀態(tài)”，不同的“”對應(yīng)的微觀態(tài)的個數(shù)不同.如果一個“”對應(yīng)的“微觀態(tài)”比較多，就說這個“”是比

4、較無序的.,宏觀態(tài),宏觀態(tài),要點提煉,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的有序狀態(tài)，指的是對應(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.,3.熵及熵增加原理(1)熵的概念物理學(xué)中用字母Ω表示一個宏觀狀態(tài)所對應(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程中，一個孤立系統(tǒng)的總熵不會.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,S＝klnΩ,減小,二、能源和可持續(xù)發(fā)展,1.流動的水帶動水磨做功，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

5、，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,問題設(shè)計,2.化石能源的大量消耗會帶來哪些環(huán)境問題？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序度更大的能量，分散到環(huán)境中無法重新收集起來加以利用的現(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程具有.,內(nèi)能,要點提煉,方向性,(3)能量耗散雖然不會使能量的總量減少，卻會導(dǎo)致能量品質(zhì)的(填“降低”或“提高”)，它實際上將能量從

6、高度有用的形式降級為不大有用的形式.2.能源和人類社會發(fā)展(1)常規(guī)能源①常規(guī)能源：煤、石油、天然氣,降低,②對環(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，它們的特點是：、可再生、資源豐富.,溫室效應(yīng),光化學(xué),,煙霧,太陽能,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，下列說法正確的是()A.大量分子無規(guī)則的熱運(yùn)動能夠自動轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蜻\(yùn)動B.熱傳遞的自

7、然過程是大量分子從有序運(yùn)動狀態(tài)向無序運(yùn)動狀態(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)動狀態(tài)向無序程度大的運(yùn)動狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程D.一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運(yùn)動的無序性增大的方向進(jìn)行,解析分子熱運(yùn)動是大量分子的無規(guī)則運(yùn)動，系統(tǒng)的一個宏觀狀態(tài)包含著大量的微觀狀態(tài)，這是一個無序的運(yùn)動，根據(jù)熵增加原理，熱運(yùn)動的結(jié)果只能使分子熱運(yùn)動更加無序，而不是變得有序.熱傳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)動狀態(tài)向無序程度大的運(yùn)動狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程.答案CD,例2下列關(guān)于熵的說法中錯誤的是()A.熵是系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動無序性的量度B.在自然過程中一個孤立系統(tǒng)的熵總是增加或不變的C.熱力學(xué)第二

8、定律也叫做熵減小原理D.熵值越大代表著越無序,解析一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運(yùn)動的無序性增大的方向進(jìn)行，這就是熱力學(xué)第二定律的微觀意義.系統(tǒng)的熱力學(xué)過程就是大量分子向無序程度大的狀態(tài)變化的過程.自然過程的方向性可以表述為：在任何自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的熵值不會減小，因此熱力學(xué)第二定律又稱為熵增加原理.因此A、B、D說法正確，C說法錯誤.答案C,二、能量耗散和可持續(xù)發(fā)展,例3下列對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

9、，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，B、D對.答案BD,例4以下說法正確的是()A.煤、石油、天然氣等燃料的最初來源可追溯到太陽能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、植物轉(zhuǎn)化成的，其來源可追溯到太陽能，A對；汽油燃燒會引起一些化合物的產(chǎn)生，導(dǎo)致有毒氣體的產(chǎn)生，B錯；水能是可再生能源，C對；煤、石油等存儲量是有限的，是不可再生能源，D錯.答案AC,

10、,,自我檢測,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法正確的是()A.從微觀的角度看，熱力學(xué)第二定律是一個統(tǒng)計規(guī)律B.一切自然過程總是沿著分子熱運(yùn)動無序性減小的方向進(jìn)行C.有的自然過程沿著分子熱運(yùn)動無序性增大的方向進(jìn)行，有的自然過程沿著分子熱運(yùn)動無序性減小的方向進(jìn)行D.在任何自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的總熵會減小,1,2,3,4,解析熱力學(xué)第二定律是一個統(tǒng)計規(guī)律，A對；從熱力學(xué)第二定律的微觀本質(zhì)看，一切不可逆過程總是沿著大量分子熱運(yùn)動無序程度增大的方向進(jìn)行，B、C錯；任何自然過程總是朝著無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.所以選A.答案A,1,2,

11、3,4,2.(熵)對于孤立體系中發(fā)生的實際過程，下列說法中正確的是()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,1,2,3,4,解析在孤立體系中發(fā)生的實際過程，其系統(tǒng)的總熵是增加的，它不可能減小，故選項A正確，B錯誤.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，故選項C正確，D錯誤.答案AC,1,2,3,4,3.(能量耗散)熱現(xiàn)象過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)化的過程中無法把流散的能量重新收集、重新加以利用.下列關(guān)

12、于能量耗散的說法中正確的是()A.能量耗散說明能量不守恒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程具有方向性,1,2,3,4,解析能量耗散說明能量轉(zhuǎn)化的宏觀過程具有方向性，符合熱力學(xué)第二定律，B錯誤，D正確；能量耗散過程中，能量并沒有消失，能量仍然守恒，A錯誤，C正確.答案CD,1,2,3,4,1,2,3,4,4.(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.而太陽能是一種無污染的能源，應(yīng)大為推廣，故答案應(yīng)選D.答案D,1,2,3,4,課堂要點小結(jié),,