2018-2019學(xué)年高中物理 第十章 熱力學(xué)定律 第5節(jié) 熱力學(xué)第二定律的微觀解釋 第6節(jié) 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 第5節(jié) 熱力學(xué)第二定律的微觀解釋 第6節(jié) 能源和可持續(xù)發(fā)展課件 新人教版選修3-3.ppt》由會(huì)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 第5節(jié) 熱力學(xué)第二定律的微觀解釋 第6節(jié) 能源和可持續(xù)發(fā)展課件 新人教版選修3-3.ppt（30頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第5節(jié)熱力學(xué)第二定律的微觀 解釋 第6節(jié)能源和可持續(xù)發(fā)展,學(xué)習(xí)目標(biāo) 1了解熱力學(xué)第二定律的微觀意義。 2知道能量耗散，理解能量耗散會(huì)導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低。 3知道能源利用與環(huán)境污染。 4了解能源開(kāi)發(fā)與環(huán)境保護(hù)。,一、熱力學(xué)第二定律的微觀解釋 1有序、無(wú)序：一個(gè)系統(tǒng)的個(gè)體按確定的某種規(guī)則，有順序地排列即______；個(gè)體分布沒(méi)有確定的要求，“怎樣分布都可以”即_____。 2宏觀態(tài)、微觀態(tài)：系統(tǒng)的____狀態(tài)即宏觀態(tài)，系統(tǒng)內(nèi)個(gè)體的_________狀態(tài)即微觀態(tài)。 3熱力學(xué)第二定律的微觀意義：一切自發(fā)過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性_____的方向進(jìn)行。,有序,無(wú)序,宏觀,不同分布,增大,4熵及

2、熵增加原理 (1)熵：表達(dá)式S_______，k表示玻耳茲曼常量，表示一個(gè)宏觀狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的微觀狀態(tài)的數(shù)目。S表示系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)_______的量度，稱(chēng)為熵。 (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________。 自主思考判一判 (1)熵值越大代表著越有序。( ) (2)一個(gè)宏觀態(tài)所對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目越多，則熵越大。( ) (3)孤立系統(tǒng)的總熵可能增大，也可能減小。( ),Kln ,無(wú)序性,不會(huì)減小,,,,二、能源和可持續(xù)發(fā)展 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_(kāi)____，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

3、集起來(lái)加以利用的現(xiàn)象。 (2)各種形式的能量向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化是無(wú)序程度較小的狀態(tài)向無(wú)序程度較大的狀態(tài)的轉(zhuǎn)化，是能夠__________、全額發(fā)生的。,內(nèi)能,自動(dòng)發(fā)生,(3)能量耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的自發(fā)變化過(guò)程具有________。 (4)能量耗散雖然不會(huì)導(dǎo)致能量總量的減少卻會(huì)導(dǎo)致能量品質(zhì)的_____，實(shí)際上是將能量從高度有用的高品質(zhì)形式降級(jí)為不大可用的低品質(zhì)形式。 2能源和環(huán)境,方向性,降低,自主思考想一想 既然能量是守恒的，我們?yōu)槭裁催€要節(jié)約能源？ 答案能量是守恒的，但能量耗散卻導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低，在利用它們的時(shí)候，高品質(zhì)的能量釋放出來(lái)并最終轉(zhuǎn)化為低品質(zhì)的能量。,如圖1051所示

4、，將一滴紅墨水滴入一杯清水中，紅墨水會(huì)逐漸擴(kuò)散到整杯水中，呈均勻分布狀態(tài)，這個(gè)過(guò)程中熵的變化情況怎樣？ 提示在這個(gè)過(guò)程中系統(tǒng)的熵增加。擴(kuò)散前，紅墨水和清水區(qū)分分明，較有序；后來(lái)，整杯水的顏色變得均勻后，打破了原來(lái)的有序分布，無(wú)序程度增大。因此，擴(kuò)散后系統(tǒng)的熵增加。,圖1051,考點(diǎn)一對(duì)熱力學(xué)第二定律微觀意義的理解 1對(duì)熵的理解 (1)熵是反映系統(tǒng)無(wú)序程度的物理量，正如溫度反映物體內(nèi)分子平均動(dòng)能大小一樣，系統(tǒng)越混亂，無(wú)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(wú)序，所以自發(fā)的宏觀過(guò)程總是

5、向無(wú)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(guò)程，因此，總是朝著熵增加的方向進(jìn)行?；蛘哒f(shuō)，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(guò)程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)減小，如果過(guò)程可逆，則熵不變；如果過(guò)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。,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?zhuān)?高溫物體和低溫物體中的分子都在做無(wú)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(guò)程中，低溫物體分子運(yùn)動(dòng)的

6、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(lái)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(lái)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(wú)法區(qū)別，我們就說(shuō)系統(tǒng)的無(wú)序程度增加了。,同理可知，在通過(guò)做功使系統(tǒng)內(nèi)能增加的過(guò)程中，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。 (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(guò)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(guò)程中，哪些可能發(fā)生，哪些不

7、可能發(fā)生。自然界涉及熱現(xiàn)象的一切宏觀過(guò)程都是不可逆的，宏觀自發(fā)過(guò)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(chēng)為“時(shí)間箭頭”。,例1 (多選)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一切自然過(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)宏觀過(guò)程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

8、只能使分子熱運(yùn)動(dòng)更加無(wú)序，而不是變成了無(wú)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，故選項(xiàng)C、D正確。 【答案】CD,名師點(diǎn)撥 熱力學(xué)第二定律的微觀解釋 一切自然過(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。系統(tǒng)自發(fā)變化時(shí)，總是向著無(wú)序程度增加的方向發(fā)展，至少無(wú)序程度不會(huì)減少。也就是說(shuō)，系統(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。,1(多選)下列關(guān)于氣體在真空中的擴(kuò)散規(guī)律的敘述正確的是 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

9、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 D氣體向真空中擴(kuò)散時(shí)，總是向著分子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性增大的方向進(jìn)行,,解析由熱力學(xué)第二定律的微觀解釋“一切自然過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性增大方向進(jìn)行”和熵的概念可知，A、C、D正確。 答案ACD,2(多選)下面關(guān)于熵的說(shuō)法正確的是 A熵是物體內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)無(wú)序程度的量度 B在孤立系統(tǒng)中，一個(gè)自發(fā)的過(guò)程熵總是向減少的方向進(jìn)行 C熱力學(xué)第二定律的微觀實(shí)質(zhì)是熵是增加的 D熵值越大，代表系統(tǒng)分子運(yùn)動(dòng)越無(wú)序,解析熵是系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)無(wú)序性的量度，熵越大，其無(wú)序性越大，A項(xiàng)正確。不可逆絕熱過(guò)程中，其宏觀態(tài)對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目增加，其熵會(huì)增加，不

10、會(huì)減小，B項(xiàng)錯(cuò)誤。熱力學(xué)第二定律中，熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳導(dǎo)低溫物體實(shí)質(zhì)就是熵增加的過(guò)程，C項(xiàng)正確；熵指的是體系的混亂的程度，熵值越大，代表系統(tǒng)分子運(yùn)動(dòng)越無(wú)序，D項(xiàng)正確。 答案ACD,考點(diǎn)二能源、和可持續(xù)發(fā)展 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)化成內(nèi)能，流散到周?chē)沫h(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(guò)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(lái)看，內(nèi)能較之機(jī)械能、電能等，是一種低品質(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。

11、 (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(lèi),3.能源的開(kāi)發(fā)與利用關(guān)系圖,例2 (多選)下列關(guān)于能量耗散的說(shuō)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(lèi)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(guò)程中有一部分以?xún)?nèi)能的形式被周?chē)h(huán)境吸收，遵守能量守恒定律，但使得能量品質(zhì)降低，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)D正確；耗散的內(nèi)能無(wú)法再被利用，選項(xiàng)B正確；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(guò)程卻不能夠全額進(jìn)行，選項(xiàng)C正確。故選B、C、D。 【

12、答案】BCD,名師點(diǎn)撥 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(guò)程具有方向性。,3(多選)下面關(guān)于能源的說(shuō)法正確的是 A一切能源是取之不盡、用之不竭的 B能源是有限的，特別是常規(guī)能源，如煤、石油、天然氣等 C大量消耗常規(guī)能源會(huì)使環(huán)境惡化，故提倡開(kāi)發(fā)利用新能源 D核能的利用對(duì)環(huán)境的影響比燃燒石油、煤炭大,解析盡管能量守恒，但耗散的內(nèi)能無(wú)法重新收集利用，所以能源是有限的，特別是常規(guī)能源，A錯(cuò)誤，B正確；常規(guī)能源的利用比核能的利用對(duì)環(huán)境的影響大，C正確，D錯(cuò)誤。 答案BC,4(多選)下列對(duì)能量耗散的理解正確的有 A能量耗散說(shuō)明能量在不斷地減少 B能量耗散不違背能量守恒定律 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會(huì)轉(zhuǎn)化為流散到周?chē)h(huán)境中的內(nèi)能，無(wú)法再回收利用，這種現(xiàn)象叫能量耗散。能量耗散并不違背能量守恒定律，宇宙的能量既沒(méi)有減少，也沒(méi)有消失，它只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)誤，B、D正確。 答案BD,