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(gè)分子分布的最大一種可能和最小一種可能的情況.問題設(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(dòng)的分子組成的.因?yàn)槿魏螣崃W(xué)過程都伴隨著分子的無序運(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(dòng)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(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，就說這個(gè)“ ”是比較無序的.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.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(jì)2.化石能源的大量消耗會(huì)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(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(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

7、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)宏觀狀態(tài)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(dòng)狀態(tài)向無序程度大的運(yùn)動(dòng)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(cuò)誤的是()A.熵是系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)無序性的量度B.在自然過程中一個(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序解析一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無序性增

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(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說法正確，C說法錯(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

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程具有方向性，故A、C錯(cuò)，B、D對(duì).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(dòng)、植物轉(zhuǎn)化成的，其來源可追溯到太陽能，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

10、度看，熱力學(xué)第二定律是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律B.一切自然過程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)無序性減小的方向進(jìn)行D.在任何自然過程中，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，一切不可逆過程總是沿著大量分子熱運(yùn)動(dòng)無序程度增大的方向進(jìn)行，B、C錯(cuò)；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(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

11、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)展解析在孤立體系中發(fā)生的實(shí)際過程，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)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(cuò)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(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課堂要點(diǎn)小結(jié)