《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頁珍藏版）》請在裝配圖網(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 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了解能源開發(fā)與環(huán)境保護。,一、熱力學(xué)第二定律的微觀解釋 1有序、無序：一個系統(tǒng)的個體按確定的某種規(guī)則，有順序地排列即______；個體分布沒有確定的要求，“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)過程總是沿著分子熱運動的無序性_____的方向進行。,有序,無序,宏觀,不同分布,增大,4熵及

2、熵增加原理 (1)熵：表達式S_______，k表示玻耳茲曼常量，表示一個宏觀狀態(tài)所對應(yīng)的微觀狀態(tài)的數(shù)目。S表示系統(tǒng)內(nèi)分子運動_______的量度，稱為熵。 (2)熵增加原理：在任何自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的總熵________。 自主思考判一判 (1)熵值越大代表著越有序。( ) (2)一個宏觀態(tài)所對應(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 ,無序性,不會減小,,,,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_____，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

3、集起來加以利用的現(xiàn)象。 (2)各種形式的能量向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化是無序程度較小的狀態(tài)向無序程度較大的狀態(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)變化過程具有________。 (4)能量耗散雖然不會導(dǎo)致能量總量的減少卻會導(dǎo)致能量品質(zhì)的_____，實際上是將能量從高度有用的高品質(zhì)形式降級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，在利用它們的時候，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。,如圖1051所示

4、，將一滴紅墨水滴入一杯清水中，紅墨水會逐漸擴散到整杯水中，呈均勻分布狀態(tài)，這個過程中熵的變化情況怎樣？ 提示在這個過程中系統(tǒng)的熵增加。擴散前，紅墨水和清水區(qū)分分明，較有序；后來，整杯水的顏色變得均勻后，打破了原來的有序分布，無序程度增大。因此，擴散后系統(tǒng)的熵增加。,圖1051,考點一對熱力學(xué)第二定律微觀意義的理解 1對熵的理解 (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)分子平均動能大小一樣，系統(tǒng)越混亂，無序程度越大，這個系統(tǒng)的熵就越大。 (2)從微觀的角度看，熱力學(xué)第二定律是一個統(tǒng)計規(guī)律，一個孤立系統(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

5、向無序程度更大的方向發(fā)展。,(3)對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行。或者說，一個孤立系統(tǒng)的熵永遠不會減小，這就是熵增加原理。 (4)在任何自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的總熵不會減小，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象是對于孤立系統(tǒng)，如果是非孤立系統(tǒng)，熵有可能減少。,2對熱力學(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)則的熱運動，但是高溫物體中分子熱運動的平均速率較大，所以在高溫物體分子與低溫物體分子的碰撞過程中，低溫物體分子運動的

6、劇烈程度會逐漸加劇，即低溫物體的溫度升高。而高溫物體分子運動的劇烈程度會減緩，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)分兩個物體，而最終狀態(tài)是兩個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運動狀態(tài)向無序運動狀態(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方向上發(fā)生，而不會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

7、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)，也就成為時間的方向性。所以，熵又被稱為“時間箭頭”。,例1 (多選)關(guān)于熱力學(xué)第二定律的微觀意義，下列說法正確的是 A大量分子無規(guī)則的熱運動能夠自動轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蜻\動 B熱傳遞的自然過程是大量分子從有序運動狀態(tài)向無序運動狀態(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動狀態(tài)向無序程度大的運動狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程 D一切自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行,【解析】分子熱運動是大量分子的無規(guī)則運動，系統(tǒng)的一個宏觀過程包含著大量的微觀狀態(tài)，這是一個無序的運動，根據(jù)熵增加原理，熱運動的結(jié)果

8、只能使分子熱運動更加無序，而不是變成了無序，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動狀態(tài)向無序程度大的運動狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程，故選項C、D正確。 【答案】CD,名師點撥 熱力學(xué)第二定律的微觀解釋 一切自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行。系統(tǒng)自發(fā)變化時，總是向著無序程度增加的方向發(fā)展，至少無序程度不會減少。也就是說，系統(tǒng)自發(fā)變化時，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)進行。,1(多選)下列關(guān)于氣體在真空中的擴散規(guī)律的敘述正確的是 A氣體分子數(shù)越小，擴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，擴散到真空中的分子全部回到原狀態(tài)的可能性越大 C擴散

9、到真空容器中的分子在整個容器中分布越均勻，其宏觀態(tài)對應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目越大 D氣體向真空中擴散時，總是向著分子熱運動的無序性增大的方向進行,,解析由熱力學(xué)第二定律的微觀解釋“一切自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大方向進行”和熵的概念可知，A、C、D正確。 答案ACD,2(多選)下面關(guān)于熵的說法正確的是 A熵是物體內(nèi)分子運動無序程度的量度 B在孤立系統(tǒng)中，一個自發(fā)的過程熵總是向減少的方向進行 C熱力學(xué)第二定律的微觀實質(zhì)是熵是增加的 D熵值越大，代表系統(tǒng)分子運動越無序,解析熵是系統(tǒng)內(nèi)分子運動無序性的量度，熵越大，其無序性越大，A項正確。不可逆絕熱過程中，其宏觀態(tài)對應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目增加，其熵會增加，不

10、會減小，B項錯誤。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)低溫物體實質(zhì)就是熵增加的過程，C項正確；熵指的是體系的混亂的程度，熵值越大，代表系統(tǒng)分子運動越無序，D項正確。 答案ACD,考點二能源、和可持續(xù)發(fā)展 1對“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，卻再也不能驅(qū)動機器做功了。 (2)從可被利用的價值來看，內(nèi)能較之機械能、電能等，是一種低品質(zhì)的能量。由此可知，能量耗散雖然不會導(dǎo)致能量的總量減少，卻會導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低，實際上是將能量從高度有用的形式降級為不大可用的形式。

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,3.能源的開發(fā)與利用關(guān)系圖,例2 (多選)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，故選項A錯誤，選項D正確；耗散的內(nèi)能無法再被利用，選項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，但相反過程卻不能夠全額進行，選項C正確。故選B、C、D。 【

12、答案】BCD,名師點撥 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程具有方向性。,3(多選)下面關(guān)于能源的說法正確的是 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)能源會使環(huán)境惡化，故提倡開發(fā)利用新能源 D核能的利用對環(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錯誤，B正確；常規(guī)能源的利用比核能的利用對環(huán)境的影響大，C正確，D錯誤。 答案BC,4(多選)下列對能量耗散的理解正確的有 A能量耗散說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會轉(zhuǎn)化為流散到周圍環(huán)境中的內(nèi)能，無法再回收利用，這種現(xiàn)象叫能量耗散。能量耗散并不違背能量守恒定律，宇宙的能量既沒有減少，也沒有消失，它只從能量角度反映出自然界的宏觀過程具有方向性，故A、C錯誤，B、D正確。 答案BD,