2019-2020学年高中物理 第十章 热力学定律 第5节 热力学第二定律的微观解释 第6节 能源和可持续发展学案 新人教版选修3-3.doc

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1、第5节　热力学第二定律的微观解释第6节　能源和可持续发展　1.理解有序和无序、宏观态和微观态的概念．　2.理解热力学第二定律的微观意义，了解熵的概念及用熵的概念表示的热力学第二定律．　3.了解什么是能量耗散和品质降低，认识能源和环境与人类生存的关系，知道可持续发展的重大意义，增强保护环境的意识．一、热力学第二定律的微观解释1．有序、无序：一个系统的个体按确定的某种规则，有顺序地排列即有序；个体分布没有确定的要求，“怎样分布都可以”即无序．2．宏观态、微观态：系统的宏观状态即宏观态，系统内个体的不同分布状态即微观

2、态．3．热力学第二定律的微观意义：一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行．4．熵及熵增加原理(1)熵：表达式S＝kln__Ω，k表示玻耳兹曼常量，Ω表示一个宏观状态所对应的微观状态的数目．S表示系统内分子运动无序性的量度，称为熵．(2)熵增加原理：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小．(1)熵值越大代表着越有序．(　　)(2)一个宏观态所对应的微观态数目越多，则熵越大．(　　)(3)孤立系统的总熵可能增大，也可能减小．(　　)提示：(1)×　(2)√　(3)×二、能源和可持续发展1．能量耗

3、散和品质降低(1)能量耗散：有序度较高(集中度较高)的能量转化为内能，成为更加分散因而也是无序度更大的能量，分散到环境中无法重新收集起来加以利用的现象．(2)各种形式的能量向内能的转化是无序程度较小的状态向无序程度较大的状态的转化，是能够自动发生、全额发生的．(3)能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的自发变化过程具有方向性．(4)能量耗散虽然不会导致能量总量的减少却会导致能量品质的降低，实际上是将能量从高度有用的高品质形式降级为不大可用的低品质形式.2．能源和环境-6-既然能量是守恒的，我们为什么还要节约能

4、源？提示：能量是守恒的，但能量耗散却导致能量品质的降低，在利用它们的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的能量．　热力学第二定律的微观意义1．热力学第二定律的微观解释(1)高温物体和低温物体中的分子都在做无规则的热运动，但是高温物体中分子热运动的平均速率要大于低温物体．所以在高温物体分子与低温物体分子的碰撞过程中，低温物体分子运动的剧烈程度会逐渐加剧，即低温物体的温度升高了，而高温物体分子运动的剧烈程度会减缓，即高温物体的温度降低了．所以从宏观热现象角度来看，热传递具有方向性，总是从高温物体传给低温物体

5、.(2)换一种角度看，初始状态我们根据温度的高低来区分两个物体，而终了状态两个物体上的温度处处相同，无法区别，我们就说系统的无序程度增加了．(3)在通过做功使系统内能增加的过程中，自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程．2．热力学第二定律的微观意义：热力学第二定律揭示了涉及热现象的一切宏观自然过程都只能在一个方向上发生，而不会可逆地在相反的方向上出现．它指出在能量得以平衡的众多过程中，哪些可能发生，哪些不可能发生．　关于热力学第二定律的微观意义，下列说法正确的是(　　)A．大量分子无规则的热运

6、动能够自动转变为有序运动B．传热的自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程C．传热的自然过程是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程D．一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行[解析]　分子热运动是大量分子的无规则运动，系统的一个宏观过程包含着大量的微观状态，这是一个无序的运动，根据熵增加原理，热运动的结果只能使分子热运动更加无序，而不是变成了有序，传热的自然过程从微观上讲就是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程，故选C．[答案]　C-

7、6-(1)一切自发过程都是不可逆的，总是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化发展的过程，即无序性增加的过程．(2)传热过程是大量分子由无序程度小的运动状态转化为无序程度大的运动状态的过程，体现了热传递的方向性．　　1.(多选)关于气体向真空中扩散的规律的叙述中正确的是(　　)A．气体分子数越少，扩散到真空中的分子全部回到原状态的可能性越大B．气体分子数越多，扩散到真空中的分子全部回到原状态的可能性越大C．扩散到真空中的分子在整个容器中分布越均匀，其宏观态对应的微观态数目越大D．气体向真空中扩散时，总是沿着分

8、子热运动的无序性增大的方向进行解析：选ACD．气体分子向真空中扩散时，分子数越少，分子全部分布于原状态下即全部回到原状态的概率越大；分子数越多，分子全部分布于原状态下即全部回到原状态的概率越小，则A正确、B错误．扩散到真空中的分子在整个容器中均匀分布的概率最大，即其宏观态对应的微观态最多，并且这一宏观态的无序性最大，C、D正确.　熵和熵增加原理1．熵是反映系统无序程度的物理量，正如温度