高二物理课件 10.5 《热力学第二定律的微观解释》（人教选修3-3）

欢迎进入物理课堂 2020 4 8 第五节热力学第二定律的微观解释第六节能源和可持续发展 2020 4 8 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第六节 课前自主学案 课标定位 2020 4 8 课标定位 学习目标 1 知道什么是有序和无序 宏观态和微观态 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 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 重点难点 通过对实例分析 理解有序和无序 宏观态和微观态的概念 归纳总结出热力学第二定律的微观意义 引出熵的概念 2020 4 8 课前自主学案 一 有序和无序宏观态和微观态1 有序和无序 只要确定了某种规则 符合这个规则的就叫做 不符合某种确定规则的称为 无序意味着各处都一样 平均 没有差别 有序则相反 2 宏观态和微观态 在统计物理学中 符合某种 的状态 叫做热力学系统的宏观态 有序 无序 规则规定 2020 4 8 一个规则下 即一个宏观态下 可能有不同方案 每个方案就是一个 即与一个宏观态对应的微观态可能不止一个 如果一个宏观态对应的微观态比较多 就说这个宏观态是比较 的 二 气体向真空的扩散1 宏观自发过程的方向性 自发的过程总是倾向于出现与较多微观态对应的宏观态 因此自发的过程总是从 向着 发展的 微观态 无序 有序 无序 2020 4 8 2 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 的方向进行 三 熵1 熵 1 物理意义 系统内分子运动 的量度 2 表达式S S表示熵 k表示玻耳兹曼常量 表示微观态的数目 2 熵增加原理 在任何自然过程中 一个孤立系统的总熵 增大 无序程度 kln 不会减小 2020 4 8 3 热力学第二定律的微观涵义 热力学第二定律是一个 规律 一个孤立系统总是从熵 的状态向熵 的状态发展 而熵值较大代表着较为 所以自发的宏观过程总是向 的方向发展 四 能量耗散和品质降低1 能量耗散 系统的 流散到周围环境中 没有办法把这些内能收集起来加以利用 这种现象叫做 统计 小 大 无序 无序度更大 内能 能量耗散 2020 4 8 2 品质降低 能量从 的形式降级为 的形式叫品质降低 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 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 五 能源与人类社会发展能源是社会存在与发展永远不可或缺的必需品 是国民经济运行的物质基础 它与 构成现代社会的三大支柱 高度有用 不大可用 方向性 降低 材料 信息 2020 4 8 六 能源与环境1 人们把煤 石油 天然气等化石能源叫做 能源 人类消耗的能源主要是 能源 2 化石能源的储藏是有限的 3 环境问题化石能源的大量消耗带来的环境问题有 等 七 开发新能源 常规 常规 温室效应 酸雨 光化学烟雾 2020 4 8 1 化石能源的短缺和利用常规能源带来的环境污染 使得 的开发成为当务之急 2 新能源主要有下列几种 1 太阳能 2 生物质能 3 风能 4 核能 5 水流 河流 潮汐 能 太阳能 风能 水流能是清洁能源 也是 可再生能源 新能源 2020 4 8 核心要点突破 一 热力学第二定律的微观意义的理解1 有序 无序的含义 无序 意味着各处一样 平均 没有差别 而有序则正好相反 2 熵的含义 有序 和 无序 是相对而言的 是从有序程度上讲的 熵是宏观态无序程度的量度 熵越高 意味着宏观态所对应的微观态数目越多 即越无序 熵越低即越有序 2020 4 8 3 热力学第二定律的微观解释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 传热具有方向性 总是从高温物体 2020 4 8 传给低温物体 换一种角度看 初始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 同理可知 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 4 热力学第二定律的微观意义 2020 4 8 第二定律揭示了涉及热现象的一切宏观的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 自然界涉及热现象的一切宏观过程都是不可逆的 宏观自发过程的这种方向性 熵增加的方向 也就成为时间的方向性 所以 熵 又常常被称为 时间箭头 2020 4 8 即时应用 即时突破 小试牛刀 下列关于热力学第二定律微观意义的说法正确的是 A 从微观的角度看 热力学第二定律是一个统计规律B 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C 有的自然过程沿着分子热运动无序性增大的方向进行 有的自然过程沿着分子热运动无序性减小的方向进行 2020 4 8 D 在任何自然过程中 一个孤立系统的总熵不会减小解析 选AD 从热力学第二定律的微观本质看 一切不可逆过程总是沿着大量分子热运动无序程度增大的方向进行 我们知道热力学第二定律是一个统计规律 A对 任何自然过程总是朝着无序程度增大的方向进行 也就是熵增加的方向进行 则D对 所以选A D 2020 4 8 二 能源概念 分类1 概念 能源是提供可利用能量的物质 2 能源的分类 2020 4 8 2020 4 8 2020 4 8 课堂互动讲练 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 2020 4 8 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 精讲精析 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 2020 4 8 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 方法总结 一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行 2020 4 8 变式训练1对于孤立体系中发生的实际过程 下列说法中正确的是 A 系统的总熵只能增大 不可能减小B 系统的总熵可能增大 可能不变 还可能减小C 系统逐渐从比较有序的状态向更无序的状态发展D 系统逐渐从比较无序的状态向更加有序的状态发展 2020 4 8 解析 选AC 在孤立体系中发生的实际过程 其系统的总熵是增加的 它不可能减小 故A正确 B错误 根据熵增加原理 该系统只能是从比较有序的状态向更无序的状态发展 故C正确 D错误 2020 4 8 下列对能量耗散的理解正确的有 A 能量耗散说明能量在不断减少B 能量耗散遵守能量守恒定律C 能量耗散说明能量不能凭空产生 但可以凭空消失D 能量耗散从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性 2020 4 8 自主解答 在发生能量转化的宏观过程中 其他形式的能量最终会转化为流散到周围环境的内能 无法再回收利用 这种现象叫能量耗散 能量耗散并不违反能量守恒定律 宇宙的能量既没有减少 也没有消失 它只从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性 故A C错误 答案 BD 方法总结 1 能量耗散是指可利用的能量减少 能量的品质降低 2 能量守恒定律依然成立 能量没有减少 但能源却会越来越少 故应节约能源 2020 4 8 变式训练2关于 温室效应 下列说法正确的是 A 太阳能源源不断地辐射到地球上 由此产生了 温室效应 B 石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量 由此产生了 温室效应 C 温室效应 使得地面气温上升 两极冰雪融化D 温室效应 使得土壤酸化 2020 4 8 解析 选BC 温室效应 的产生是由于石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量 它的危害是使地面气温上升 两极冰雪融化 海平面上升 淹没沿海城市 海水向河流倒灌 耕地盐碱化等 故B C选项正确 2020 4 8 本部分内容讲解结束 按ESC键退出全屏播放 谢谢使用 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全