2025/7/7第五節(jié)熱力學(xué)第二定律的微觀解釋

第六節(jié)能源和可持續(xù)發(fā)展2025/7/7

核心要點(diǎn)突破課堂互動(dòng)講練知能優(yōu)化訓(xùn)練第六節(jié)課前自主學(xué)案課標(biāo)定位2025/7/7課標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.知道什么是有序和無序、宏觀態(tài)和微觀態(tài)．2．理解熱力學(xué)第二定律的微觀意義，了解熵的概念及用熵的概念表示的熱力學(xué)第二定律．3．認(rèn)識(shí)能源和環(huán)境與人類生存的關(guān)系，知道可持續(xù)發(fā)展的重大意義，增強(qiáng)保護(hù)環(huán)境的意識(shí)．重點(diǎn)難點(diǎn)：通過對(duì)實(shí)例分析，理解有序和無序、宏觀態(tài)和微觀態(tài)的概念，歸納總結(jié)出熱力學(xué)第二定律的微觀意義，引出熵的概念．2025/7/7課前自主學(xué)案一、有序和無序宏觀態(tài)和微觀態(tài)1．有序和無序：只要確定了某種規(guī)則，符合這個(gè)規(guī)則的就叫做________不符合某種確定規(guī)則的稱為________無序意味著各處都一樣，平均、沒有差別，有序則相反．2．宏觀態(tài)和微觀態(tài)：在統(tǒng)計(jì)物理學(xué)中，符合某種___________的狀態(tài)，叫做熱力學(xué)系統(tǒng)的宏觀態(tài)．有序．無序．規(guī)則規(guī)定2025/7/7一個(gè)規(guī)則下，即一個(gè)宏觀態(tài)下，可能有不同方案，每個(gè)方案就是一個(gè)___________即與一個(gè)宏觀態(tài)對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)可能不止一個(gè)，如果一個(gè)宏觀態(tài)對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)比較多，就說這個(gè)宏觀態(tài)是比較______的．二、氣體向真空的擴(kuò)散1．宏觀自發(fā)過程的方向性：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______向著_______發(fā)展的．微觀態(tài)．無序有序無序2025/7/72．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(yùn)動(dòng)的無序性_______的方向進(jìn)行．三、熵1．熵(1)物理意義:系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)_________的量度．(2)表達(dá)式S＝_______，S表示熵，k表示玻耳茲曼常量，Ω表示微觀態(tài)的數(shù)目．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_____________增大無序程度klnΩ不會(huì)減?。?025/7/73．熱力學(xué)第二定律的微觀涵義：熱力學(xué)第二定律是一個(gè)_______規(guī)律，一個(gè)孤立系統(tǒng)總是從熵____的狀態(tài)向熵_____的狀態(tài)發(fā)展，而熵值較大代表著較為_______，所以自發(fā)的宏觀過程總是向_____________的方向發(fā)展．四、能量耗散和品質(zhì)降低1．能量耗散：系統(tǒng)的________流散到周圍環(huán)境中，沒有辦法把這些內(nèi)能收集起來加以利用，這種現(xiàn)象叫做_____________統(tǒng)計(jì)小大無序無序度更大內(nèi)能能量耗散．2025/7/72．品質(zhì)降低：能量從__________的形式降級(jí)為___________的形式叫品質(zhì)降低．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_________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_______五、能源與人類社會(huì)發(fā)展能源是社會(huì)存在與發(fā)展永遠(yuǎn)不可或缺的必需品，是國民經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的物質(zhì)基礎(chǔ),它與______、______構(gòu)成現(xiàn)代社會(huì)的三大支柱．高度有用不大可用方向性．降低．材料信息2025/7/7六、能源與環(huán)境1．人們把煤、石油、天然氣等化石能源叫做____能源，人類消耗的能源主要是_______能源．2．化石能源的儲(chǔ)藏是有限的．3．環(huán)境問題化石能源的大量消耗帶來的環(huán)境問題有_________、______、___________等．七、開發(fā)新能源常規(guī)常規(guī)溫室效應(yīng)酸雨光化學(xué)煙霧2025/7/71．化石能源的短缺和利用常規(guī)能源帶來的環(huán)境污染，使得_________的開發(fā)成為當(dāng)務(wù)之急．2．新能源主要有下列幾種：(1)太陽能．(2)生物質(zhì)能．(3)風(fēng)能．(4)核能．(5)水流(河流、潮汐)能．太陽能、風(fēng)能、水流能是清潔能源，也是“可再生能源”．新能源2025/7/7核心要點(diǎn)突破一、熱力學(xué)第二定律的微觀意義的理解1．有序、無序的含義“無序”意味著各處一樣、平均、沒有差別，而有序則正好相反．2．熵的含義“有序”和“無序”是相對(duì)而言的，是從有序程度上講的，熵是宏觀態(tài)無序程度的量度，熵越高，意味著宏觀態(tài)所對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目越多，即越無序，熵越低即越有序．2025/7/73．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(yùn)動(dòng)，但是高溫物體中分子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率要大于低溫物體．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(yùn)動(dòng)的劇烈程度會(huì)逐漸加劇，即低溫物體的溫度升高了．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了．所以從宏觀熱現(xiàn)象角度來看，傳熱具有方向性，總是從高溫物體2025/7/7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(gè)物體，而終了狀態(tài)兩個(gè)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)向無序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程．4．熱力學(xué)第二定律的微觀意義2025/7/7第二定律揭示了涉及熱現(xiàn)象的一切宏觀的自然過程都只能在一個(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程中，哪些可能發(fā)生，哪些不可能發(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(shí)間的方向性．所以，“熵”又常常被稱為“時(shí)間箭頭”．2025/7/7即時(shí)應(yīng)用

(即時(shí)突破，小試牛刀)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2025/7/7D．在任何自然過程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)減小解析：選AD.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，我們知道熱力學(xué)第二定律是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，A對(duì)．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，則D對(duì)．所以選A、D.2025/7/7二、能源概念、分類1．概念：能源是提供可利用能量的物質(zhì)．2．能源的分類能源分類方法能源分類名稱特點(diǎn)舉例按形成或轉(zhuǎn)換特點(diǎn)分一次能源自然形成，未經(jīng)加工太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、核能、潮汐能二次能源由一次能源?jīng)加工轉(zhuǎn)換而成焦炭、木炭、蒸汽、液化氣、酒精、汽油、電能2025/7/7能源分類方法能源分類名稱特點(diǎn)舉例按利用技術(shù)分常規(guī)能源已大規(guī)模正常使用煤、石油、天然氣、水能新能源正在開發(fā)，或有新的利用方式太陽能、核能、地?zé)崮?、海洋能、沼氣、風(fēng)能按可否再生分可再生能源可循環(huán)使用、不斷補(bǔ)充水能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮懿豢稍偕茉炊唐趦?nèi)無法轉(zhuǎn)換獲得煤、石油、天然氣、核燃料2025/7/7能源分類方法能源分類名稱特點(diǎn)舉例按對(duì)環(huán)境污染情況分清潔能源對(duì)環(huán)境基本上沒有污染太陽能、海洋能、風(fēng)能、水能污染能源會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境化石燃料(煤、石油、天然氣)2025/7/7課堂互動(dòng)講練類型一熱力學(xué)第二定律的微觀意義

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．傳熱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)化的過程例12025/7/7C．傳熱的自然過程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D．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【精講精析】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)宏觀過程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，2025/7/7而不是變成了有序，傳熱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，故選C.【答案】

C【方法總結(jié)】一切自然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．2025/7/7變式訓(xùn)練1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2025/7/7解析：選AC.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C正確，D錯(cuò)誤．2025/7/7類型二能量耗散與環(huán)境

下列對(duì)能量耗散的理解正確的有(

)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例22025/7/7【自主解答】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(huì)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．能量耗散并不違反能量守恒定律．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(cuò)誤．【答案】

BD【方法總結(jié)】

(1)能量耗散是指可利用的能量減少，能量的品質(zhì)降低．(2)能量守恒定律依然成立．能量沒有減少，但能源卻會(huì)越來越少，故應(yīng)節(jié)約能源．2025/7/7變式訓(xùn)練2關(guān)于“溫室效應(yīng)”，下列說法正確的是(

)A．太陽能源源不斷地輻射到地球上，由此產(chǎn)生了“溫室效應(yīng)”B．石油和煤炭燃燒時(shí)產(chǎn)生的二氧化碳增加了大氣中二氧化碳的含量，