《2018-2019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 能源和可持续发展课件 新人教版选修3-3》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2018-2019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 能源和可持续发展课件 新人教版选修3-3（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第第5 5节热力学第二定律的微观节热力学第二定律的微观 解释解释第第6 6节能源和可持续发展节能源和可持续发展学习目标学习目标1了解了解热力学第二定律的微力学第二定律的微观意意义。2知知道道能能量量耗耗散散，理理解解能能量量耗耗散散会会导致致能能量量品品质的降低。的降低。3知道能源利用与知道能源利用与环境境污染。染。4了解能源开了解能源开发与与环境保境保护。基础落实基础落实新知探究新知探究一、热力学第二定律的微观解释一、热力学第二定律的微观解释1有有序序、无无序序：一一个个系系统的的个个体体按按确确定定的的某某种种规则，有有顺序序地地排排列列即即_；个个体体分分布布没没有有确确定定的的要要求，
2、求，“怎怎样分布都可以分布都可以”即即_。2宏宏观观态态、微微观观态态：系系统的的_状状态即即宏宏观态，系系统内个体的内个体的_状状态即微即微观态。3热热力力学学第第二二定定律律的的微微观观意意义义：一一切切自自发过程程总是沿着分子是沿着分子热运运动的无序性的无序性_的方向的方向进行。行。有序有序无序无序宏宏观不同分布不同分布增大增大4熵及熵增加原理熵及熵增加原理(1)熵熵：表表达达式式S_，k表表示示玻玻耳耳兹兹曼曼常常量量，表表示示一一个个宏宏观观状状态态所所对对应应的的微微观观状状态态的的数数目目。S表表示示系统内分子运动系统内分子运动_的量度，称为熵。的量度，称为熵。(2)熵熵增增加加
3、原原理理：在在任任何何自自然然过过程程中中，一一个个孤孤立立系系统的总熵统的总熵_。自主思考自主思考判一判判一判(1)熵值越大代表着越有序。熵值越大代表着越有序。( )(2)一一个个宏宏观观态态所所对对应应的的微微观观态态数数目目越越多多，则则熵熵越越大。大。( )(3)孤立系统的总熵可能增大，也可能减小。孤立系统的总熵可能增大，也可能减小。( )Kln 无序性无序性不会减小不会减小二、能源和可持续发展二、能源和可持续发展1能量耗散和品质降低能量耗散和品质降低(1)能能量量耗耗散散：有有序序度度较高高(集集中中度度较高高)的的能能量量转化化为_，成成为更更加加分分散散因因而而也也是是无无序序度
4、度更更大大的的能能量量，分散到分散到环境中无法重新收集起来加以利用的境中无法重新收集起来加以利用的现象。象。(2)各各种种形形式式的的能能量量向向内内能能的的转化化是是无无序序程程度度较小小的的状状态向向无无序序程程度度较大大的的状状态的的转化化，是是能能够_、全、全额发生的。生的。内能内能自自动发生生 (3)能能量量耗耗散散从从能能量量转化化的的角角度度反反映映出出自自然然界界中中的的自自发变化化过程具有程具有_。(4)能能量量耗耗散散虽然然不不会会导致致能能量量总量量的的减减少少却却会会导致致能能量量品品质的的_，实际上上是是将将能能量量从从高高度度有有用用的的高高品品质形式降形式降级为不
5、大可用的低品不大可用的低品质形式。形式。 2能源和环境能源和环境方向性方向性降低降低自主思考自主思考想一想想一想既然能量是守恒的既然能量是守恒的，我们为什么还要节约能源？，我们为什么还要节约能源？答答案案能能量量是是守守恒恒的的，但但能能量量耗耗散散却却导致致能能量量品品质的的降降低低，在在利利用用它它们的的时候候，高高品品质的的能能量量释放放出出来来并最并最终转化化为低品低品质的能量。的能量。如如图1051所示，将一滴所示，将一滴红墨水墨水滴入一杯清水中，滴入一杯清水中，红墨水会逐墨水会逐渐扩散到散到整杯水中，呈均匀分布状整杯水中，呈均匀分布状态，这个个过程程中中熵的的变化情况怎化情况怎样？
6、提示提示在这个过程中系统的熵增加。在这个过程中系统的熵增加。扩散前扩散前，红墨水和清水区分分明，较有，红墨水和清水区分分明，较有序；后来，整杯水的颜色变得均匀后，序；后来，整杯水的颜色变得均匀后，打破了原来的有序分布，无序程度增大。打破了原来的有序分布，无序程度增大。因此，扩散后系统的熵增加。因此，扩散后系统的熵增加。 图1051 考点一考点一对热力学第二定律微观意义的理解对热力学第二定律微观意义的理解1对熵的理解对熵的理解(1)熵是是反反映映系系统无无序序程程度度的的物物理理量量，正正如如温温度度反反映映物物体体内内分分子子平平均均动能能大大小小一一样，系系统越越混混乱乱，无无序序程程度度越
7、大，越大，这个系个系统的的熵就越大。就越大。(2)从从微微观的的角角度度看看，热力力学学第第二二定定律律是是一一个个统计规律律，一一个个孤孤立立系系统总是是从从熵小小的的状状态向向熵大大的的状状态发展展，而而熵值较大大代代表表着着较为无无序序，所所以以自自发的的宏宏观过程程总是是向无序程度更大的方向向无序程度更大的方向发展。展。课堂互动课堂互动突破考点突破考点 (3)对于于绝热或或孤孤立立的的热力力学学系系统而而言言，所所发生生的的是是由由非非平平衡衡态向向着着平平衡衡态的的变化化过程程，因因此此，总是是朝朝着着熵增增加加的的方方向向进行行。或或者者说，一一个个孤孤立立系系统的的熵永永远不会减
8、小，不会减小，这就是就是熵增加原理。增加原理。(4)在在任任何何自自然然过程程中中，一一个个孤孤立立系系统的的总熵不不会会减减小小，如如果果过程程可可逆逆，则熵不不变；如如果果过程程不不可可逆逆，则熵增加。增加。温温馨馨提提醒醒熵熵增增加加原原理理的的适适用用对对象象是是对对于于孤孤立立系系统统，如果是非孤立系统，熵有可能减少。，如果是非孤立系统，熵有可能减少。2对热力学第二定律微观意义的理解对热力学第二定律微观意义的理解(1)热力学第二定律的微力学第二定律的微观解解释：高高温温物物体体和和低低温温物物体体中中的的分分子子都都在在做做无无规则的的热运运动，但但是是高高温温物物体体中中分分子子热
9、运运动的的平平均均速速率率较大大，所所以以在在高高温温物物体体分分子子与与低低温温物物体体分分子子的的碰碰撞撞过程程中中，低低温温物物体体分分子子运运动的的剧烈烈程程度度会会逐逐渐加加剧，即即低低温温物物体体的的温温度度升升高高。而而高高温温物物体体分分子子运运动的的剧烈烈程程度度会会减减缓，即即高高温温物物体体的的温温度度降降低低。所所以以从从宏宏观热现象象角角度度来来看看，热传递具具有有方方向向性性，总是是从从高高温温物物体体传给低低温温物物体体。换一一种种角角度度看看，初初始始我我们根根据据温温度度的的高高低低来来区区分分两两个个物物体体，而而最最终状状态是是两两个个物物体体上上的的温温
10、度度处处相相同同，无无法法区区别，我我们就就说系系统的无序程度增加了。的无序程度增加了。同同理理可可知知，在在通通过做做功功使使系系统内内能能增增加加的的过程程中中，自自然然过程程是是大大量量分分子子从从有有序序运运动状状态向向无无序序运运动状状态转化的化的过程。程。(2)热力学第二定律的微力学第二定律的微观意意义：热力力学学第第二二定定律律揭揭示示了了涉涉及及热现象象的的一一切切宏宏观自自然然过程程都都只只能能在在一一个个方方向向上上发生生，而而不不会会可可逆逆地地在在相相反反的的方方向向上上出出现，它它指指出出在在能能量量得得以以平平衡衡的的众众多多过程程中中，哪哪些些可可能能发生生，哪哪
11、些些不不可可能能发生生。自自然然界界涉涉及及热现象象的的一一切切宏宏观过程程都都是是不不可可逆逆的的，宏宏观自自发过程程的的这种种方方向向性性(熵增增加加的的方方向向)，也也就就成成为时间的的方方向向性性。所所以以，熵又又被被称称为“时间箭箭头”。例例1 (多多选)关关于于热力力学学第第二二定定律律的的微微观意意义，下下列列说法正确的是法正确的是A大大量量分分子子无无规则的的热运运动能能够自自动转变为有有序序运运动B热传递的的自自然然过程程是是大大量量分分子子从从有有序序运运动状状态向向无序运无序运动状状态转化的化的过程程C.热传递的的自自然然过程程是是大大量量分分子子从从无无序序程程度度小小
12、的的运运动状状态向无序程度大的运向无序程度大的运动状状态转化的化的过程程D D一一切切自自然然过程程总是是沿沿着着分分子子热运运动的的无无序序性性增增大大的方向的方向进行行 【解解析析】分分子子热热运运动动是是大大量量分分子子的的无无规规则则运运动动，系系统统的的一一个个宏宏观观过过程程包包含含着着大大量量的的微微观观状状态态，这这是是一一个个无无序序的的运运动动，根根据据熵熵增增加加原原理理，热热运运动动的的结结果果只只能能使使分分子子热热运运动动更更加加无无序序，而而不不是是变变成成了了无无序序，热热传传递递的的自自然然过过程程从从微微观观上上讲讲就就是是大大量量分分子子从从无无序序程程度
13、度小小的的运运动动状状态态向向无无序序程程度度大大的的运运动动状状态态转转化化的的过过程程，故故选选项项C C、D D正确正确。【答案答案】CD名名师点点拨热力学第二定律的微观解释热力学第二定律的微观解释一一切切自自然然过过程程总总是是沿沿着着分分子子热热运运动动的的无无序序性性增增大大的的方方向向进进行行。系系统统自自发发变变化化时时，总总是是向向着着无无序序程程度度增增加加的的方方向向发发展展，至至少少无无序序程程度度不不会会减减少少。也也就就是是说说，系系统统自自发发变变化化时时，总总是是由由热热力力学学概概率率小小的的状状态态向向热热力力学概率大的状态进行。学概率大的状态进行。1(多多
14、选)下下列列关关于于气气体体在在真真空空中中的的扩散散规律律的的叙叙述正确的是述正确的是A气气体体分分子子数数越越小小，扩散散到到真真空空中中的的分分子子全全部部回回到原状到原状态的可能性越大的可能性越大B气气体体分分子子数数越越大大，扩散散到到真真空空中中的的分分子子全全部部回回到原状到原状态的可能性越大的可能性越大C扩散散到到真真空空容容器器中中的的分分子子在在整整个个容容器器中中分分布布越越均匀，其宏均匀，其宏观态对应的微的微观态数目越大数目越大D气气体体向向真真空空中中扩散散时，总是是向向着着分分子子热运运动的的无序性增大的方向无序性增大的方向进行行解解析析由由热热力力学学第第二二定定
15、律律的的微微观观解解释释“一一切切自自然然过过程程总总是是沿沿着着分分子子热热运运动动的的无无序序性性增增大大方方向向进进行行”和和熵熵的的概念可知，概念可知，A、C、D正确。正确。答案答案ACD2(多多选)下面关于下面关于熵的的说法正确的是法正确的是A熵是物体内分子运是物体内分子运动无序程度的量度无序程度的量度B在在孤孤立立系系统中中，一一个个自自发的的过程程熵总是是向向减减少少的方向的方向进行行C热力学第二定律的微力学第二定律的微观实质是是熵是增加的是增加的D熵值越大，代表系越大，代表系统分子运分子运动越无序越无序解解析析熵熵是是系系统统内内分分子子运运动动无无序序性性的的量量度度，熵熵越
16、越大大，其其无无序序性性越越大大，A项项正正确确。不不可可逆逆绝绝热热过过程程中中，其其宏宏观观态态对对应应的的微微观观态态数数目目增增加加，其其熵熵会会增增加加，不不会会减减小小，B项项错错误误。热热力力学学第第二二定定律律中中，热热量量只只能能自自发发地地从从高高温温物物体体传传导导低低温温物物体体实实质质就就是是熵熵增增加加的的过过程程，C项项正正确确；熵熵指指的的是是体体系系的的混混乱乱的的程程度度，熵熵值值越越大大，代代表表系系统分子运动越无序，统分子运动越无序，D项正确。项正确。答案答案ACD考点二能源、和可持续发展考点二能源、和可持续发展1对对“能量耗散和品质降低能量耗散和品质降
17、低”的理解的理解(1)各各种种形形式式的的能能最最终都都转化化成成内内能能，流流散散到到周周围的的环境境中中，分分散散在在环境境中中的的内内能能不不管管数数量量多多么么巨巨大大，它它也也不不过只只能能使使地地球球、大大气气稍稍稍稍变暖暖一一点点，却却再再也也不不能能驱动机器做功了。机器做功了。(2)从从可可被被利利用用的的价价值来来看看，内内能能较之之机机械械能能、电能能等等，是是一一种种低低品品质的的能能量量。由由此此可可知知，能能量量耗耗散散虽然然不不会会导致致能能量量的的总量量减减少少，却却会会导致致能能量量品品质的的降降低低，实际上是将能量从高度有用的形式降上是将能量从高度有用的形式降
18、级为不大可用的形式。不大可用的形式。(3)能量耗散能量耗散导致可利用能源减少，所以要致可利用能源减少，所以要节约能源。能源。2能源的分类能源的分类能源分能源分类方法方法能源分能源分类名称名称特点特点举例例按形成按形成或或转换特点分特点分一次一次能源能源自然形成，未自然形成，未经加工加工太阳能、太阳能、风能、地能、地热能、核能、潮汐能能、核能、潮汐能二次二次能源能源由一次能源由一次能源经加工加工转换而成而成焦炭、木炭、蒸气、焦炭、木炭、蒸气、液化气、酒精、汽油、液化气、酒精、汽油、电能能按利用按利用技技术分分常常规能源能源已大已大规模正常模正常使用使用煤、石油、天然气、煤、石油、天然气、水能水能
19、新能源新能源正在开正在开发，或，或有新的利用方有新的利用方式式太阳能、地太阳能、地热能、海能、海洋能、沼气、洋能、沼气、风能能按可否按可否再生分再生分可再生能可再生能源源可循可循环使用使用水能、水能、风能、能、生物生物质能、地能、地热能能不可再生不可再生能源能源短期内无法短期内无法转换获得得煤、石油、天煤、石油、天然气、核燃料然气、核燃料按按对环境境污染染情况分情况分清清洁能源能源对环境基本上没境基本上没有有污染染太阳能、海洋太阳能、海洋能、能、风能、水能、水能能污染能源染能源 会会严重重污染染环境境化石燃料化石燃料(煤、煤、石油、天然气石油、天然气)3.能源的开发与利用关系图能源的开发与利用
20、关系图例例2 (多多选)下列关于能量耗散的下列关于能量耗散的说法正确的是法正确的是A能能量量耗耗散散使使能能的的总量量减减少少，违背背了了能能量量守守恒恒定定律律B能能量量耗耗散散是是指指耗耗散散在在环境境中中的的内内能能再再也也不不能能被被人人类利用利用C各各种种形形式式的的能能量量向向内内能能的的转化化，是是能能够自自动全全额发生的生的D能量耗散能量耗散导致能量品致能量品质的降低的降低 【解解析析】能能量量耗耗散散是是能能量量在在转转化化的的过过程程中中有有一一部部分分以以内内能能的的形形式式被被周周围围环环境境吸吸收收，遵遵守守能能量量守守恒恒定定律律，但但使使得得能能量量品品质质降降低
21、低，故故选选项项A错错误误，选选项项D正正确确；耗耗散散的的内内能能无无法法再再被被利利用用，选选项项B正正确确；其其他他形形式式的的能能在在一一定定的的条条件件下下可可以以全全部部转转化化为为内内能能，但但相相反反过过程程却却不不能够全额进行，选项能够全额进行，选项C正确。故选正确。故选B、C、D。【答案答案】BCD名名师点点拨能能量量耗耗散散不不仅仅遵遵循循能能量量守守恒恒定定律律，而而且且从从能能量量的的角度反映出自然界的宏观过程具有方向性。角度反映出自然界的宏观过程具有方向性。3(多多选)下面关于能源的下面关于能源的说法正确的是法正确的是A一切能源是取之不尽、用之不竭的一切能源是取之不
22、尽、用之不竭的B能能源源是是有有限限的的，特特别是是常常规能能源源，如如煤煤、石石油油、天然气等天然气等C大大量量消消耗耗常常规能能源源会会使使环境境恶化化，故故提提倡倡开开发利用新能源利用新能源D核能的利用核能的利用对环境的影响比燃境的影响比燃烧石油、煤炭大石油、煤炭大解解析析尽尽管管能能量量守守恒恒，但但耗耗散散的的内内能能无无法法重重新新收收集集利利用用，所所以以能能源源是是有有限限的的，特特别别是是常常规规能能源源，A错错误误，B正正确确；常常规规能能源源的的利利用用比比核核能能的的利利用用对对环环境境的的影影响响大大，C正确正确，D错误。错误。答案答案BC4(多多选)下列下列对能量耗
23、散的理解正确的有能量耗散的理解正确的有A能量耗散能量耗散说明能量在不断地减少明能量在不断地减少B能量耗散不能量耗散不违背能量守恒定律背能量守恒定律C能能量量耗耗散散说明明能能量量不不能能凭凭空空产生生，但但可可以以凭凭空空消失消失D能能量量耗耗散散从从能能量量角角度度反反映映自自然然界界的的宏宏观过程程具具有方向性有方向性解解析析在在发发生生能能量量转转化化的的宏宏观观过过程程中中，其其他他形形式式的的能能量量最最终终会会转转化化为为流流散散到到周周围围环环境境中中的的内内能能，无无法法再再回回收收利利用用，这这种种现现象象叫叫能能量量耗耗散散。能能量量耗耗散散并并不不违违背背能能量量守守恒恒定定律律，宇宇宙宙的的能能量量既既没没有有减减少少，也也没没有有消消失失，它它只只从从能能量量角角度度反反映映出出自自然然界界的的宏宏观观过过程程具具有有方方向向性性，故故A、C错误错误，B、D正确。正确。答案答案BD
