发布时间 : 星期四 文章人教版高中物理选修(33)第十章 第5讲、第6讲《热力学第二定律的微观解释、能源和可持续发展》学案+练习更新完毕开始阅读ae4ff2ee5122aaea998fcc22bcd126fff6055d60
第5讲 热力学第二定律的微观解释
第6讲 能源和可持续发展
[目标定位] 1.了解有序和无序是相对的． 2.知道宏观态与微观态，知道宏观态对应的微观态的数目与无序程度的关系． 3.知道熵的概念，了解熵增加原理，知道它是热力学第二定律的另一种表述． 4.能利用熵增加原理认识自然界中能量转化的方向性． 5.能从熵增加的角度认识当前环境问题，增强环保意识和可持续发展意识．
一、有序和无序 宏观态和微观态
1．系统的宏观表现源于组成系统的微观粒子的统计规律． 2．有序与无序是相对的．
3．一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说这个“宏观态”是比较无序的．
二、热力学第二定律的微观意义 1．气体向真空的扩散
气体的自由扩散过程是沿着无序性增大的方向进行的． 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增大的方向进行． 三、熵 1．熵的概念
物理学中用字母Ω表示一个宏观状态所对应的微观状态的数目，用字母S表示熵，则
S＝kln_Ω 式中k叫做玻耳兹曼常数． 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．这就是熵增加原理，也是热力学第二定律的另一种表述．
四、能量耗散和品质降低
1．能量在数量上虽然守恒，但其转移和转化却具有方向性．
2．有序性较高的能量转化为无序性更大的能量过程中存在能量耗散．在其转化过程中能量的品质降低．
五、能源和环境
能源常规能源：煤、 石油、天然气等环境问题：温室效应、 酸雨、光化学烟雾新能源： 太阳能、生物质能、风能等
一、热力学第二定律的微观意义 1．正确理解宏观态和微观态
规定了某种规则，我们就规定了一个“宏观态”，这个“宏观态”可能包含一种或几种“微观态”，不同的“宏观态”对应的微观态的个数不同．如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说这个“宏观态”是比较无序的．
2．热力学第二定律的微观解释
我们所说的有序状态，指的是对应着较少微观态的宏观态．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有序向着无序发展的．
例1 下列说法中正确的是( ) A．有序与无序是相对的
B．对任何一件事物，如果规定得越多，限制越多，它的无序性就越大 C．有序性越大，说明它对应的微观态数目就越多 D．有序性越大，说明它对应的微观态数目就越少 答案 AD
例2 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．热传递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．热传递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的无序性增大的方向进行 答案 CD
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，热传递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、D.
借题发挥 解此类题目要理解好有序和无序，确定某种规则，符合这个规则的就是有序的，不符合确定的规则和要求的分布是无序的．
无序意味着各处平均没有差别；而有序则相反，是按照某种规则排列的，有序与无序是相对的，
二、熵增加原理
1．熵较大的宏观状态就是无序性较大的宏观状态，在自发过程中熵总是增加的，即向无序性增加的方向进行．
2．从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律：一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序度更大的方向发展．
例3 下列关于熵的观点中正确的是( ) A．熵越大，系统的无序度越大
B．对于一个不可逆绝热过程，其熵总不会减小 C．气体向真空扩散时，熵值减小
D．自然过程中熵总是增加的，是因为通向无序的渠道要比通向有序的渠道多得多
答案 ABD
解析 熵是系统内分子运动无序性的量度，熵越大，其无序度越大，选项A正确；一个不可逆绝热过程，其宏观状态对应微观态数目增大，其熵会增加，不会减小，选项B正确；气体向真空中扩散，无序度增大，熵值增大，选项C错误；自然过程中，无序程度较大的宏观态出现的概率大，因而通向无序的渠道多，选项D正确．
三、能源和可持续发展
1．能量耗散虽然不会使能的总量减少，却会使能量的品质降低，所以需节约能源．
2．常规能源，如：煤、石油、天然气对环境污染造成了较大影响，所以我们要开发新能源，如太阳能、风能、核能、生物质能等，它们的特点是：污染少，可再生、资源丰富．
例4 下列对能量耗散理解正确的是( ) 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 答案 BD
解析 在发生能量转化的宏观过程中，其他形式的能量最终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，宇宙中的能量既没有减少，也没有消失，它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，B、D对．
热力学第二定律的微观意义
1．下列关于气体在真空中的扩散规律的叙述中正确的是( )
A．气体分子数越小，扩散到真空中的分子全部回到原状态的可能性越大 B．气体分子数越大，扩散到真空中的分子全部回到原状态的可能性越大
C．扩散到真空容器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，总是向着分子热运动的无序性增大的方向进行 答案 ACD
解析 由热力学第二定律的微观解释“一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大方向进行”和熵的概念可知，A、C、D正确．
熵增加原理
2．关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 答案 AC
解析 在孤立体系中发生的实际过程，其系统的总熵总是增加的，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．
能源开发与利用
3．下列哪些现象属于能量耗散( ) A．利用水流能发电变成电能
B．电能通过灯泡中的电阻丝转化为光能 C．电池的化学能转化为电能 D．火炉把房子烤暖 答案 D
解析 能量耗散是指其他形式的能转化为内能，最终流散在周围环境中无法重新收集并加以利用的现象，能够重新收集并加以利用的不能称为能量耗散．本题中的电能、光能都可以重新收集并加以利用，如用光作为能源的手表等，只有当用电灯照明时的光能被墙壁吸收之后变为周围环境的内能，才无法重新吸收并加以利用，但本题没有告诉光能用来做什么，故不能算能量耗散，只有火炉把房子烤暖后