1、第十章 热力学定律第五节 热力学第二定律的微观解释第六节 能源和可持续发展第十章 热力学定律学习目标 明目标 知重点 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_；个体分布没有确定的要求，“怎样分布都可以”即_2宏观态、微观态：系统的_状态即宏观态，系统内个体的_状态即微观态3热力学第二定律的微观意义：一切自发过程总是
2、沿着分子热运动的无序性_的方向进行有序无序宏观不同分布增大4熵及熵增加原理(1)熵：表达式 S_，k 表示玻耳兹曼常量，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_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_kln 无序性不会减小二、能源和可持续发展1能量耗散和品质降低(1)能量耗散：有序度较高(集中度较高)的能量转化为_，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_、全额发生的内能自动发生(3)能量耗散从能量转化的角度反映出
3、自然界中的自发变化过程具有_(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_，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.方向性降低2能源和环境 石油酸雨太阳能提示：(1)(2)(3)(4)1判断正误(1)熵值越大代表着越有序()(2)孤立系统的总熵可能增大，也可能减小()(3)一 个 系 统 中个 体 排列 的“有 序”和“无 序”是 绝 对的()(4)一个宏观态所对应的微观态数目越多，则熵越大()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2如图所示是两幅宣传节约能源的图片请问：既然能量
4、是守恒的，我们为什么还要节约能源？热力学第二定律的微观意义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，
5、热传递具有方向性，总是从高温物体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考查维度 1“有序”“无序”“宏观态”“微观态”的理解以一副扑克牌为例，下列关于有序和无序，宏观态和微观态的认识中错误的是()A按黑桃、红桃、梅花、方块的顺序，而且从大到小将扑克牌排列起来，扑克牌这时是有序的B将扑克牌按偶数和奇数分成两部分，扑克牌是无序的，每部分内部是有序的C一副扑克牌，这就是一个宏观态，将牌洗动一次就是一个微
6、观态D一副扑克牌按偶数和奇数分成两部分，这是一个宏观态，它是一副扑克牌对应的一个微观态E一副扑克牌按偶数和奇数分成两部分，这是一个宏观态，从偶数部分抽出一张插入到奇数部分，这是该宏观态对应的一个微观态解析 A 中扑克牌的排列是有确定规则的，是有序的，A 正确B 中将扑克牌按奇数、偶数分成两部分，是有确定规律的，是有序的，每部分内部排列是没有规则的，是无序的，B 错误一副扑克牌是一个系统，是一个宏观态，洗动一次，系统内部排列不同，是这副扑克牌宏观态对应的一个微观态，C 正确将一副扑克牌分成奇数、偶数两部分，构成一个系统，是一个宏观态，同时，它又是一副扑克牌的一种排列形式，是一副扑克牌这一宏观态对
7、应的一个微观态，D 正确从偶数部分中抽出一张插入奇数部分中，不再对应于按奇数、偶数分成两部分的扑克牌这一宏观态，也不再是该宏观态对应的一个微观态，可以当做是一副扑克牌这一宏观态对应的微观态，E 错误 答案 BE考查维度 2 热力学第二定律的微观意义(2016锦州高二检测)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解析 分子热运动是大量分子的无
8、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，而不是变得有序，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，C、D 两项正确 思路点拨(1)大量分子的运动能够自发地从无序向有序转变吗？(2)与热现象有关的宏观自然过程一定是从有序向无序状态转化吗？答案 CD考查维度 3 熵及熵增加原理(2016济宁高二检测)下面关于熵的说法错误的是()A熵是物体内分子运动无序程度的量度B在孤立系统中，一个自发的过程熵总是向减少的方向进行C热力学第二定律的微观实质是熵是增加的D熵值越大，代
9、表系统分子运动越无序思路点拨 任何一个自发过程都是向无序程度变大的方向进行 解析 熵是物体内分子运动无序程度的量度，熵越大则物体内分子运动无序程度越大，A 正确；在孤立系统中，一个自发的过程熵总是向增加的方向进行，B 错误；热力学第二定律的微观实质是熵是增加的，C 正确；熵值越大，代表系统分子运动越无序，D 正确 答案 B根据热力学第二定律的微观意义分析问题时应注意以下几点(1)一切自发过程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(2)自发过程是不可逆转的过程，即不可能使大量分子无规则的热运动转化为有序的运动(3)大量分子无序运动状态变化的方向总是向无序性增大的方向进行，而一切自
10、然过程总是沿着无序性增大的方向进行 1(2016成都高二检测)下列说法正确的是()A如果大量分子的集合从 A 分布进入 B 分布的概率大于从 B 分布进入 A 分布的概率，则 B 分布更无序B如果大量分子的集合从 A 分布进入 B 分布的概率大于从 B 分布进入 A 分布的概率，则 A 分布更无序C大量分子的集合能自发地从 A 分布进入 B 分布，则该过程是可逆的D大量分子的集合能自发地从 A 分布进入 B 分布，则该过程是不可逆的解析：选 AD.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如果大量分子的集合从 A 分布进入 B 分布的概率大于从 B 分布进入 A 分布的概率，则说明
11、B 分布更无序一些，A 正确，B 错误大量分子的集合自发的运动过程是不可逆的，D 正确，C 错误2(2016烟台高二检测)对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是()A温度升高，分子的平均动能增大，每次碰撞对容器壁的作用力增大，压强一定增大B体积减小，单位体积内的分子数增多，气体的内能一定增大C绝热压缩一定质量的理想气体时，外界对气体做功，内能增加，压强一定增大D一定质量的理想气体向真空自由膨胀时，体积增大，熵减小解析：选 C.对于一定质量的理想气体，温度升高，如果气体体积增大，压强不一定增大，A 错；体积减小，单位体积内的分子数增多，如果对外放热，气体的内能可能减小，B 错；孤立系统总是从熵
12、小的状态向熵大的状态发展，D 错只有 C 对.能源的开发和利用能源的分类能源分类方法 能源分类名称 特点 举例 按形成或转换特点分 一次能源 自 然 形 成，未经加工 太阳能、风能、地热能、核能、潮汐能 二次能源 由 一 次 能 源 经加工转换而成 焦炭、木炭、蒸汽、液化气、酒精、汽油、电能 能源分类方法 能源分类名称 特点 举例 按利用技术分 常规能源 已大规模正常使用 煤、石油、天然气、水能 新能源 正在开发，或有新的利用方式 太阳能、核能、地热能、海洋能、沼气、风能 按可否再生分 可再生能源 可循环使用、不断补充 水能、风能、生物质能、地热能 不可再生能源 短期内无法转换获得 煤、石油、
13、天然气、核燃料 能源分类方法 能源分类名称 特点 举例 按对环境污染情况分 清洁能源 对环境基本上没有污染 太阳能、海洋能、风能、水能 污染能源 会严重污染环境 化石燃料(煤、石油、天然气)考查维度 1 对能量耗散的理解下列对能量耗散的理解正确的是()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思路点拨 能量耗散的实质是宏观过程的方向问题，是指能量的利用降低、品质下降 解析 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，这种现象就是能量耗散能
14、量耗散并不违背能量守恒定律，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，故选项 A、C 错误，选项 B、D 正确 答案 BD考查维度 2 对能源的理解(2016南京高二检测)关于能源的开发和利用，下列说法中正确的是()A无节制地利用能源，是一种盲目的短期行为B根据能量守恒定律，能源是取之不尽、用之不竭的C在开发和利用能源的同时，必须加强对环境的保护D不断开发新能源，是缓解能源危机的主要途径解析 由于能源是有限的，必须合理利用能源，故 A 对；尽管能量是守恒的，但在使用过程中会有能量耗散即品质降低，故 B 错；能源利用推动人类进步和社会发展的同时，使人类生存
15、的环境遭到破坏，必须加强环境保护，故 C 对；开发和利用新能源，能缓解常规能源的不足，故 D 对答案 ACD考查维度 3 能源开发和利用中的能量守恒三峡水利工程的坝高 h0185 m，正常水位为 h175 m，水库容积 V3.931010m3，装机容量(发电机的总功率)P1.768107 kW，发电量 W8.41010kWh.假设发电机效率 80%，试根据这些数据计算出水利枢纽的流量 Q.(不进行具体计算，用字母表示)思路点拨(1)水电站把水的机械能转化为电能(2)水的重力势能的减少量与发电效率的乘积等于发电电能 解析 设在 t 时间内，有 V 的水通过水利枢纽，则 QVt，VQt.减少的势能
16、 EpmghVghQtgh，发电机的功率 PEpt QtghtQgh，流量为 Q Pgh.(其中各物理量均取国际制单位)答案 见解析能量与能源的区别(1)能量是守恒的，既不会增加也不会减少(2)能源是可以提供可利用能量的物质(3)能量耗散，能量总量不变，但能量品质会下降即能源减少，故我们要节约能源3关于能源的利用，下列说法中正确的是()A由于我国煤和石油的储量十分丰富，所以太阳能的开发在我国并不十分重要B能源的利用过程，实质上是能的转化和传递过程C现在人类社会使用的能源主要是煤、石油和天然气D煤、石油和天然气的化学能归根到底来自太阳能解析：选 BCD.煤、石油和天然气是由古代的动植物在长期地质
17、变迁中形成的古代的动物食用植物，而植物是靠吸收太阳能生长的，所以可以说，煤、石油和天然气的化学能来自太阳能目前人类使用的能源主要的仍是煤、石油和天然气燃料燃烧时，化学能转化为内能，内能又可转化成机械能和电能人类在生产和生活中需要各种形式的能，我们可以根据需要把能源的能量转化成各种形式的能，以供利用所以，能源的利用过程实质上是能的转化和传递的过程我国的煤和石油尽管储量丰富，但终究有限，且利用后不能再生，所以开发和利用新能源，特别是核能和太阳能，是解决能源问题的出路因此在四个说法中，错误的是 A.4某地的风速平均为 5 m/s，已知空气密度是 1.2 kg/m3，有一风车，它的车叶转动时可形成半径为 12 m 的圆面，如果这个风车能将此圆内 10%的气流的动能转变为电能，则该风车带动的发电机功率是多大？解析：首先可以求出在时间 t 内作用于风车的气流质量为 mr2vt，这些气流的动能为12mv2；转变成的电能为 E12mv210%，故风车带动发电机发电的功率为 PEt 12r2v310%代入数据得 P3.4 kW.答案：3.4 kW本部分内容讲解结束 按ESC键退出全屏播放
