1、第十章 热力学定律10.5-10.6热力学第二定律的微观解释 能源和可持续发展1.了解有序和无序是相对的，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.2.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.3.了解能量耗散、能源和环境 学习目标定位知识储备区知识链接新知呈现一、1某种规则没有 2宏观不同分布二、无序性1热量所做的功 2方向性 自发地单一热库知识储备区三、1无序性 2不会减小四、1内能 2方向性五、1煤 石油 天然气 太阳能 风能2酸雨学习探究区一、热力学第二定律的微观意义二、能源和可持续发展一、热力学第二定律的微观意义问题设计返回1.如图1所
2、示，一个箱子被挡板均匀分为左、右两室，左室有4个气体分子a、b、c、d，右室为真空，撤去挡板后，气体自由扩散，以箱子内4个分子为模型，说明具有哪些可能的宏观态和微观态，并用热力学第二定律说明，气体扩散后4个分子分布的最大一种可能和最小一种可能的情况图1一、热力学第二定律的微观意义返回答案可能的宏观态有：左0右4，左1右3，左2右2，左3右1，左4右0；对应的微观态数目：1、4、6、4、1.不同的宏观态包含着不同数量的微观态，其中分子分布的最大一种可能情况是左2右2，最小一种可能情况是左0右4或左4右0.一、热力学第二定律的微观意义返回2试着从无序的角度谈谈上面问题中为什么“左2右2”这种均匀分
3、布的可能性最大，能否由此得出热力学第二定律的微观意义？答案从无序的角度看，热力学系统是由大量做无序运动的分子组成的因为任何热力学过程都伴随着分子的无序运动状态的变化，当撤去挡板的瞬间，分子仍聚集在左室，对于左、右两室这一个整体来讲，这显然是一种高度有序的分布，当气体分子自由扩散后，气体系统就变得无序了我们看到“左2右2”一、热力学第二定律的微观意义返回这种均匀分布的可能性最大，而分子集中在一个室中，另一个室变成真空的可能性最小实际上，当气体系统中分子个数相当多时，撤去挡板后实际上我们只能看到气体向真空中扩散，而不可能观察到气体分子重新聚集在一室中的现象因此，气体的自由扩散过程是沿着无序性增大的
4、方向进行的，综上可知，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，这就是热力学第二定律的微观意义要点提炼返回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“”，这个“”可能包含一种或几种“微观态”，不同的“”对应的微观态的个数不同如果一个“”对应的“微观态”比较多，就说这个“”是比较无序的宏观态宏观态宏观态宏观态宏观态一、热力学第二定律的微观意义返回2热力学第二定律的微观意义(1)对热力学过程的微观解释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运动状态向运动状态转化的过程，但其逆过程却不能自发地进行，即不可能由大量分子无规则的热运动自发地转变为有序的运动有序无序
5、一、热力学第二定律的微观意义返回(2)对热传递过程的微观解释从微观上看，热传递的过程中，自然过程是大量分子从的运动状态向的运动状态转化的过程，其逆过程不能自发地进行(3)微观意义大量分子无序运动状态变化的方向总是向增大的方向进行，即一切自发过程总是沿着增大的方向进行无序程度小无序程度大无序性无序性一、热力学第二定律的微观意义返回3熵增加原理(1)在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会如果过程可逆，则熵不变；如果过程不可逆，则熵(2)热力学第二定律也叫熵原理(填“增加”或“减少”)减小增加增加一、热力学第二定律的微观意义二、能源和可持续发展1流动的水带动水磨做功，由于磨盘和粮食之间的摩擦和挤压
6、，使磨盘和粮食的温度升高，水流的一部分机械能转变成了内能，这些内能最终流散到周围的环境中，我们没有办法把这些流散的内能重新收集起来加以利用可见，内能与机械能相比，哪种能量的品质低？问题设计返回答案内能二、能源和可持续发展2化石能源的大量消耗会带来哪些环境问题？返回答案温室效应、酸雨、光化学烟雾等返回要点提炼1能量耗散和品质降低(1)能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有(2)能量耗散虽然不会使能量的总量减少，却会导致能量品质的(填“降低”或“提高”)，它实际上将能量从高度有用的形式降级为不大有用的形式二、能源和可持续发展方向性降低返回2能源和人类社会发展(1)常规能源对环境的影响
7、：石油和煤燃烧产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，产生了“”排入大气中的污染物在太阳紫外线照射下发生光化学效应，形成二次污染物“”煤燃烧时形成的二氧化硫等物质使雨水形成“酸雨”二、能源和可持续发展温室效应光化学烟雾返回(2)开发新能源新能源有、核能、等，它们的特点是：、可再生、资源丰富二、能源和可持续发展太阳能风能生物质能污染少【例1】一个箱子被分成A、B两室，有四个不同颜色的小球被放在箱子中，整个封闭系统进入了一个自发的过程，则A、B两室中的小球分布共有多少种可能？每种可能称为一个宏观态，则每种宏观态对应的微观态有多少种？试用图例说明一、热力学第二定律的微观意义典例精析返回返回解析 设
8、有红、黄、蓝、绿四个小球(分别用、表示)，把它们按如下方式放入箱中，如图甲所示典例精析 一、热力学第二定律的微观意义甲返回如果不区分小球的颜色，则只会出现如图所示的5种可能，即有5个宏观态，而每种宏观态下，A中的小球可以是四种颜色中的任意几种的组合，由排列组合知识知，宏观态(1)对应1个微观态，宏观态(2)对应4个微观态，宏观态(3)对应6个微观态，宏观态(4)对应4个微观态，宏观态(5)对应1个微观态，即共存在16个微观态如图乙所示典例精析 一、热力学第二定律的微观意义返回典例精析 一、热力学第二定律的微观意义乙答案 见解析返回【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
9、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一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行典例精析 一、热力学第二定律的微观意义返回解析分子热运动是大量分子的无规则运动，系统的一个宏观状态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答案 CD典例精析 一、热力学第二定律的微观意义典例精析返
10、回【例3】下列关于熵的说法中错误的是()A熵是系统内分子运动无序性的量度B在自然过程中一个孤立系统的熵总是增加或不变的C热力学第二定律也叫做熵减小原理D熵值越大代表着越无序一、热力学第二定律的微观意义返回解析 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，这就是热力学第二定律的微观意义系统的热力学过程就是大量分子向无序程度大的状态变化的过程自然过程的方向性可以表述为：在任何自然过程中，一个孤立系统的熵值不会减小，因此热力学第二定律又称为熵增加原理因此A、B、D说法正确，C说法错误答案 C典例精析 一、热力学第二定律的微观意义返回【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
11、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典例精析 二、能量耗散和可持续发展返回典例精析 二、能量耗散和可持续发展解析 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对答案 BD返回【例5】以下说法正确的是()A煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能B汽油是一种清洁能源C水能是可再生能源D煤、石油等常规能源是
12、取之不尽、用之不竭的典例精析 二、能量耗散和可持续发展返回典例精析 二、能量耗散和可持续发展解析 煤、石油、天然气等是动、植物转化成的，其来源可追溯到太阳能，A对；汽油燃烧会引起一些化合物的产生，导致有毒气体的产生，B错；水能是可再生能源，C对；煤、石油等存储量是有限的，是不可再生能源，D错答案 AC自我检测区12课堂要点小结341(热力学第二定律的微观意义)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
13、进行D在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵会减小1234答案 A解析 热力学第二定律是一个统计规律，A对；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，B、C错；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，故D错所以选A.12342(熵)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12341234答案 AC解析 在孤立体系中发生的实际过程，其系统的总熵是增加
14、的，它不可能减小，故选项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，故选项C正确，D错误3(能量耗散)热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把流散的能量重新收集、重新加以利用下列关于能量耗散的说法中正确的是()A能量耗散说明能量不守恒B能量耗散不符合热力学第二定律C能量耗散过程中能量仍守恒D能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性12341234答案 CD解析 能量耗散说明能量转化的宏观过程具有方向性，符合热力学第二定律，B错误，D正确；能量耗散过程中，能量并没有消失，能量仍然守恒，A错误，C正确4(
15、可持续发展)下列供热方式最有利于环境保护的是()A用煤做燃料供热B用石油做燃料供热C用天然气或煤气做燃料供热D用太阳能灶供热12341234解析 煤、石油、天然气等燃料的利用，使人类获得大量的内能但由于这些燃料中含有杂质以及燃烧的不充分，使得废气中含有的粉尘、一氧化碳、二氧化硫等污染了大气而太阳能是一种无污染的能源，应大为推广，故答案应选D.答案 D课堂要点小结热力学第二定律的微观解释有序和无序宏观态和微观态熵熵的概念熵增加原理课堂要点小结能量和可持续发展能量耗散和品质降低能量耗散能量品质降低能源与人类社会发展能源能源和人类社会发展定义分类课堂要点小结能量和可持续发展能源与环境成因危害温室效应防治措施酸雨成因危害防治措施光化学烟雾成因危害防治措施开发新能源：太阳能、生物质能、风能等谢谢观看更多精彩内容请登录：http:/
