2016新课标创新人教物理选修3-2 第十章 第5、6节 热力学第二定律的微观解释 能源和可持续发展.doc

一、热力学第二定律的微观解释① 1．有序和无序 一个系统的个体按确定的某种规则，有顺序地排列即有序；个体分布没有确定的要求，“怎样分布都可以”即无序。 2．宏观态和微观态 系统的宏观状态即宏观态，系统内个体的不同分布状态即微观态。 3．热力学第二定律的微观意义 一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。 4．熵及熵增加原理 (1)熵：表达式S＝kln Ω，k表示玻耳兹曼常量，Ω表示一个宏观态所对应的微观态的数目，S表示系统内分子运动无序性的量度，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不会减小。 5．孤立系统：不与外界进行物质和能量交换的系统。 [说明] 1．确定某种规则，符合这个规则的分布是有序的，不符合规则的分布就是无序的。 2．物体处于不同的状态，对应的熵不同，无序程度越高，熵越大。 ①[判一判] 1．热传递的后果总是使得系统的温度分布趋于均匀化(√) 2．同一种物质在不同的状态下熵值一样(×) 3．孤立系统中的气体与外界无能量交换(√) 二、能源和可持续发展② 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)的能量转化为内能，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转化方向是无序程度较小的状态向无序程度较大的状态的转化，是能自动发生、全额发生的。 (3)能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的自发变化过程具有方向性。 (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降低，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。 2．能源和环境 [注意] 1．不能认为能量是守恒的就不会发生能源危机。 2．能源的消耗虽然不会减少能量，但能量品质会下降，引起能源危机和环境问题。 ②[选一选] [多选]下面关于能源的说法中正确的是(　　) A．一切能源是取之不尽，用之不竭的 B．能源是有限的，特别是常规能源，如煤、石油、天然气等 C．大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源 D．核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭大 解析：选BC　尽管能量守恒，但消耗的内能无法重新收集利用，所以能源是有限的，特别是常规能源，A错误、B正确；常规能源的利用比核能的利用对环境的影响大，C正确、D错误。 1.熵和熵增加原理 (1)熵是反映系统无序程度的物理量，正如温度反映物体内分子平均动能大小一样。系统越混乱，无序程度越大，就称这个系统的熵越大。 (2)系统自发变化时，总是向着无序程度增加的方向发展，至少无序程度不会减少。也就是说，系统自发变化时，总是由热力学概率小的状态向热力学概率大的状态进行。从熵的意义上来说，系统自发变化时，总是向着熵增加的方向发展，不会使熵减小。 (3)任何宏观物质系统都有一定量的熵，熵也可以在系统的变化过程中产生或传递。 2．热力学第二定律的微观意义 (1)热力学第二定律揭示了涉及热现象的一切宏观自然过程都只能在一个方向上发生，而不会可逆地在相反的方向上出现。它指出在能量得以平衡的众多过程中，哪些可能发生，哪些不可能发生。 (2)自然界涉及热现象的一切宏观过程都是不可逆的，宏观自发过程的这种方向性(熵增加的方向)，也就成为时间的方向性。所以，“熵”又常常被称为“时间箭头”。[典型例题] 例1.[多选](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。 [答案]　CD [点评]　热力学第二定律的微观意义 1．大量分子的无规则运动只能自发地向无序程度增大的方向转变。 2．无序意味着各处平均，没有差别，而有序则相反，是按照规则排列的。[即时巩固] 1．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进行 D．在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵会减小 解析：选A　从热力学第二定律的微观本质看，一切自然过程