物理（人教版选修3-3）课件第10章第56节热力学第二定律的微观解释能源和可持续发展

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．能用熵增加原理认识自然界中能量转化的方向性，能从熵增加角度认识当前的环境问题．一、热力学第二定律的微观意义1．有序和无序(1)定义①有序：一个系统的个体按确定的_______，有顺序地排列．②无序：一个系统的个体分布没有确定的要求，分布是随意的，称为无序．(2)有序与无序是相对的．规则2．宏观自发过程的方向性一切自然过程总是沿着分子热运动的__________增大的方向进行．3．熵及熵增加原理(1)定义式：S＝________，式中S表示熵，k表示________________，Ω表示微观态的________.(2)意义：表示系统内分子运动________的量度．(3)熵增加原理：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会________.无序性klnΩ玻耳兹曼常量数目无序性减小二、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，流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变，是能___________、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降低，它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2．能源和环境(1)种类：煤、_________、天然气等是常规能源(2)环境问题：温室效应、_________、光化学烟雾(3)新能源：_________、生物质能，风能等石油酸雨太阳能一、热力学第二定律的微观解释1．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，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．3．热力学第二定律的微观意义第二定律揭示了涉及热现象的一切宏观的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．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”.

二、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、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)

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比较有序运动状态向比较无序运动状态转变的过程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变的过程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

一、热力学第二定律的意义解析：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变的过程，B、C、D项正确．答案：BCD

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．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：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项错；热力学第二定律是一个统计规律，A项对．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项错．所以选A.答案：A

下列对能量耗散的理解正确的有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

二、能源的开发和利用解析：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中的内能，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A、C项错，B、D项对．答案：BD (1)能量耗散是能量从高品质能源向低品质能源转化转移的过程；(2)能量耗散是指能量的可利用程度降低．2.下列关于能源的说法中正确的是(

)A．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