高中物理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预习导航学案新人教选修.docx

第五节 热力学第二定律的微观解释第六节 能源和可持续发展预习导航情境导入课程目标如图所示，威武的解放军在阅兵式上整齐地行进；春运中拥挤的人群杂乱无章。这两个例子中，哪个是有序的，哪个是无序的？自发的过程是从有序向着无序发展还是从无序向着有序发展？1.了解有序和无序，知道有序和无序是相对的；了解宏观态与微观态，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，知道熵是描述系统无序程度的物理量，了解熵增加原理，知道它是热力学第二定律的另一种表述，能用熵增加原理解释生活中的一些现象。3了解什么是能量耗散和品质降低，能利用熵增加原理认识自然界中能量转化的方向性，能从熵增加的角度认识当前环境问题，增强环保和可持续发展意识。一、热力学第二定律的微观解释1有序和无序(1)概念：一个系统的个体按确定的某种规则有顺序地排列即为有序；如果对个体的分布没有确定的要求，“怎样分布都可以”即为无序。(2)特点：有序和无序是相对的，即存在一个有序程度的问题。2宏观态和微观态(1)概念：在统计物理学中，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。(2)特点：如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，那么这个“宏观态”是比较无序的。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(选填“增大”或“减小”)的方向进行。这就是热力学第二定律的微观意义。4.熵及熵增加原理(1)熵：物理意义：用来量度系统无序程度的物理量叫作熵。表达式：Skln_，其中k表示玻尔兹曼常数， 表示一个宏观态所对应的微观态的数目，S表示熵。(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。这就是用熵的概念表示的热力学第二定律。思考一定质量的气体被压缩，从而放出热量，其熵怎样变化？提示：气体被压缩过程中，体积减小，分子间的相对位置越来越确定，系统的无序程度越来越小，所以熵减小。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)的能量转化为内能，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，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。思考流动的水带动水磨做功，由于磨盘之间的摩擦、磨盘和粮食之间的摩擦和挤压，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空气中，我们没有办法把这些流散的内能重新收集起来加以利用。请思考：内能与机械能相比，哪种能量的品质低？提示：内能。能量的耗散虽然不会使能量减少，却会导致能量品质的降低，它实际上将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式。故内能较之机械能是一种低品质的能量。2能源与环境(1)能源的种类：常规能源：煤、石油、天然气等。新能源：太阳能、生物质能、