高中物理 10.5 热力学第二定律的微观解释 10.6 能源和可持续发展课件 新人教版选修33.ppt

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 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 4 热力学第二定律的微观意义热力学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 典例1 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 标准解答 选c d 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化的过程 故选c d 规律方法 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 变式训练 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 解析 选a c 在孤立体系中发生的实际过程 其系统的总熵是增加的 它不可能减小 故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c正确 d错误 能源的分类 典例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 解题指导 能源是有限的 无限制使用常规能源会严重破坏环境 标准解答 选b c 尽管能量守恒 但耗散能量无法重新收集利用 所以能源是有限的 特别是常规能源 a错 b对 常规能源的利用比新能源核能的利用对环境影响大 c对 d错 规律方法 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 故我们要节约能量 变式训练 关于 温室效应 下列说法正确的是 a 太阳能源源不断地辐射到地球上 由此产生了 温室效应 b 石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量 由此产生了 温室效应 c 温室效应 使得地面气温上升 两极冰雪融化d 温室效应 使得土壤酸化 解析 选b c 温室效应 的产生是由于石油和煤炭等燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量 它的危害是使地面气温上升 两极冰雪融化 海平面上升 淹没沿海城市 海水向河流倒灌 耕地盐碱化等 故b c选项正确 变式备选 2011 泉州高二检测 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 解析 选b d 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错 典例3 下列关于熵的有关说法正确的是 a 熵是系统内分子运动无序性的量度b 在任何过程中熵总是增加的c 热力学第二定律也叫做熵减小原理d 熵值越大表示系统越有序 解题指导 熵是反映系统无序程度的物理量 熵越大 无序程度越大 一个孤立的系统熵永远不会减小 标准解答 选a 根据熵的定义知a正确 从熵的意义上说 系统自发变化时总是向着熵增加的方向发展 但人为干预的过程或非独立系统熵有可能减少 b错误 热力学第二定律也叫熵增加原理 c错误 熵越大 系统越混乱 无序程度越大 d错误 故选a 一 选择题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 热力学第二定律是一个统计规律 a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错 所以选a 2 已知一个系统的两个宏观态甲 乙 及对应微观态的个数分别为较少 较多 则下列关于对两个宏观态的描述及过程自发的可能方向的说法中正确的是 a 甲比较有序 乙比较无序 甲 乙b 甲比较无序 乙比较有序 甲 乙c 甲比较有序 乙比较无序 乙 甲d 甲比较无序 乙比较有序 乙 甲 解析 选a 一个宏观态对应微观态的多少标志了宏观态的无序程度 从中还可以推知系统自发的方向 微观态数目越多 表示越无序 一切自然过程总沿着无序性增大的方向进行 a对 b c d错 3 下列哪些现象能够发生 并且不违背热力学第二定律 a 一杯热茶在打开杯盖后 茶会自动变得更热b 蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能c 桶中混浊的泥水在静置一段时间后 泥沙下沉 上面的水变清 泥 水自动分离d 电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体 解析 选c d a b都违背了热力学第二定律 都不能发生 c中系统的势能减少了 d中消耗了电能 所以不违背热力学第二定律 均能发生 4 如图所示 两个相通的容器p q间装有阀门k p中充满气体 q内为真空 整个系统与外界没有热交换 打开阀门k后 p中的气体进入q中 最终达到平衡 则 a 气体体积膨胀 内能增加b 气体分子势能减少 内能增加c 气体分子势能增加 压强可能不变d q中气体不可能自发地全部退回到p中 解析 选d 据热力学第二定律知 自然界涉及热现象的宏观过程都具有方向性 d项正确 容器内气体自由膨胀 气体与外界之间不做功也没有热交换 故气体的内能不变 a项不正确 气体分子间作用力很弱 气体体积变化时 气体分子势能可认为不变 b c项也不正确 5 水力发电站的电能最终来自于 a 太阳能b 水的动能c 水的势能d 水的内能 解析 选a 煤 石油 水力等能源最终来自于太阳能 是太阳能将水蒸发到高处 然后再降落到地面各处 汇成江河湖海 高处的水向低处流就具有了水能 从而用于发电 6 2011 衡阳高二检测 co2气体有个 怪脾气 它几乎不吸收太阳的短波辐射 大气中co2浓度增加能使地表温度因受太阳的辐射而上升 另外 它还有强烈吸收地面红外热辐射的作用 阻碍了地球周围的热量向外层空间的排放 使整个地球就像一个大温室一样 因此 大气中二氧化碳气体浓度的急剧增加会导致气温的逐步上升 使全球气候变暖 为了减缓大气中co2浓度的增加 以下措施中可行且有效的是 a 禁止使用煤 石油和天然气b 开发使用核能 太阳能c 将汽车燃料由汽油改为液化石油气d 植树造林 解析 选b d 可行且行之有效的措施是开发新能源以便减少对常规能源的利用 减少co2的排放 植树造林可以吸收空气中的co2 所以选b d 题中a c两项措施虽然有效 但并不可行 7 以下说法正确的是 a 热量自发地从甲物体传到乙物体 甲的内能不一定比乙大b 汽油是一种清洁能源c 水能是可再生能源 所以可制造一台利用水能的机器 效率可达100 d 煤 石油等常规能源是取之不尽 用之不竭的 解析 选a 热量自发地从甲传到乙 说明甲的温度高于乙的温度 但物体的内能除与温度有关外 还与物体体积及物质的量等因素有关 甲的内能不一定大于乙的内能 a对 汽油燃烧会引起一些化合物的产生 导致有毒气体的生成 b错 水能虽然是可再生能源 由热力学第二定律可知 效率不可能达到100 c错 煤 石油等存量是有限的 是不可再生能源 d错 8 酸雨对植物的正常生长影响很大 为了减少酸雨的影响 应采取的措施是 少用煤作燃料 燃料脱硫 在已经酸化的土壤中加石灰 多种植美人蕉 银杏等植物 开发新能源 多种植法国梧桐 柠檬等植物 a b c d 解析 选a 酸雨主要是由煤 石油等燃料尤其是煤燃烧所释放的so2和氮氧化物在降水过程中溶入雨水形成的 因而为减少酸雨的影响 少用煤作燃料和燃料脱硫是有效的方法 开发新能源也是减少煤使用量的方法 另外美人蕉和银杏对so2有较强的吸收能力 所以 正确 应选a 二 非选择题9 成语 覆水难收 指的是一盆水泼出后是不可能再回到盆中的 请从不同宏观态所对应的微观态数目不同这个角度 解释为什么水不会自发地聚到盆中 解析 由于盆的形状确定 水在盆中所处的宏观态对应的微观态数目少 较为有序 当把水泼出后 它的形状不受盆的限制 各种可能的形状都有 此时所处的宏观态对应的微观态数目将变得非常多 较为无序 因为自发的过程总是从有序向着无序发展 所以水不会自发地聚到盆中 答案 见解析 10 2011 东城区高二检测 随着我国经济的发展 汽车数量迅猛增长 汽车排放的尾气造成的空气污染越来越严重 据有关资料统计 汽车尾气排放造成的空气污染目前已占整个污染源的一半以上 在这种情况下 目前研制开发的太阳能汽车具有更好的发展前景 如图所示是某研究所研制的太阳能汽车 它是利用太阳能电池将接收到的太阳能转化为电能 再利用电动机来驱动的一种新型汽车 设太阳光照射到电池板上的辐射功率为7kw 在晴朗的天气里 太阳能电池对着太阳时产生的电压为160v 并对车上的电动机提供12a的电流 请你求出 1 在这种情况下电动机消耗的电功率是多大 2 如果这辆汽车的电动机将电能最终转化为机械能的效率为75 当汽车在水平路面上匀速行驶时 受到的牵引力为180n 则在1min内这辆汽车行驶了多少米 解析 1 电动机消耗的电功率p ui 160v 1