《热力学第二定律的微观解释》模拟试题库

《热力学第二定律的微观解释》试题库试题组一１．关于有序和无序下列说法正确的是（）A．有序和无序不是绝对的B．一个“宏观态”可能对应着许多的“微观态”C．一个“宏观态”对应着唯一的“微观态”D．无序意味着各处一样、平均、没有差别2．根据热力学第二定律判断，下列说法正确的是（）A．内能可以自发的转变成机械能B．扩散的过程完全可逆的C．火力发电时，燃烧物质的内能不可以全部转化为电能D．热量不可能自发的从低温物体传递到高温物体3．倒一杯热水，然后加入适当的糖后，糖会全部溶于水中，但一段时间后又观察到杯底部有糖结晶，关于这个过程下列叙述正确的是（）A．溶解过程是自发的，结晶过程也是自发的，因此热力学第二定律是错误的B．溶解过程是有序向无序转变的过程C．结晶过程是有序向无序转变的过程D．结晶过程不是自发的，因为有外界的影响4．下列说法正确的是()A．如果大量分子的集合从A分布进入B分布的概率大于从B分布进入A分布，则B分布更无序B．如果大量分子的集合从A分布进入B分布的概率大于从B分布进入A分布，则A分布更无序C．大量分子的集合能自发地从A分布进入B分布，则该过程是可逆的D．大量分子的集合能自发地从A分布进入B分布，则该过程是不可逆的5．一个密闭的容器内有稀薄气体，在容器上开一个小口，外部的空气就会流入容器，在气体流入过程中，容器内靠近开口处的空气密度暂时变得比内部大，以下说法正确的是（）A．此时容器内气体处于一个不平衡状态，是一个最无序的状态B．外界的影响破坏了容器内气体的平衡C．上面事实说明热力学第二定律只适用于封闭系统D．对一个开放系统并不一定是最无序的分布6．下列关于热现象的说法，正确的是（）A．外界对物体做功，物体的内能一定增加B．物体的温度可以一直降低到绝对零度C．任何条件下，热量都不会由低温物体传递到高温物体D．任何热机都不可能使燃料释放的热量完全转化为机械能7．关于热力学第二定律的理解下列正确的是（）A．宏观与热有关的自发的物理过程都是不可逆的B．所有热过程都是从有序变为无序C．熵增加原理说明自然的物理过程具有方向性D．热运动是一种最无序的运动，内能是最无序运动所对应的能量，因此机械能可以全部转变为内能，但不可能将内能100٪全部转变为机械能8．下列关于热力学定律的表述正确的是（）A．热力学零度不可达到B．不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化C．其数学表达式是△U=Q+WD．能量在转化或转移的过程中总量保持不变9．1997年诺贝尔物理学奖授与朱棣文等三人，以表彰他们在激光冷却和捕获原子的方法上所作出的贡献。目前已应用激光将原子的温度冷却到10-12K的数量级，已经非常接近0K，下列关于”0K”说法中正确的是( )A．0K即0℃，随着科学的发展是可以达到的B．0K即0℃，只能无限接近,但不可能达到C．0K即绝对零度，随着科学的发展是可以达到的D．0K即绝对零度，只能无限接近，但不可能达到10．下列所述过程是可逆的，还是不可逆的?如果是可逆过程请在（）中打“✓”(1)汽缸与活塞组合中装有气体，当活塞上没有外加压力，活塞与汽缸间没有摩擦时。（）(2)上述装置，当活塞上没有外加压力，活塞与汽缸上摩擦很大，使气体缓慢地膨胀时。（）(3)上述装置，没有摩擦，但调整外加压力，使气体能缓慢地膨胀时。（）(4)在一绝热容器内盛有液体，不停地搅动它，使它温度升高。（）(5)一传热的容器内盛有液体，容器放在一恒温的大水池内，液体不停地搅动，可保持温度不变。（）(6)在一绝热容器内，不同种类的液体进行混合。（）(7)在一绝热容器内，不同温度的氦气进行混合。（）11．根据热力学定律可知，下列说法中正确的是（）A．“永动机”是可能制成的B．一切宏观热力学过程都具有方向性C．关于自然过程的方向性可以这样表：即在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小D．热力学第二定律与能量守恒定律是相互矛盾的12．下列关于热现象的论述中，正确的是（）A．给自行车车轮打气时，要克服空气分子间的斥力来压活塞B．布朗运动的剧烈程度与温度的高低无关C．随科学技术的发展，物体的温度可以降低到绝对零度D．热机的效率不可能提高到100%，因为它违背热力学第二定律13．下列说法正确的是（）A．热力学第二定律只在一定前提条件下才能成立B．热力学第二定律揭示了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C．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D．热力学第二定律揭示了有大量分子参与宏观过程的方向性14．下列说法正确的是（）A．与热现象有关的自发的宏观过程是有方向性的B．与热现象有关的自发的宏观过程是熵增加的过程C．气体扩散现象向着无序性增加的方向进行,是可逆过程D．机械能转化为内能的过程是系统的熵增加的过程15．从微观角度看（）A．热力学第二定律是一个统计规律B．一个孤立系统总是从熵大的状态向熵小的状态发展C．一个宏观状态所对应的微观状态越多，越是无序，熵值越大D．出现概率越大的宏观状态，熵值越大16．下列说法中正确的是（）A．在绝对零度附近所有分子都将停止运动B．在自然条件下，热量不可能从低温物体传给高温物体C．热力学温度每一度的大小跟摄氏温度的每一度大小相同D．随科学技术的发展，物体的温度可以降低到绝对零度17．关于热力学第二定律有一下四种说法：②③热力学第二定律使我们认识到：热量不可能由低温物体传递到高温物体；④第二类永动机违背了能量守恒定律和热力学第二定律，因此不可能制成。上述说法中正确的是()A．②B．②③C．①④D．①③④18．（1）在一套二居室的单元中，放一只蜜蜂，这只蜜蜂出现在左房间的几率是多少？（2）放四只蜜蜂，四只蜜蜂都出现在左房间、三只蜜蜂都出现在左房间、二只蜜蜂都出现在左房间的几率各是多少？（3）在上面的情况下请找出哪一种分布是最无序的分布？你需要多少只蜜蜂才能说“最无序的分布将是最持久的平衡”？19．一绝热容器被隔板分为体积相等的两部分，一边是nmol的空气，一边为真空。突然将隔板抽掉，气体向真空自由膨胀，最后充满整个容器，如图所示。求封闭系统在此过程中：（1）初、末状态的熵；（2）熵的变化。(阿伏伽德罗常数为NA)提示：系统的一个宏观态对应的微观态的数目越大，出现的概率就越大。例如，考虑容器中某一个分子的情况，膨胀后在整个容器中的概率为Ω＝1，在左、右两侧的概率为Ω＝1/2；第二个分子的概率和第一个分子的分布一样，所以两个分子都在左边的概率为Ω＝（1/2）2；加入第三个分子算，它单独在左的概率也为Ω＝1/2，三个分子都在左侧的概率分布为Ω＝（1/2）3；所以四个分子都在左侧的概率分布为Ω＝（1/2）4，以此类推，系统中有N个分子，所有分子都在左边的概率为Ω＝（1/2）N试题组二1．下列有关熵的说法中不正确的是()A．熵是系统内分子运动无序性的量度B．在自然过程中熵总是增加的C．热力学第二定律也叫做熵增加原理D．熵值越大代表越有序解析：首先应明确熵的物理意义：它是表征分子运动无序性的物理量，熵越大，说明越混乱，即越无序．热力学第二定律的微观意义表明：一切自然过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行，即向熵增大的方向进行，所以热力学第二定律也叫做熵增加原理．答案：D2．对热力学第二定律，下列理解正确的是()A．自然界进行的一切宏观过程都是可逆的B．自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的C．热量不可能由低温物体传递到高温物体D．第二类永动机违背了能量守恒定律，因此不可能制成解析：由热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化，由此说明热量由低温物体传到高温物体是可能的，但要引起其他变化，故C项错误；第二类永动机并不违反能量守恒，却违背了热力学第二定律，故A、D两项错误，B项正确．答案：B3．(双选)下列说法正确的是()A．气体向真空的自由膨胀是不可逆的B．气体向真空的自由膨胀是可逆的C．如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说明这个“宏观态”是比较有序的D．如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说明这个“宏观态”是比较无序的解析：气体向真空的膨胀是不可逆的，A项正确．由“宏观态”和“微观态”的关系知，D项正确．答案：AD4．(双选)奥运祥云火炬的燃烧系统由燃气罐(内有液态丙烷)、稳压装置和燃烧器三部分组成．当稳压阀打开以后，燃气以气态从气罐里出来，经过稳压阀后进入燃烧室进行燃烧，则以下说法中正确的是()A．燃气由液态变为气态的过程中要对外做功B．燃气由液态变为气态的过程中分子的分子势能减少C．燃气在燃烧室燃烧的过程是熵增加的过程D．燃气燃烧后释放在周围环境中的能量很容易被回收再利用解析：燃气由液态变为气态的过程中体积膨胀，对外做功，故A选项正确，燃气在膨胀过程中克服分子间引力做功，分子势能增大，故B选项错误，由熵增加原理可知C选项正确、D选项错误．答案：AC5．下列说法正确的是()A．与热现象有关的宏观过程有些是可逆的B．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C．由于液态水的分子无序程度比冰高，故结冰过程违反熵增加原理D．学习过程是人认识结构从无序到有序的过程，它违反了热力学第二定律答：B6．(双选)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化的过程，C、D两项正确．答案：CD7．(双选)下列关于熵的说法中正确的是()A．熵是热力学中的一个状态量B．熵是热力学中的一个过程量C．熵值越大，无序程度越大D．熵值越小，无序程度越大解析：熵值越大，无序程度越大，而熵是状态量．答案：AC8．(双选)以下说法正确的是()A．满足能量守恒定律的宏观过程都是可以自发进行的B．熵是物体内分子运动无序程度的量度C．若容器中用活塞封闭着刚好饱和的一些水汽，当保持温度不变向下缓慢压活塞时，水汽的质量减少，密度不变D．当分子间距离增大时，分子间引力增大，而分子间斥力减小解析：自然界中与热现象有关的宏观过程都具有方向性，故A项错误；熵是物体内分子运动无序程度的量度，B项正确；向下压缩时气体温度不变，饱和汽压值不变，密度不变，体积减小则水汽的质量变小，C项正确；分子间的引力和斥力都随着分子间距离的增大而减小，D项错误．答案：BC9．用隔板将一绝热容器隔成A和B两部分，A中盛有一定质量的理想气体，B为真空(如下图①所示)．现把隔板抽去，A中的气体自动充满整个容器(如下图②所示)，这个过程称为气体的自由膨胀．下列说法正确的是()A．自由膨胀过程中，气体分子只做定向运动B．自由膨胀前后，气体的压强不变C．自由膨胀前后，气体的温度不变D．容器中的气体在足够长的时间内，能全部自动回到A部分解析：气体分子永不停息地做无规则运动，故A项错误，自由膨胀，气体对外不做功，容器绝热，其热传递的能量为零．由热力学定律及其微观解释可知内能不变，温度不变，但由于体积增大，压强减小，故B项错误，C项正确．由于涉及热现象的宏观过程都有方向性．状态总是自发从有序向无序变化，故D项错误．答案：Ceq\x(能)eq\x(力)eq\x(提)eq\x(升)10.某学习小组做了如下实验：先把空的烧瓶放入冰箱冷冻，取出烧瓶，并迅速把一个气球紧套在烧瓶颈上，封闭了一部分气体，然后将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气球逐渐膨胀起来，如右上图．在气球膨胀过程中，下列说法正确的是()A．该密闭气体分子间的作用力增大B．该密闭气体组成的系统熵增加C．该密闭气体的压强是由于气体重力而产生的D．该密闭气体的体积是所有气体分子的体积之和解析：一切自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减少，B项正确；气球膨胀分子间的距离增大，分子间的作用力减小，A项错误；气体的压强是由于气体分子频繁地撞击容器壁产生的，C项错误；因气体分子之间存在间隙，所以密闭气体的体积大于所有气体分子的体积之和，D项错误．答案：B11．质量一定的某种物质，在压强不变的条件下，由液态Ⅰ到气态Ⅲ(可看成理想气体)变化过程中温度(T)随加热时间(t)变化关系如图所示．单位时间所吸收的热量可看作不变．(1)以下说法不正确的是____．A．在区间Ⅱ，物质的内能不变B．在区间Ⅲ，分子间的势能不变C．从区间Ⅰ到区间Ⅲ，物质的熵增加D．在区间Ⅰ，物质分子的平均动能随着时间的增加而增大(2)在区间Ⅲ，若将压强不变的条件改为体积不变，则温度升高______(“变快”、“变慢”或“快慢不变”)请说明理由．解析：根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，理想气体的状态方程eq\f(pV,T)＝C可知，在吸收相同的热量Q时，压强不变的条件下，V增加，W<0，ΔU1＝Q－|W|；体积不变的条件下，W＝0，ΔU2＝Q；所以ΔU1<ΔU2，体积不变的条件下温度升高变快．答案：(1)A(2)变快12．如图所示，将一滴红墨水滴入一杯清水中，红墨水会逐渐扩散到整体水中，呈均匀分布状态，试说明这个过程中熵的变化情况．答：在这个过程中系统的熵增加．扩散前，红墨水和清水区分分明，较有序；后来，整杯水的颜色变得均匀后，打破了原来的有序分布，无序程度增大．因此，扩散后系统的熵增加．试题组三1．(多选题)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“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，海面上升，故B、C选项正确．答案BC2．(多选题)关于热力学第二定律微观意义的说法正确的是()A．在任何自然过程中一个孤立系统的总熵不会减小B．一切自然过程总是沿着分子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．热力学第二定律也叫熵增加原理解析由热力学第二定律可知，A、D选项正确．答案AD3．下列说法中正确的是()A．机械能和内能之间的转化是可逆的B．气体向真空的自由膨胀是可逆的C．如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说明这个“宏观态”是比较有序的D．如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说明这个“宏观态”是比较无序的解析热现象的宏观过程都是不可逆的，故A、B选项错误；微观态越多越无序，故D选项正确．答案D4．(多选题)关于能源的开发和利用，下列观点正确的是()A．能源是有限的，无节制的利用能源，是一种盲目的短期行为B．根据能量守恒，能源是取之不尽，用之不竭的C．在对能源进行开发和利用的同时，必须加强对环境的保护D．不断开发新能源，是缓解能源危机，加强环境保护的主要途径解析由于能量的耗散，使得能利用的能源越来越少，故B选项错误．答案ACD5．(多选题)下列关于熵的说法中正确的是()A．熵值越大，意味着系统越“混乱”和“分散”，无序程度越高B．熵值越小，意味着系统越“混乱”和“分散”，无序程度越高C．熵值越大，意味着系统越“整齐”和“集中”，也就是越有序D．熵值越小，意味着系统越“整齐”和“集中”，也就是越有序答案AD6．(多选题)倒一杯热水，然后加入适量的糖后，糖会全部溶于水中，但一段时间后又观察到杯底部有糖结晶，关于这个过程下列叙述正确的是()A．溶解过程是自发的，结晶过程也是自发的，因此热力学第二定律是错误的B．溶解过程是有序向无序转变的过程C．结晶过程是有序向无序转变的过程D．结晶过程不是自发的，因为有外界的影响答案BD7．(多选题)下列说法正确的是()A．如果大量分子的集合从A分布进入B分布的概率大于从B分布进入A分布的概率，则B分布更无序B．如果大量分子的集合从A分布进入B分布的概率大于从B分布进入A分布，则A分布更无序C．大量分子的集合能自发地从A分布进入B分布，则该过程是可逆的D．大量分子的集合能自发地从A分布进入B分布，则该过程是不可逆的解析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．如果大量分子的集合从A分布进入B分布的概率大于从B分布进入A分布的概率，则说明B分布更无序一些，A正确，B错误．大量分子的集合自发的运动过程是不可逆的，D正确，C错误．答案AD8．(多选题)以一副扑克牌为例，下列关于有序和无序、宏观态和微观态的认识中不正确的是()A．按黑桃、红桃、草花、方块的顺序，而且从大到小将扑克牌排列起来，扑克牌这时是有序的B．将扑克牌按偶数和奇数分成两部分，扑克牌是无序的，每部分内部是有序的C．一副扑克牌，这就是一个宏观态，将牌洗动一次就是一个微观态D．一副扑克牌按偶数和奇数分成两部分，这是一个宏观态，从偶数部分抽出一张插入到奇数部分，它是该宏观态对应的一个微观态解析选项个性分析综合点评A正确扑克牌的排列是有确定规则的，是有序的规定了某个规则，就规定了一个“宏观态”，符合这个规则的就是有序，破坏了这个规则，则原有“宏观态”改变B错误按偶数和奇数分成两部分，是有序的，内部是无序的C正确一副扑克牌是一个系统，是一个宏观态，洗动一次，该状态为这副扑克牌宏观态对应的一个微观态；奇偶分开是一种宏观态，从偶数部分抽出一张插入到奇数部分，原宏观态被破坏D错误答案BD9．柴油机使柴油燃料在它的气缸中燃烧，产生高温高压的气体，燃料的化学能转化为气体的内能，高温高压的气体推动活塞做功，气体的内能又转化为柴油机的机械能．燃烧相同的燃料，输出的机械能越多，表明柴油机越节能．是否节能是衡量机器性能好坏的重要指标．有经验的柴油机维修师傅，不用任何仪器，只要将手伸到柴油机排气管附近，去感觉一下尾气的温度，就能够判断出这台柴油机是否节能，真是“行家伸伸手，就知有没有”，关于尾气的温度跟柴油机是否节能之间的关系，你认为正确的是()A．尾气的温度越高，柴油机越节能B．尾气的温度越低，柴油机越节能C．尾气的温度高低与柴油机是否节能无关D．以上说法均不正确解析气体的内能不可能完全转化为柴油机的机械能，柴油机使柴油燃料在它的气缸中燃烧，产生高温高压的气体，是一个高温热源；而柴油机排气管排出的尾气是一个低温热源．根据能量守恒，这两个热源之间的能量差就是转换的机械能，燃烧相同的燃料，要想输出的机械能越多，尾气的温度就要越低．故B正确．答案B10．凡是能提供某种形式能量的物质，或是物质各种各样的运动，统称为能源，下面是一组关于能源的问题，请完成下列题目．(1)“能源分类的相关图”如图所示，四组能源选项中全部符合图中阴影部分能源的是()A．煤炭、石油、天然气B．水能、生物质能、天然气C．太阳能、风能、生物质能D．地热能、海洋能、核能(2)煤、石油、天然气和生物质能作为能源的共同特点是()A．可再生能源，取之不尽，用之不竭B．不可再生能源，用一点，少一点C．来自太阳辐射的能源D．污染环境的能源(3)煤、石油、天然气和生物质能资源的能量形成和转换利用过程基本上是()A．太阳辐射能→化学能→热能B．太阳辐射能→机械能→电能C．生物质能→电能→化学能→热能D．太阳辐射能→机械能→化学能答案(1)C(2)C(3)A11．在上海市青少年校外活动营地“东方绿舟”内有一个绿色能源区，同学们可以在这里做太阳能和风能的研究性实验．某同学为了测定夏季中午单位面积上、单位时间内获得的太阳能，制作了一个太阳能集热装置，实验器材有：(a)内壁涂黑的泡沫塑料箱一个，底面积为1m2；(b)盛水塑料袋一个；(c)温度计一个；(d)玻璃板一块(约1m2)．如图所示．(a)(b)(c)(d)假设图为一斜坡草地，太阳光垂直照射到草地表面，请将上述实验器材按实验设计要求画在下图中．如果已知水的比热容c，被水吸收的热量Q与水的质量m、水温升高量Δt间的关系是Q＝cmΔt，则为了测定中午单位面积上、单位时间内获得的太阳能，除了需要测量m、Δt外，还应测量的物理量是________，本实验会有一定误差，试写出一条产生误差的主要原因：_______________________________________________.答案实验图示如下：时间T(或t)产生误差的主要原因：太阳能没有全部被水吸收(或水吸收的太阳能还有一部分损失等)12．据《中国环境报》报道：从一份简单科技攻关课题研究结果显示，我国酸雨区已占国土面积的40%以上，研究结果还表明，我国农业每年因遭受酸雨而造成的经济损失高达15亿多元．为了有效控制酸雨，目前国务院已批准《酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分方案》等法规．在英国进行的一项研究结果表明：高烟囱可有效地降低地面SO2浓度．在20世纪的60～70年代的10年间，由发电厂排放的SO2增加了35%，但由于建造高烟囱的结果，地面浓度降低了30%之多．请你从全球环境保护的角度，分析这种做法是否可取？说明其理由并举出几种控制酸雨的有效途径．答案这种做法不可取．建设高烟囱只能降低地面SO2的浓度，不能从根本上降低大气中SO2的浓度．控制酸雨的途径主要有三个：一是对煤、石油等传统能源进行处理，使其燃烧过程不产生SO2；二是对SO2回收；三是开辟“绿色能源”，主要是氢能源．13．一锅开水投入了5个糖馅的甜汤圆，随后又投入了5个肉馅的咸汤圆，甜、咸汤圆在沸水中翻滚，象征着封闭系统进入了一个自发的过程，随后，用两只碗各盛了5个汤圆，每碗汤圆中共有六种可能：①全是甜的②全是咸的③1甜4咸④4甜1咸，这是四种不平衡的宏观态⑤2甜3咸⑥3甜2咸，这是两种相对平衡的宏观态．两只碗各盛5个汤圆共有32种组合方式，我们称为32个微观态，则：(1)以上六种宏观态所对应的微观态的个数各是多少？请设计一个图表来表示．(2)以上相对平衡的宏观态出现的概率是多少？答案(1)宏观态对应的微观态个数(2)相对平衡的宏观态出现的概率为：P＝eq\f(10＋10,1＋1＋5＋5＋10＋10)＝eq\f(5,8).试题组四【三维目标】[知识与技能]1.了解有序和无序，宏观态和微观态的概念。2.了解热力学第二定律的微观意义。3.了解熵的概念，知道熵是反映系统无序程度的物理量。4.知道随着条件的变化，熵是变化的。[过程与方法]结合实例，分析给出“有序”、“无序”、“宏观态”和“微观态”的概念，并配合实例说明其意义，注重理论与实践相结合。以气体向真空的扩散为例，说明宏观自发过程的方向性，以此为基础，进一步推导得出热力学第二定律的微观解释，表明热力学第二定律是一条统计规律。通过了解“等概率原理”，再次加深理解物理规律的研究方法，明确物理规律的建立方法。[情感、态度与价值观]通过说明既然热力学第二定律在热学中的地位如此重要，那就不能单纯以文字叙述的方式表述，这样与物理学是定量科学不相称，引入熵的概念并将热力学第二定律改述为关于熵的不等式这一问题，让学生进一步明白“是金子总要发光，是花朵终会绽放”这一道理，培养勇于探索、刻苦钻研的精神。【重点难点】［重点］热力学第二定律的微观解释。2．熵的意义及熵的概念在现实生活中的运用。［难点］热力学第二定律的微观解释【新课导入】任何事物放在一起总是会呈现有序或者无序的排列。上课的时候，大家都座在自己的位子上认真听讲，这时候我们的排列就是有序的，而下课的时候，有的同学继续在自己的位子上学习，有的同学下位和别的同学一起讨论问题，还有的同学要出门休息一下，这时候我们的排列就是无序的；五十周年国庆阅兵式上，威武的人发解放军排着整齐的方阵正步走来，他们的排列是有序的，而春运期间，车站站台上拥挤的人群则是无序的；在餐厅吃饭的时候大家自觉排队就是有序的，买饭即快又方便，而乱哄哄地挤在窗口则是无序的；将不同的彩球按颜色排成几排是有序的，将它们胡乱的堆在一起就是无序的，稍做对比我们就可以发现，生活中的无序要比有序多得多，且形成有序往往需要这样那样的条件，而无序则不然，它比有序要更容易发生。【互动探究】刚才，我们对有序和无序有了简单的了解，下面就请同学们阅读教材第63页“有序和无序宏观态和微观态”这一部分，然后前后位四个同学为一组，以扑克牌为例分组进行讨论，回答下列问题：（1）一幅扑克牌有几种花色？每种花色有多少张牌？（2）将所有牌胡乱放在一起，不加任何限制条件，这样的分布是有序的还是无序的？（3）将扑克牌仅仅按照黑桃、红桃、梅花、方块的顺序排列起来，号码的顺序可以任意，这样的的分布和（2）相比是有序的还是无序的？（4）将扑克牌不仅按照黑桃、红桃、梅花、方块的顺序，而且还要从小到大排列，这样的分布与（2）（3）相比是有序的还是无序的？（5）上面（2）（3）（4）中我们各规定了一个宏观态，哪一个宏观态对应的微观态最多？这个宏观态与其它宏观态相比是有序的还是无序的？实例讨论：除了大、小王之外，一幅扑克牌有黑桃、红桃、梅花、方块四种花色，每种花色都有13张牌。（2）（3）（4）中的分布中，（2）中的分布最无序，（4）中的分布最有序；（3）中的分布与（2）相比是有序的，但与（4）相比却是无序的，说明有序和无序具有相对性。（2）中规定的宏观态对应的微观态最多，（4）中规定的宏观态对应的微观态最少，说明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。规律总结：一、有序和无序宏观态和微观态1、有序和无序（1）有序：只要确定了某种规则，符合这个规则的就叫做有序。（2）无序：不符合某种确定规则的称为无序。（3）无序意味着各处都一样，平均、没有差别，有序则相反。（4）有序和无序是相对的。2．宏观态和微观态（1）宏观态：符合某种规定、规则的状态，叫做热力学系统的宏观态。（2）微观态：在宏观状态下，符合另外的规定、规则的状态叫做这个宏观态的微观态。（3）系统的宏观态所对应的微观态的多少表现为宏观态无序程度的大小。思考：仿照对于扑克牌的讨论，通过学生在操场站队的事例，说明有序、无序、宏观态、微观态这几个概念。议一议：在操场站队时，不加任何限制，这时的排列是最无序的；如果站成四列横队，但是不考虑性别和身高，这时的排列就相对有序了；不仅站成四列横队，而且还要按照身高从小到大的顺序排列，但是不考虑性别，这时就更有序了；如果按照身高从小到大男、女生各站两列横队，这时的排列和前三种情况相比是最有序的。第三个宏观态对应的微观态不仅包含了第四宏观态所对应的所有宏观态，而且还有其它微观态，同理，第二个包含第三个，第一个包含第二个，所以，第一种宏观态对应的微观态数目最多，第四种最少。点拨：以系统的分子数分布而不区分具体的分子来描写的系统状态叫热力学系统的宏观态；既使用分子数分布而且区分具体的分子来描写的状态叫热力学系统的微观态。在热力学系统中，由于存在大量分子的无规则热运动，任一时刻各个分子处于何种运动状态完全是偶然的，而且又都随时间无规则变化。系统中各个分子运动状态的每一种分布，都代表系统的一个微观态，所以，系统的微观态数目是大量的，在任意时刻系统随机处于其中任意一个微观态。问题：下面，我们再来讨论一个实例：一个箱子被挡板分成左、右两室，左室有气体，右室为真空。撤去挡板后气体要由左向右扩散。为了简单，假定气体只由a、b、c、d共4个分子组成，那么对于这4个分子来说，“左0右4”、“左1右3”、“左2向2”、“左3右1”、“左4右0”这5种宏观态对应的微观态各有多少个？“左0右4”和“左4右0”这种分布极端不均匀的宏观态出现的机率是多少？“左2右2”这种均匀的情况呢？请大家分组进行讨论后回答，可以画简图把几种情况表示出来，也可用排列组合的方法进行计算。议一议：“左0右4”和“左4右0”这两种宏观态对应的微观态个数都为=1种，“左1右3”、“左3右1”对应的微观态个数都为种，“左2右2”对应的微观态个数为种。“左0右4”和“左4右0”出现的机率是。“左2右2”这种均匀的情况出现的机率是。点拨：左0右4：｛0,abcd｝;左4右0：｛abcd,0｝;左1右3：｛a,bcd｝,｛b,acd｝,｛c,abd｝,｛d,abc｝;左3右1：｛abc,d｝,｛abd,c｝,｛acd,b｝,｛bcd,a｝;左2右2：｛ab,cd｝,｛ac,bd｝,｛ad,bc｝,｛bc,ad｝,｛bd,ac｝,｛cd,ab｝.讨论：如果有6个分子，对应有7个宏观态，每个宏观态对应的微观态个数分别是多少？“左0右6”和“左6右0”出现的机率是多少？“左2右4”和“左4右2”、“左3右3”这样分布均匀和大致均匀的情况出现的机率又是多少？议一议：“左0右6”和“左6右0”对应的微观态个数均为=1种，“左1右5”和“左5右1”对应的微观态个数均为种，“左2右4”和“左4右2”对应的微观态个数均为种，“左3右3”对应的微观态个数为种。“左0右6”和“左6右0”出现的机率是。“左2右4”和“左4右2”、“左3右3”这样分布均匀和大致均匀的情况出现的机率是。问题：请你归纳一下，如果有N个分子，那么“左0右N”和“左N右0”共同出现的机率又是多少？议一议：它们共同出现的机率是。点拨：显然，分子数越多，两室中分子数相同和大致相同的机率越大，而两室中分子数相差很多的机率就越小。1mol气体中包含的分子数为个，因此，无序状态出现的机率远远大于有序状态出现的要率，虽然理论上存在可能，但撤去挡板后实际出现的情况是气体向真空扩散，而不可能出现气体分子重新聚集在一室的现象。即：气体向真空的扩散是不可逆的。思考：请用摆积木的例子说明随意倾倒木块不可能出现房子。议一议：一堆积木杂乱地盛在箱子里，我们说它们是无序的，而按图摆成一个小屋，就说它是有序的。显然，“盛在箱子里的积木”这个宏观态对应的微观态比“摆成小屋的积木”对应的微观态要多得多。把一批积木随意倒子箱子里，各种排列都可能发生，其中碰巧排成图中房子的可能性极小，而乱糟糟的可能性岂止千万种！虽然理论上有排成房子的可能，但实际上却不可能出现，所以，随意倾倒木块不可能出现房子！规律总结：二、热力学第二定律的微观意义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。既然热力学第二定律在热学中的地位如此重要，那就不能单纯以文字叙述的方式表述，这样与物理学是定量科学不相称，下面我们来学习一个新的物理量——熵。三、熵1．公式：其中，表示一个宏观状态对应的微观态的数目，k为比例系数。2．、S均为系统内分子运动无序性的量度。3．孤立系统：不与外界进行物质和能量交换的系统。4．熵增加原理：在自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小。说明：在自然过程中，熵总是增加的，其原因并非有序是不可能的，而是因为通向无序的渠道与通向有序的渠道多得多。5．从微观角度看，热力学第二定律是一个统计规律：一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表着无序，所以自发的过程总是向无序度更大的方向发展。四、第力学第三定律1．宇宙中温度的下限℃。2．热力学第三定律：不可能通过有限的过程把一个物体冷却到绝对零度。3．绝对零度不可能达到。【典例剖析】类型一热力学第二定律微观解释的理解例1．倒一杯热水，然后加入适当的糖后，糖会全部溶于水中，但一段时间后又观察到杯底部有糖结晶，关于这个过程下列叙述正确的是A．溶解过程是自发的，结晶过程也是自发的，因此热力学第二定律是错误的B．溶解过程是有序向无序转变的过程C．结晶过程是有序向无序转变的过程D．结晶过程不是自发的，因为有外界的影响解析：杯、杯中热水和加入的糖组成的系统并不是一个孤立的系统，因为它们与外界有热交换。即使系统与外界没有热交换，糖也会全部溶解，所以糖溶解的过程是自发过程，分子热运动从有序变为无序。结晶的过程是从无序向有序转变的过程，但如果在糖溶解后系统与外界没有热交换，系统的温度不会降低，就不会有结晶出现，所以，结晶过程不是自发的，是因为系统向外界放热才造成的。它们都不违背热力学第二定律！答案：BD变式题1．一个密闭的容器内有稀薄气体，在容器上开一个小口，外部的空气就会流入容器，在气体流入过程中，容器内靠近开口处的空气密度暂时变得比内部大，以下说法正确的是A．此时容器内气体处于一个不平衡状态，是一个最无序的状态B．外界的影响破坏了容器内气体的平衡C．上面事实说明热力学第二定律只适用于封闭系统D．对一个开放系统并不一定是最无序的分布解析：容器和容器内部的气体组成的系统与外界既有质量交换、又有能量交换，所以不是一个孤立的热力学系统。在外界的影响下，系统由平衡态变成了非平衡态，这个例子也说明了热力学第二定律只适用于封闭系统。答案：BCD类型二对于熵和熵增加原理的理解例2．从微观角度看（）A．热力学第二定律是一个统计规律B．与热现象有关的自然过程中，一个孤立系统总是从熵大的状态向熵小的状态发展C．一个宏观状态所对应的微观状态越多，越是无序，熵值越大D．出现概率越大的宏观状态，熵值越大解析：热力学第二定律是一个统计规律，所以只适用于大量分子的热运动，A选项正确；在与热现象有关的自然过程中，一个孤立热力学系统的总熵一定增大，B选项错误；熵是描述系统分子热运动无序程度的物理量，熵值越大，越是无序，对应的微观态越多，C选项正确；出现概率越大的宏观状态对应的微观态越多，分子热运动越无序，熵值越大，D选项正确。答案：ACD变式题2．下列关于熵的说法中不正确的是A．熵是系统内分子热运动无序性的量度B．一切与热现象有关的自然过程中孤立系统的熵总是增加的C．热力学第二定律又叫熵减小原理D．熵值越大代表越有序解析：首先应明确熵的物理意义：它是表征分子热运动无序性的物理量，熵越大，说明越混乱，即越无序。热力学第二定律的微观意义表时：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，即向熵增大的方向进行，所以热力学第二定律又叫熵增加原理。答案：CD【基础演练】１．关于有序和无序、宏观态和微观态下列说法正确的是A．有序和无序是相对的B．一个“宏观态”可能对应着许多的“微观态”C．一个“宏观态”对应着唯一的“微观态”D．无序意味着各处一样、平均、没有差别解析：无序意味着各处一样、平均、没有差别，有序则相反；一个宏观态可以只对应一个微观态，也可以对应许多的微观态，主要看规定这个宏观态的规则如何。答案：ABD一个孤立的热力学系统处于非平衡态和平衡态相比处于非平衡态比处于平衡态有序处于平衡态比处于非平衡态有序处于非平衡态和处于平衡态有序程度相同有序程度要根据其它情况来定解析：平衡态说明各处一样，没有差别，而无序意味着各处都一样、没有差别，所以，平衡态比非平衡态无序答案：A3．下列说法正确的是A．如果大量分子的集合从A分布进入B分布的概率大于从B分布进入A分布，则B分布更无序B．如果大量分子的集合从A分布进入B分布的概率大于从B分布进入A分布，则A分布更无序C．大量分子的集合能自发地从A分布进入B分布，则该过程是可逆的D．大量分子的集合能自发地从A分布进入B分布，则该过程是不可逆的解析：根据热力学第二定律的微观解释，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，既然大量分子的集合从A分布进入B分布的概率更大，那就说明B分布更无序，A正确B错误；一切与热现象有关的宏观自发过程都是不可逆的，C错误D正确。答案：AD4．下列说法正确的是A．与热现象有关的自发的宏观过程是有方向性的B．与热现象有关的自发的宏观过程是熵增加的过程C．气体扩散现象向着无序性增加的方向进行,是可逆过程D．机械能转化为内能的过程是系统的熵增加的过程解析：根据热力学第二定律，一切与热现象有关的自发的宏观过程都是不可逆的，它们具有方向性，且向着分子热运动无序性增加的方向进行而。而熵是分子热运动无序性的量度，所以，与热现象有关的宏观自发过程中，系统的总熵一定增加，气体的扩散、机械能转化为内能都是这样的过程。答案：ABD5．1997年诺贝尔物理学奖授与朱棣文等三人，以表彰他们在激光冷却和捕获原子的方法上所作出的贡献。目前已应用激光将原子的温度冷却到10-12K的数量级，已经非常接近0K，下列关于”0K”说法中正确的是A．0K即0℃，随着科学的发展是可以达到的B．0K即0℃，只能无限接近,但不可能达到C．0K即绝对零度，随着科学的发展是可以达到的D．0K即绝对零度，只能无限接近，但不可能达到解析：K是热力学温标的温度单位，℃是摄氏温标的温度单位，它们之间的关系是：0K＝－℃。我们说的绝对零度指0K而不是0℃。根据热力学第三定律，绝对零度不可能达到，但是我们可能通过各种各样的方法降低温度，使之越来越接近绝对零度。答案：D【能力测试】1．关于热力学第二定律有以下四种说法：②③热力学第二定律使我们认识到：热量不可能由低温物体传递到高温物体；④第二类永动机违背了能量守恒定律和热力学第二定律，因此不可能制成。上述说法中正确的是()A．②B．②③C．①④D．①③④解析：一切涉及热现象的宏观自然过程都具有方向性，都是不可逆的；热量不可能自发的从低温物体向高温物体传递，但在外界的影响下，热量可以从低温物体传递给高温物体；第二类永动机没有违背能量守恒定律，但它违背了热力学第二定律。答案：A2．一个箱子被挡板分成左右两室，右室有气体，左室为真空，撤去挡板后气体要由左向右扩散，下列说法正确的是A．对单个分子或少量分子来说，它们扩散到左部的过程是可逆的B．对单个分子或少量分子来说，它们扩散到左部的过程是不可逆的C．对大量分子组成的宏观系统来说，它们向左部自由膨胀的宏观过程是不可逆的D．对大量分子组成的宏观系统来说，它们向左部自由膨胀的宏观过程是可逆的解析：一切分子都是在做无规则的热运动，对于单个分子来说，既然它能够自由运动到左室，同样它也能自由运动到右室，机率各是50%，这个过程是可逆的，同理，对于少量分子来说，它们一样可以同时处在左室或右室，只不过机率要少了很多，这个过程也是可逆的。而对于大量分子来讲，虽然理论上存在所有分子都处于左室或右室的可能，但实际上却是不可能出现的，所以这样的过程是不可逆的。答案：AC3．关于热力学第二定律的理解下列正确的是（）A．宏观与热现象有关的自发的物理过程都是不可逆的B．所有热过程都是从有序变为无序C．熵增加原理说明与热现象有关的自然过程具有方向性D．热运动是一种最无序的运动，内能是最无序运动所对应的能量解析：自发的与热现象有关的宏观过程都有方向性，都不可逆，都是从有序变为无序，但在外界的帮助下，也可以从无序变为有序，A选项正确B选项错误；熵增加原理是热力学第二定律的另一种表述，而热力学第二定律描述的就是与现象有关的自然过程的方向性，所以C选项正确；热运动是无规则并且一切分子都在做无规则热运动，所以热运动是一种最无序的运动，而热运动对应的能量——内能自然也就是最无序的能量。答案：ACD忽略空气阻力和一切摩擦，自由摆动的单摆其振幅不变，则单摆系统的总熵增加B.减小C.不变D.无法确定解析:由熵增加原理知,在自然过程中,孤立系统的总熵永不减小.若过程是可逆的,则熵不变;若过程是不可逆的,则熵增加.不可逆过程总是向着熵增加的方向变化,可逆过程总是沿等熵线变化.在这个例子中,单摆系统是一个孤立系统,自由摆动的过程是可逆过程,所以总熵不变.答案:C5.下列说法中正确的是（）A．在绝对零度附近所有分子都将停止运动B．在自然条件下，热量不可能从低温物体传给高温物体C．热力学温度每一开的大小跟摄氏温度的每一度大小相同D．随科学技术的发展，物体的温度可以降低到绝对零度解析：温度是分子平均动能的标志，而绝对零度又不可能达到，所以分子永远也不会停止运动，A、D选项错误；由热力学第二定律的克劳修斯表述知，B选项正确；热力学温标的0K不等于摄氏温标的0℃，但热力学温标中每一开和摄氏温标中的每一度大小是相同的，C选项正确。答案：BC6．一盆水在寒冷的天气中放在户外就要结冰，液态水的分子无序度比冰高。那么，结冰的过程违反熵增加原理吗？为什么？解析：液态水的分子无序度确实比冰的要高，但我们要看孤立系统的熵，而不是单个并不孤立物体的熵。一盆水在寒冷的天气中并不是孤立系统，因为水与外界大气有能量交换。熵增加原理指的是与外界没有物质与能量交换的孤立系统的总熵不会减小，所以，这并不违反熵增加原理。本题中，这盆水与外界一起构成孤立系统，水放热结成冰，同时使周围大气、地面温度升高，内能增大，分子无序度增加，系统总熵是增加的。答案：不违反，因为一盆水并不是孤立系统。【备课资料】1.熵与熵增加原理“熵”是什么？“熵”是德国物理学家克劳修斯在1850年创造的一个术语，他用熵来表示任何一种能量在空间分布的均匀程度。能量分布得越均匀，熵就越大。如果对于我们所考虑的那个系统来说，能量完全均匀地分布，那么这个系统的熵就达到最大值。简单的说，“熵”就是微观粒子的无序程度、能量差别的消除程度。在克劳修斯看来，在一个封闭的系统中，运动总是从有序到无序发展的。比如，把一块冰糖放入水中，结果整杯水都甜了。这就是说，糖分子的运动扩展到了整杯水中，它们的运动变得更加无序了。对于一个封闭的系统，能量差也总是倾向于消除的。比如，有水位差的两个水库，如果把它们连接起来，那么，重力就会使一个水库的水面降低，而使另一个水库的水面升高，直到两个水库的水面均等，势能取平为止。克劳修斯总结说，自然界中的一个普遍规律是：运动总是从有序到无序，能量的差异总是倾向变成均等，也即“熵将随着时间而增大”。2.宇宙热寂说克劳修斯把他的熵增加原理应用到无限的宇宙中去，得出了“宇宙热寂说”。“宇宙热寂说”主要有以下几个结论：第一，宇宙的离散度不断增加。第二，所有的机械运动都转化为热运动。第三，热量停止传递。最后我们可以设想出这么一个宇宙的图景：宇宙的有效生命将停止。能量还保存着，但已失去一切活动的能力，它无力再使宇宙运动，正如一潭死水不能使水车转动起来一样，我们将处在一个死寂的、热的宇宙中。但宇宙真会热寂吗？首先，热力学试验成果是以有限的、孤立封闭的系统为研究对象的。以有限的范围、有限的事件得出的规律能否推广到全宇宙呢？其次，自然界的规律是否同样适用于高级的生命运动呢？第三，黑洞理论指出，宇宙的离散度并非不断增加。宇宙中存在的黑洞在不断地吸引物质。所以说，克劳修斯的“宇宙热寂说”仅仅是一种形而上学的自然观，我们不必杞人忧天地担心宇宙会进入“热寂”。3.大爆炸理论大爆炸宇宙理论认为，宇宙的演化是从物质分布为均匀的状态演化到非均匀状态。宇宙膨胀是引力理论的一个结果，在宇宙范围内，引力是主导的，引力系统的热力学与无引力的热力学会导致十分不同的结论。比如，原来密度均匀的物质由于涨落可产生密度差，在引力占主导的条件下，高密度区域会吸引更多的物质而使密度变得更高，更多的物质会逃离低密度区而使密度变得更低。各种星体就是通过这种非均匀化过程聚集而成的。经典热力学的结论是不考虑引力，在静态空间下证明的，不适用于引力占主导地位的膨胀宇宙。应该指出，在一个非孤立的、有能量输入的系统中，熵是完全可以减小的。比如地球就是这样一个系统，它源源不断地吸收太阳能，而最终进化出了一个和谐有序的生物世界。试题组五★新课标要求（一）知识与技能了解热力学第二定律的微观意义。（二）过程与方法通过对微观状态和宏观状态的分析，理解熵的意义。（三）情感、态度与价值观通过对热力学第二定律微观意义的探究，激发学习物理的动力。★教学重点热力学第二定律的微观意义。★教学难点对熵和熵增加原理的理解。★教学方法讲练法、分析归纳法、阅读法★教学用具：投影仪、投影片★教学过程（一）引入新课教师：（复习提问）用投影片出示下列问题1．什么是热传导的方向性？2．机械能和内能之间相互转化的方向性指的是什么？3．什么是第二类永动机？为什么第二类永动机不可能制成？4．热力学第二定律的两种表述方式是什么？学生思考回答后，教师指出：系统的宏观表现源于组成系统的微观粒子的统计规律。本节课就要从微观的角度说明为什么涉及热运动的宏观过程会有一定的方向性。（二）进行新课1．有序和无序宏观态与微观态教师：先引导学生阅读教材有关内容，以“扑克牌”为例，体会“有序”和“无序”的含义，从而进一步体会“宏观态”和“微观态”的含义。教师：（讲解）当我们以系统的分子数分布而不区分具体的分子来描写的系统状态叫热力学系统的宏观态；如果使用分子数分布并且区分具体的分子来描写的系统状态叫热力学系统的微观态。在热力学系统中，由于存在大量粒子的无规则热运动，任一时刻各个粒子处于何种运动状态完全是偶然的，而且又都随时间无规则地变化。系统中各个粒子运动状态的每一种分布，都代表系统的一个微观态，系统的微观态的数目是大量的，在任意时刻系统随机地处于其中任意一个微观态。下面我们以上图所示的情况为例来进一步加以说明。假设容器中体积相等的A、B两室内具有a、b、c、d一共4个全同的分子，它们在A、B两室内的分布情况共有16种方式。具体分布如下：（0，4）（0，abcd）（l，3）［（a，bcd），（b，acd），（c，abd），（d，abc）］（2，2）［（ab，cd），（ac，bd），（ad，bc），（bc，ad），（bd，ac），（cd，ab）］（3，l）［（bcd，a），（acd，b），（abd，c），（abc，d）］（4，0）（abcd，0）上面的分布表达中，如（2，2）表示一个宏观态（即A、B两室内各有2个分子但不区分具体分子）而（ab，cd）表示一个微观态（a和b分子在A室内，c和d分子在B室内）由上表可清楚地看出，不同的宏观态包含着不同数量的微观态，其中以A、B两室各有2个分子的宏观态包含的微观态数目最多（6个）而以4个分子全部分布在A室或全部分布在B室的宏观态所包含的微观态数目最少（都是1个）。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．气体向真空的扩散教师：引导学生阅读教材有关内容。教师讲解：一个箱子被挡板分为左、右两室，假设左室气体只有a，b，c，d4个分子，右室为真空，撤去挡板后，气体由左向右扩散，由于各个微观态出现的概率是一样的，从宏观上看，我们看到“左2右2”这种均匀分布的可能性最大，而分子重新集中在一个室中，另一个室变成真空的可能性小。而实际上，气体系统中分子个数相当多，因此，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的现象。从无序的角度上看，热力学系统是由大量作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，当撤去挡板的一瞬间，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，因此，气体的自由扩散过程是沿着无序性增大的方向进行的，因此，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。这就是热力学第二定律的微观意义。3．熵教师：教师：引导学生阅读教材有关内容。教师讲解：对于由大量分子构成的系统而言，宏观态包含的微观态数目往往很大，这不利于实际计算。为此，玻耳兹曼引进了熵的概念，并定义系统的熵为Ω，后来普朗克把它写成Ω，式中k叫做玻耳兹曼常数，S为系统的熵，Ω为一个宏观状态所对应的微观状态数目。引入熵后，关于自然过程的方向性就可以表述为：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小。从微观角度看，热力学的第二定律是一个统计规律。一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序度更大的方向发展。因此，热力学第二定律又叫做熵增加原理。（三）课堂总结、点评这节课我们学习了热力学第二定律的微观意义。从微观上解释，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。在热力学中，引入了熵的概念后，热力学第二定律又称为熵增加原理：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小。★课余作业完成P80“问题与练习”的题目。课下阅读教材79页“科学漫步”。★教学体会思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。★资料袋：浅说熵熵这个概念最早是由德国的物理学家克劳修斯最早提出的，英文写法是Entropy，后来当时任浙大教授的胡刚复再翻译这个词的时候写成了熵，一直沿用至今。熵的提出是热力学发展的结果，也被认为是热力学发展史上的一块里程碑。牛顿发表了伟大的力学三定律后，欧洲的工业革命开启了热学发展的春天，而在这个春天开放的第一朵鲜花就是蒸汽机，随着瓦特蒸汽机的问世不仅宣告了热机时代的到来，也开始了人们对热机循环的研究。德国的一位医生迈尔最早总结出了：能量守恒及转化定律——热力学第一定律。再向后，法国年轻的工程师卡诺将对热机的研究向前推进了一大步，他提出的两个著名推论，热机的卡诺循环为后来者打下了坚实的基础。1850年，克劳修斯总结出：不可能把热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化。1851年英国的开尔文勋爵又提出了：不可能从单一热源吸收热量使之完全转化为有用功而不引起其他变化。上述两个结论就是关于热力学第二定律的最早描述。1906年，又是一位德国人斯脱提出了不可能把一个物体的温度降到绝对零度。此即热力学第三定律。而熵也随着热力学第二定律的提出在19世纪中期登上了舞台。当时，克劳修斯正在研究热机循环，他试图找到一个量在热机循环再回到原状态时保持不变。最后他发现了这个关系：系统内含的热量与绝对温度的比值不变，即。于是他定义一个系统的熵：。自从这个新玩意被提出来以后，许多科学家都开始了对它意义的研究。克劳修斯指出：熵是一个状态量，只有当一个系统的温度、压强等趋于稳定均匀的时候才有意义。1877年，波尔兹曼在一篇方程论文中运用统计力学的方法第一次将熵和概率联系在了一起，这就是著名的波尔兹曼方程：（k：波尔兹曼常数；W代表系统内一定宏观态中可能存在的分子组态数，通常称为“微观量”）。波尔兹曼方程将宏观态和微观态联系在了一起，并指出所谓熵对应着分子分布的概率。分子分布总是自发向概率最大的状态，即平衡态改变。现在我们可以对熵有一个感性的认识：墒代表了系统的混乱程度，熵越大分子的分布越趋于无序。对于一个系统，熵会自发性的增大。从微观上看，自发的热力学过程总是使分子由有序走向无序。这就是著名的熵增加原理。在熵增原理提出后，克劳修斯将其推广到了整个宇宙，并提出了一个似乎颇为严密的推理：由于宇宙中各个变化均向着无序的方向进行，宇宙的离散度不断增加，最终宇宙会变成一个巨大的无线电辐射场，而且宇宙中所有的机械运动会转化为热运动，热量停止传递。如此宣告宇宙末日的理论一提出便引起了轩然大波。进入二十世纪后，热力学得到了长足的发展，人们对熵也有了新的认识，经典热力学认为熵只有在平衡态时才有意义，而随着非平衡态理论的建立，人们逐渐意识到系统在远离平衡态时，由于其约束条件超过了某个临界值，系统会变的非常不稳定，这时任何一个微小的扰动都会使系统进入一个离平衡态更远的稳定状态，这样自发形成的有序结构称为耗散结构。耗散结构的提出以及后来的混沌理论逐渐向我们展示了宇宙的复杂及不确定，原始经典的熵已经显得力不从心。但科学终究是发展的，任何理论现有的缺陷及不足都将是它们完善的突破口。相信在新世纪里，熵能带给我们更多惊喜。试题组六１．关于有序和无序下列说法正确的是（）A．有序和无序不是绝对的B．一个“宏观态”可能对应着许多的“微观态”C．一个“宏观态”对应着唯一的“微观态”D．无序意味着各处一样、平均、没有差别2．根据热力学第二定律判断，下列说法正确的是（）A．内能可以自发的转变成机械能B．扩散的过程完全可逆的C．火力发电时，燃烧物质的内能不可以全部转化为电能D．热量不可能自发的从低温物体传递到高温物体3．倒一杯热水，然后加入适当的糖后，糖会全部溶于水中，但一段时间后又观察到杯底部有糖结晶，关于这个过程下列叙述正确的是（）A．溶解过程是自发的，结晶过程也是自发的，因此热力学第二定律是错误的B．溶解过程是有序向无序转变的过程C．结晶过程是有序向无序转变的过程D．结晶过程不是自发的，因为有外界的影响4．下列说法正确的是()A．如果大量分子的集合从A分布进入B分布的概率大于从B分布进入A分布，则B分布更无序B．如果大量分子的集合从A分布进入B分布的概率大于从B分布进入A分布，则A分布更无序C．大量分子的集合能自发地从A分布进入B分布，则该过程是可逆的D．大量分子的集合能自发地从A分布进入B分布，则该过程是不可逆的5．一个密闭的容器内有稀薄气体，在容器上开一个小口，外部的空气就会流入容器，在气体流入过程中，容器内靠近开口处的空气密度暂时变得比内部大，以下说法正确的是（）A．此时容器内气体处于一个不平衡状态，是一个最无序的状态B．外界的影响破坏了容器内气体的平衡C．上面事实说明热力学第二定律只适用于封闭系统D．对一个开放系统并不一定是最无序的分布6．下列关于热现象的说法，正确的是（）A．外界对物体做功，物体的内能一定增加B．物体的温度可以一直降低到绝对零度C．任何条件下，热量都不会由低温物体传递到高温物体D．任何热机都不可能使燃料释放的热量完全转化