高二物理課件 10.5 《熱力學(xué)第二定律的微觀解釋》 10.6 能源和可持續(xù)發(fā)展 （人教選修3-3）

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歡迎進(jìn)入物理課堂 1 有序 無序的含義 無序 意味著各處一樣 平均 沒有差別 而有序則正好相反 2 熵的含義 有序 和 無序 是相對(duì)而言的 是從有序程度上講的 熵是宏觀態(tài)無序程度的量度 熵越高 意味著宏觀態(tài)所對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目越多 即越無序 熵越低即越有序 3 熱力學(xué)第二定律的微觀解釋高溫物體和低溫物體中的分子都在做無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng) 但是高溫物體中分子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率要大于低溫物體 所以在高溫物體分子與低溫物體分子的碰撞過程中 低溫物體分子運(yùn)動(dòng)的劇烈程度會(huì)逐漸加劇 即低溫物體的溫度升高了 而高溫物體分子運(yùn)動(dòng)的劇烈程度會(huì)減緩 即高溫物體的溫度降低了 所以從宏觀熱現(xiàn)象角度來看 熱傳遞具有方向性 總是從高溫物體傳給低溫物體 換一種角度看 初始我們根據(jù)溫度的高低來區(qū)分兩個(gè)物體 而終了狀態(tài)兩個(gè)物體上的溫度處處相同 無法區(qū)別 我們就說系統(tǒng)的無序程度增加了 同理可知 在通過做功使系統(tǒng)內(nèi)能增加的過程中 自然過程是大量分子從有序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向無序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程 4 熱力學(xué)第二定律的微觀意義熱力學(xué)第二定律揭示了涉及熱現(xiàn)象的一切宏觀的自然過程都只能在一個(gè)方向上發(fā)生 而不會(huì)可逆地在相反的方向上出現(xiàn) 它指出在能量得以平衡的眾多過程中 哪些可能發(fā)生 哪些不可能發(fā)生 自然界涉及熱現(xiàn)象的一切宏觀過程都是不可逆的 宏觀自發(fā)過程的這種方向性 熵增加的方向 也就成為時(shí)間的方向性 所以 熵 又常常被稱為 時(shí)間箭頭 典例1 關(guān)于熱力學(xué)第二定律的微觀意義 下列說法正確的是 A 大量分子無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)能夠自動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蜻\(yùn)動(dòng)B 熱傳遞的自然過程是大量分子從有序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向無序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程C 熱傳遞的自然過程是大量分子從無序程度小的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向無序程度大的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程D 一切自然過程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無序性增大的方向進(jìn)行 標(biāo)準(zhǔn)解答 選C D 分子熱運(yùn)動(dòng)是大量分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng) 系統(tǒng)的一個(gè)宏觀過程包含著大量的微觀狀態(tài) 這是一個(gè)無序的運(yùn)動(dòng) 根據(jù)熵增加原理 熱運(yùn)動(dòng)的結(jié)果只能使分子熱運(yùn)動(dòng)更加無序 而不是變成了有序 熱傳遞的自然過程從微觀上講就是大量分子從無序程度小的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向無序程度大的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程 故選C D 規(guī)律方法 解此類題目要理解好有序和無序 確定某種規(guī)則 符合這個(gè)規(guī)則的就是有序的 不符合確定的規(guī)則和要求的分布是無序的 無序意味著各處平均沒有差別 而有序則相反 是按照某種規(guī)則排列的 有序與無序是相對(duì)的 變式訓(xùn)練 對(duì)于孤立體系中發(fā)生的實(shí)際過程 下列說法中正確的是 A 系統(tǒng)的總熵只能增大 不可能減小B 系統(tǒng)的總熵可能增大 可能不變 還可能減小C 系統(tǒng)逐漸從比較有序的狀態(tài)向更無序的狀態(tài)發(fā)展D 系統(tǒng)逐漸從比較無序的狀態(tài)向更加有序的狀態(tài)發(fā)展 解析 選A C 在孤立體系中發(fā)生的實(shí)際過程 其系統(tǒng)的總熵是增加的 它不可能減小 故A正確 B錯(cuò)誤 根據(jù)熵增加原理 該系統(tǒng)只能是從比較有序的狀態(tài)向更無序的狀態(tài)發(fā)展 故C正確 D錯(cuò)誤 能源的分類 典例2 下列關(guān)于能源的說法中正確的是 A 能源是取之不盡 用之不竭的B 能源是有限的 特別是常規(guī)能源 如煤 石油 天然氣等C 大量消耗常規(guī)能源會(huì)使環(huán)境惡化 故提倡開發(fā)利用新能源D 核能的利用對(duì)環(huán)境的影響比燃燒石油 煤炭大 解題指導(dǎo) 能源是有限的 無限制使用常規(guī)能源會(huì)嚴(yán)重破壞環(huán)境 標(biāo)準(zhǔn)解答 選B C 盡管能量守恒 但耗散能量無法重新收集利用 所以能源是有限的 特別是常規(guī)能源 A錯(cuò) B對(duì) 常規(guī)能源的利用比新能源核能的利用對(duì)環(huán)境影響大 C對(duì) D錯(cuò) 規(guī)律方法 能量與能源的區(qū)別 1 能量是守恒的 既不會(huì)增加也不會(huì)減少 2 能源是可以提供可利用能量的物質(zhì) 3 能量耗散 能量總量不變 但能量品質(zhì)會(huì)下降即能源減少 故我們要節(jié)約能量 變式訓(xùn)練 關(guān)于 溫室效應(yīng) 下列說法正確的是 A 太陽(yáng)能源源不斷地輻射到地球上 由此產(chǎn)生了 溫室效應(yīng) B 石油和煤炭燃燒時(shí)產(chǎn)生的二氧化碳增加了大氣中二氧化碳的含量 由此產(chǎn)生了 溫室效應(yīng) C 溫室效應(yīng) 使得地面氣溫上升 兩極冰雪融化D 溫室效應(yīng) 使得土壤酸化 解析 選B C 溫室效應(yīng) 的產(chǎn)生是由于石油和煤炭等燃燒時(shí)產(chǎn)生的二氧化碳增加了大氣中二氧化碳的含量 它的危害是使地面氣溫上升 兩極冰雪融化 海平面上升 淹沒沿海城市 海水向河流倒灌 耕地鹽堿化等 故B C選項(xiàng)正確 變式備選 2011 泉州高二檢測(cè) 下列對(duì)能量耗散的理解正確的有 A 能量耗散說明能量在不斷減少B 能量耗散遵守能量守恒定律C 能量耗散說明能量不能憑空產(chǎn)生 但可以憑空消失D 能量耗散從能量角度反映出自然界的宏觀過程具有方向性 解析 選B D 在發(fā)生能量轉(zhuǎn)化的宏觀過程中 其他形式的能量最終會(huì)轉(zhuǎn)化為流散到周圍環(huán)境的內(nèi)能 無法再回收利用 這種現(xiàn)象叫能量耗散 能量耗散并不違反能量守恒定律 宇宙的能量既沒有減少 也沒有消失 它只從能量角度反映出自然界的宏觀過程具有方向性 故A C錯(cuò) 典例3 下列關(guān)于熵的有關(guān)說法正確的是 A 熵是系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)無序性的量度B 在任何過程中熵總是增加的C 熱力學(xué)第二定律也叫做熵減小原理D 熵值越大表示系統(tǒng)越有序 解題指導(dǎo) 熵是反映系統(tǒng)無序程度的物理量 熵越大 無序程度越大 一個(gè)孤立的系統(tǒng)熵永遠(yuǎn)不會(huì)減小 標(biāo)準(zhǔn)解答 選A 根據(jù)熵的定義知A正確 從熵的意義上說 系統(tǒng)自發(fā)變化時(shí)總是向著熵增加的方向發(fā)展 但人為干預(yù)的過程或非獨(dú)立系統(tǒng)熵有可能減少 B錯(cuò)誤 熱力學(xué)第二定律也叫熵增加原理 C錯(cuò)誤 熵越大 系統(tǒng)越混亂 無序程度越大 D錯(cuò)誤 故選A 一 選擇題1 下列關(guān)于熱力學(xué)第二定律微觀意義的說法正確的是 A 從微觀的角度看 熱力學(xué)第二定律是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律B 一切自然過程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)無序性減小的方向進(jìn)行C 有的自然過程沿著分子熱運(yùn)動(dòng)無序性增大的方向進(jìn)行 有的自然過程沿著分子熱運(yùn)動(dòng)無序性減小的方向進(jìn)行D 在任何自然過程中 一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵會(huì)減小 解析 選A 從熱力學(xué)第二定律的微觀本質(zhì)看 一切不可逆過程總是沿著大量分子熱運(yùn)動(dòng)無序程度增大的方向進(jìn)行 B C錯(cuò) 熱力學(xué)第二定律是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律 A對(duì) 任何自然過程總是朝著無序程度增大的方向進(jìn)行 也就是熵增加的方向進(jìn)行 故D錯(cuò) 所以選A 2 已知一個(gè)系統(tǒng)的兩個(gè)宏觀態(tài)甲 乙 及對(duì)應(yīng)微觀態(tài)的個(gè)數(shù)分別為較少 較多 則下列關(guān)于對(duì)兩個(gè)宏觀態(tài)的描述及過程自發(fā)的可能方向的說法中正確的是 A 甲比較有序 乙比較無序 甲 乙B 甲比較無序 乙比較有序 甲 乙C 甲比較有序 乙比較無序 乙 甲D 甲比較無序 乙比較有序 乙 甲 解析 選A 一個(gè)宏觀態(tài)對(duì)應(yīng)微觀態(tài)的多少標(biāo)志了宏觀態(tài)的無序程度 從中還可以推知系統(tǒng)自發(fā)的方向 微觀態(tài)數(shù)目越多 表示越無序 一切自然過程總沿著無序性增大的方向進(jìn)行 A對(duì) B C D錯(cuò) 3 下列哪些現(xiàn)象能夠發(fā)生 并且不違背熱力學(xué)第二定律 A 一杯熱茶在打開杯蓋后 茶會(huì)自動(dòng)變得更熱B 蒸汽機(jī)把蒸汽的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能C 桶中混濁的泥水在靜置一段時(shí)間后 泥沙下沉 上面的水變清 泥 水自動(dòng)分離D 電冰箱通電后把箱內(nèi)低溫物體的熱量傳到箱外高溫物體 解析 選C D A B都違背了熱力學(xué)第二定律 都不能發(fā)生 C中系統(tǒng)的勢(shì)能減少了 D中消耗了電能 所以不違背熱力學(xué)第二定律 均能發(fā)生 4 如圖所示 兩個(gè)相通的容器P Q間裝有閥門K P中充滿氣體 Q內(nèi)為真空 整個(gè)系統(tǒng)與外界沒有熱交換 打開閥門K后 P中的氣體進(jìn)入Q中 最終達(dá)到平衡 則 A 氣體體積膨脹 內(nèi)能增加B 氣體分子勢(shì)能減少 內(nèi)能增加C 氣體分子勢(shì)能增加 壓強(qiáng)可能不變D Q中氣體不可能自發(fā)地全部退回到P中 解析 選D 據(jù)熱力學(xué)第二定律知 自然界涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性 D項(xiàng)正確 容器內(nèi)氣體自由膨脹 氣體與外界之間不做功也沒有熱交換 故氣體的內(nèi)能不變 A項(xiàng)不正確 氣體分子間作用力很弱 氣體體積變化時(shí) 氣體分子勢(shì)能可認(rèn)為不變 B C項(xiàng)也不正確 5 水力發(fā)電站的電能最終來自于 A 太陽(yáng)能B 水的動(dòng)能C 水的勢(shì)能D 水的內(nèi)能 解析 選A 煤 石油 水力等能源最終來自于太陽(yáng)能 是太陽(yáng)能將水蒸發(fā)到高處 然后再降落到地面各處 匯成江河湖海 高處的水向低處流就具有了水能 從而用于發(fā)電 6 2011 衡陽(yáng)高二檢測(cè) CO2氣體有個(gè) 怪脾氣 它幾乎不吸收太陽(yáng)的短波輻射 大氣中CO2濃度增加能使地表溫度因受太陽(yáng)的輻射而上升 另外 它還有強(qiáng)烈吸收地面紅外熱輻射的作用 阻礙了地球周圍的熱量向外層空間的排放 使整個(gè)地球就像一個(gè)大溫室一樣 因此 大氣中二氧化碳?xì)怏w濃度的急劇增加會(huì)導(dǎo)致氣溫的逐步上升 使全球氣候變暖 為了減緩大氣中CO2濃度的增加 以下措施中可行且有效的是 A 禁止使用煤 石油和天然氣B 開發(fā)使用核能 太陽(yáng)能C 將汽車燃料由汽油改為液化石油氣D 植樹造林 解析 選B D 可行且行之有效的措施是開發(fā)新能源以便減少對(duì)常規(guī)能源的利用 減少CO2的排放 植樹造林可以吸收空氣中的CO2 所以選B D 題中A C兩項(xiàng)措施雖然有效 但并不可行 7 以下說法正確的是 A 熱量自發(fā)地從甲物體傳到乙物體 甲的內(nèi)能不一定比乙大B 汽油是一種清潔能源C 水能是可再生能源 所以可制造一臺(tái)利用水能的機(jī)器 效率可達(dá)100 D 煤 石油等常規(guī)能源是取之不盡 用之不竭的 解析 選A 熱量自發(fā)地從甲傳到乙 說明甲的溫度高于乙的溫度 但物體的內(nèi)能除與溫度有關(guān)外 還與物體體積及物質(zhì)的量等因素有關(guān) 甲的內(nèi)能不一定大于乙的內(nèi)能 A對(duì) 汽油燃燒會(huì)引起一些化合物的產(chǎn)生 導(dǎo)致有毒氣體的生成 B錯(cuò) 水能雖然是可再生能源 由熱力學(xué)第二定律可知 效率不可能達(dá)到100 C錯(cuò) 煤 石油等存量是有限的 是不可再生能源 D錯(cuò) 8 酸雨對(duì)植物的正常生長(zhǎng)影響很大 為了減少酸雨的影響 應(yīng)采取的措施是 少用煤作燃料 燃料脫硫 在已經(jīng)酸化的土壤中加石灰 多種植美人蕉 銀杏等植物 開發(fā)新能源 多種植法國(guó)梧桐 檸檬等植物 A B C D 解析 選A 酸雨主要是由煤 石油等燃料尤其是煤燃燒所釋放的SO2和氮氧化物在降水過程中溶入雨水形成的 因而為減少酸雨的影響 少用煤作燃料和燃料脫硫是有效的方法 開發(fā)新能源也是減少煤使用量的方法 另外美人蕉和銀杏對(duì)SO2有較強(qiáng)的吸收能力 所以 正確 應(yīng)選A 二 非選擇題9 成語(yǔ) 覆水難收 指的是一盆水潑出后是不可能再回到盆中的 請(qǐng)從不同宏觀態(tài)所對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目不同這個(gè)角度 解釋為什么水不會(huì)自發(fā)地聚到盆中 解析 由于盆的形狀確定 水在盆中所處的宏觀態(tài)對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目少 較為有序 當(dāng)把水潑出后 它的形狀不受盆的限制 各種可能的形狀都有 此時(shí)所處的宏觀態(tài)對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目將變得非常多 較為無序 因?yàn)樽园l(fā)的過程總是從有序向著無序發(fā)展 所以水不會(huì)自發(fā)地聚到盆中 答案 見解析 10 2011 東城區(qū)高二檢測(cè) 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展 汽車數(shù)量迅猛增長(zhǎng) 汽車排放的尾氣造成的空氣污染越來越嚴(yán)重 據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì) 汽車尾氣排放造成的空氣污染目前已占整個(gè)污染源的一半以上 在這種情況下 目前研制開發(fā)的太陽(yáng)能汽車具有更好的發(fā)展前景 如圖所示是某研究所研制的太陽(yáng)能汽車 它是利用太陽(yáng)能電池將接收到的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能 再利用電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)的一種新型汽車 設(shè)太陽(yáng)光照射到電池板上的輻射功率為7kW 在晴朗的天氣里 太陽(yáng)能電池對(duì)著太陽(yáng)時(shí)產(chǎn)生的電壓為160V 并對(duì)車上的電動(dòng)機(jī)提供12A的電流 請(qǐng)你求出 1 在這種情況下電動(dòng)機(jī)消耗的電功率是多大 2 如果這輛汽車的電動(dòng)機(jī)將電能最終轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率為75 當(dāng)汽車在水平路面上勻速行駛時(shí) 受到的牽引力為180N 則在1min內(nèi)這輛汽車行駛了多少米 解析 1 電動(dòng)機(jī)消耗的電功率P UI 160V 12A 1920W 2 由P W t得W電 Pt 1920W 60s 115200J由題意W機(jī) W電 115200J 75 86400J又由W Fs得汽車行駛的距離s W機(jī) F 86400 180m 480m答案 1 1920W 2 480m 方法技巧 新能源問題的求解方法本題是新型能源太陽(yáng)能發(fā)電的應(yīng)用 考查了能量轉(zhuǎn)化的方式以及效率等問題 解決此類問題要注意認(rèn)真從題目中獲取有用信息 結(jié)合學(xué)過的物理知識(shí) 理清各物理量之間的關(guān)系 利用能的轉(zhuǎn)化和守恒及效率公式可以順利解答此類題目 Thankyou 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全