高中物理《熱力學(xué)第二定律的微觀解釋》《能源和可持續(xù)發(fā)展》 課件（人教版選修3-3）

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歡迎進(jìn)入物理課堂 第五節(jié)熱力學(xué)第二定律的微觀解釋第六節(jié)能源和可持續(xù)發(fā)展 核心要點(diǎn)突破 課堂互動(dòng)講練 知能優(yōu)化訓(xùn)練 第六節(jié) 課前自主學(xué)案 課標(biāo)定位 課標(biāo)定位 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 知道什么是有序和無序 宏觀態(tài)和微觀態(tài) 2 理解熱力學(xué)第二定律的微觀意義 了解熵的概念及用熵的概念表示的熱力學(xué)第二定律 3 認(rèn)識(shí)能源和環(huán)境與人類生存的關(guān)系 知道可持續(xù)發(fā)展的重大意義 增強(qiáng)保護(hù)環(huán)境的意識(shí) 重點(diǎn)難點(diǎn) 通過對(duì)實(shí)例分析 理解有序和無序 宏觀態(tài)和微觀態(tài)的概念 歸納總結(jié)出熱力學(xué)第二定律的微觀意義 引出熵的概念 課前自主學(xué)案 一 有序和無序宏觀態(tài)和微觀態(tài)1 有序和無序 只要確定了某種規(guī)則 符合這個(gè)規(guī)則的就叫做 不符合某種確定規(guī)則的稱為 無序意味著各處都一樣 平均 沒有差別 有序則相反 2 宏觀態(tài)和微觀態(tài) 在統(tǒng)計(jì)物理學(xué)中 符合某種 的狀態(tài) 叫做熱力學(xué)系統(tǒng)的宏觀態(tài) 有序 無序 規(guī)則規(guī)定 一個(gè)規(guī)則下 即一個(gè)宏觀態(tài)下 可能有不同方案 每個(gè)方案就是一個(gè) 即與一個(gè)宏觀態(tài)對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)可能不止一個(gè) 如果一個(gè)宏觀態(tài)對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)比較多 就說這個(gè)宏觀態(tài)是比較 的 二 氣體向真空的擴(kuò)散1 宏觀自發(fā)過程的方向性 自發(fā)的過程總是傾向于出現(xiàn)與較多微觀態(tài)對(duì)應(yīng)的宏觀態(tài) 因此自發(fā)的過程總是從 向著 發(fā)展的 微觀態(tài) 無序 有序 無序 2 熱力學(xué)第二定律的微觀意義 一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無序性 的方向進(jìn)行 三 熵1 熵 1 物理意義 系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動(dòng) 的量度 2 表達(dá)式S S表示熵 k表示玻耳茲曼常量 表示微觀態(tài)的數(shù)目 2 熵增加原理 在任何自然過程中 一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵 增大 無序程度 kln 不會(huì)減小 3 熱力學(xué)第二定律的微觀涵義 熱力學(xué)第二定律是一個(gè) 規(guī)律 一個(gè)孤立系統(tǒng)總是從熵 的狀態(tài)向熵 的狀態(tài)發(fā)展 而熵值較大代表著較為 所以自發(fā)的宏觀過程總是向 的方向發(fā)展 四 能量耗散和品質(zhì)降低1 能量耗散 系統(tǒng)的 流散到周圍環(huán)境中 沒有辦法把這些內(nèi)能收集起來加以利用 這種現(xiàn)象叫做 統(tǒng)計(jì) 小 大 無序 無序度更大 內(nèi)能 能量耗散 2 品質(zhì)降低 能量從 的形式降級(jí)為 的形式叫品質(zhì)降低 3 能量耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的自發(fā)變化過程具有 能量耗散雖然不會(huì)導(dǎo)致能量總量的減少 卻會(huì)導(dǎo)致能量品質(zhì)的 五 能源與人類社會(huì)發(fā)展能源是社會(huì)存在與發(fā)展永遠(yuǎn)不可或缺的必需品 是國民經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的物質(zhì)基礎(chǔ) 它與 構(gòu)成現(xiàn)代社會(huì)的三大支柱 高度有用 不大可用 方向性 降低 材料 信息 六 能源與環(huán)境1 人們把煤 石油 天然氣等化石能源叫做 能源 人類消耗的能源主要是 能源 2 化石能源的儲(chǔ)藏是有限的 3 環(huán)境問題化石能源的大量消耗帶來的環(huán)境問題有 等 七 開發(fā)新能源 常規(guī) 常規(guī) 溫室效應(yīng) 酸雨 光化學(xué)煙霧 1 化石能源的短缺和利用常規(guī)能源帶來的環(huán)境污染 使得 的開發(fā)成為當(dāng)務(wù)之急 2 新能源主要有下列幾種 1 太陽能 2 生物質(zhì)能 3 風(fēng)能 4 核能 5 水流 河流 潮汐 能 太陽能 風(fēng)能 水流能是清潔能源 也是 可再生能源 新能源 核心要點(diǎn)突破 一 熱力學(xué)第二定律的微觀意義的理解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 傳熱具有方向性 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 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 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 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)的總熵不會(huì)減小解析 選AD 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 我們知道熱力學(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 則D對(duì) 所以選A D 二 能源概念 分類1 概念 能源是提供可利用能量的物質(zhì) 2 能源的分類 課堂互動(dòng)講練 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 傳熱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 傳熱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)無序性減小的方向進(jìn)行 精講精析 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 傳熱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 答案 C 方法總結(jié) 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 變式訓(xùn)練1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AC 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 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 自主解答 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)誤 答案 BD 方法總結(jié) 1 能量耗散是指可利用的能量減少 能量的品質(zhì)降低 2 能量守恒定律依然成立 能量沒有減少 但能源卻會(huì)越來越少 故應(yīng)節(jié)約能源 變式訓(xùn)練2關(guān)于 溫室效應(yīng) 下列說法正確的是 A 太陽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BC 溫室效應(yīng) 的產(chǎn)生是由于石油和煤炭燃燒時(shí)產(chǎn)生的二氧化碳增加了大氣中二氧化碳的含量 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 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