人教版高中物理 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 新人教选修33.ppt

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1、2021/8/9 星期一12021/8/9 星期一22021/8/9 星期一32021/8/9 星期一42021/8/9 星期一52021/8/9 星期一62021/8/9 星期一72021/8/9 星期一82021/8/9 星期一92021/8/9 星期一102021/8/9 星期一111.有序、无序的含义有序、无序的含义“无序无序”意味着各处一样、平均、没有差别，而有序则正好相意味着各处一样、平均、没有差别，而有序则正好相反反.2.熵的含义熵的含义“有序有序”和和“无序无序”是相对而言的，是从有序程度上讲的，熵是相对而言的，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

2、所对应的微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，熵越低即越有序观态数目越多，即越无序，熵越低即越有序.2021/8/9 星期一123.热力学第二定律的微观解释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剧烈程度会逐渐

3、加剧，即低温物体的温度升高了.而高温物体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别，我们就说系统的无序程度增加了.2021/8/9 星期一13同理可知，在通过做功使系统内

4、能增加的过程中，自然过程是同理可知，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大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程.2021/8/9 星期一144.热力学第二定律的微观意义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，哪些不可能发生能发生.自然界涉

5、及热现象的一切宏观过程都是不可逆的，宏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观自发过程的这种方向性(熵增加的方向熵增加的方向)，也就成为时间的方，也就成为时间的方向性向性.所以，所以，“熵熵”又常常被称为又常常被称为“时间箭头时间箭头”.2021/8/9 星期一15【典例典例1】关于热力学第二定律的微观意义，下列说法正确关于热力学第二定律的微观意义，下列说法正确的是的是()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热传递的自然过程是大量分子从有序运动状态向无序

6、运动状态转化的过程态转化的过程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2021/8/9 星期一16【标准解答标准解答】选选C C、D.D.分子热运动是大量分子的无规则运动，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

7、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，故选化的过程，故选C C、D.D.2021/8/9 星期一17【规律方法规律方法】解此类题目要理解好有序和无序，确定某种规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分布是无序的.无序意味着各处平均没有差

8、别；而有序则相反，是按照某种规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则排列的，有序与无序是相对的.2021/8/9 星期一182021/8/9 星期一20能源的分类能源的分类2021/8/9 星期一212021/8/9 星期一222021/8/9 星期一232021/8/9 星期一24【典例典例2】下列关于能源的说法中正确的是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

9、提倡开发利用新能源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、煤炭大核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭大 【解题指导解题指导】能源是有限的，无限制使用常规能源会严重能源是有限的，无限制使用常规能源会严重破坏环境破坏环境.【标准解答标准解答】选选B、C.尽管能量守恒，但耗散能量无法重新收集尽管能量守恒，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，利用，所以能源是有限的，特别是常规能源，A错，错，B对；常规对；常规能源的利用比新能源核能的利用对环境影响大，能源的利用比新能源核能的利用对环境影响大，C对，对，D错错.2021/8/9

10、星期一25【规律方法规律方法】能量与能源的区别能量与能源的区别(1)(1)能量是守恒的，既不会增加也不会减少能量是守恒的，既不会增加也不会减少.(2)(2)能源是可以提供可利用能量的物质能源是可以提供可利用能量的物质.(3)(3)能量耗散，能量总量不变，但能量品质会下降即能源减能量耗散，能量总量不变，但能量品质会下降即能源减少，故我们要节约能量少，故我们要节约能量.2021/8/9 星期一26【典例典例3】下列关于熵的有关说法正确的是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在任何过程中熵总是增加的C.热力学第二

11、定律也叫做熵减小原理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熵值越大表示系统越有序【解题指导解题指导】熵是反映系统无序程度的物理量，熵越大，无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序程度越大，一个孤立的系统熵永远不会减小.2021/8/9 星期一30【标准解答标准解答】选选A.A.根据熵的定义知根据熵的定义知A A正确正确.从熵的意义上说，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，过程或非独立系统熵有可能减少，B B错误错误.热力

12、学第二定律也热力学第二定律也叫熵增加原理，叫熵增加原理，C C错误错误.熵越大，系统越混乱，无序程度越熵越大，系统越混乱，无序程度越大，大，D D错误错误.故选故选A.A.2021/8/9 星期一31一、选择题一、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，有有的自然过程沿着分子热运动无序性增

13、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在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵会减小2021/8/9 星期一32【解析解析】选选A.A.从热力学第二定律的微观本质看，一切不可逆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，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 B、C C错；热力学第二定律是一个统计规律，错；热力学第二定律是一个统计规律，A A对对.任何自然过程总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是朝

14、着无序程度增大的方向进行，也就是熵增加的方向进行，故行，故D D错错.所以选所以选A.A.2021/8/9 星期一332.已知一个系统的两个宏观态甲、乙，及对应微观态的个数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，甲甲比较有序，乙比较无序，甲乙乙B.甲比较无序，乙比较有序，甲甲比较无序，乙比较有序，甲乙乙C.甲比较有序，乙比较无序，乙甲比较有序，乙比较无序，乙甲甲D.甲比较无序，乙比较有序，乙

15、甲比较无序，乙比较有序，乙甲甲2021/8/9 星期一34【解析解析】选选A.A.一个宏观态对应微观态的多少标志了宏观态的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，行，A A对，对，B B、C C、D D错错.2021/8/9 星期一353.下列哪些现象能够发生，并且不违背热力学第二定律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，茶会自动变得更热一杯热茶在

16、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【解析解析】选选C、D.A、B都违背了热力学第二定律，都不能发生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，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中消耗了电能，所以不违背热力学第二定律，均能发生定律，均能发生.2021/8/

17、9 星期一364.如图所示，两个相通的容器如图所示，两个相通的容器P、Q间装有阀门间装有阀门K，P中充满气中充满气体，体，Q内为真空，整个系统与外界没有热交换内为真空，整个系统与外界没有热交换.打开阀门打开阀门K后，后，P中的气体进入中的气体进入Q中，最终达到平衡，则中，最终达到平衡，则()A.气体体积膨胀，内能增加气体体积膨胀，内能增加B.气体分子势能减少，内能增加气体分子势能减少，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中气体不可能自发地全部退回到P中中2021/8/9 星期一37【解析解析】选选D.D.据热力学第二定律知，

18、自然界涉及热现象的宏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，观过程都具有方向性，D D项正确项正确.容器内气体自由膨胀，气体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，与外界之间不做功也没有热交换，故气体的内能不变，A A项不项不正确正确.气体分子间作用力很弱，气体体积变化时，气体分子势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，能可认为不变，B B、C C项也不正确项也不正确.2021/8/9 星期一385.水力发电站的电能最终来自于水力发电站的电能最终来自于()A.太阳能太阳能 B.水的动能水的动能C.水的势能水的势能 D.

19、水的内能水的内能【解析解析】选选A.煤、石油、水力等能源最终来自于太阳能煤、石油、水力等能源最终来自于太阳能.是太阳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，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，从而用于发电高处的水向低处流就具有了水能，从而用于发电.2021/8/9 星期一396.(2020衡阳高二检测衡阳高二检测)CO2气体有个气体有个“怪脾气怪脾气”，它几乎不吸，它几乎不吸收太阳的短波辐射，大气中收太阳的短波辐射，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

20、射的作阳的辐射而上升；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、石油和天然气禁止使用煤、石油和天然气B.开发使用核能、太阳能开发使用核能、太阳能C.将汽车燃料由汽油改为液化石油气将汽车

21、燃料由汽油改为液化石油气D.植树造林植树造林2021/8/9 星期一40【解析解析】选选B B、D.D.可行且行之有效的措施是开发新能源以便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，减少减少对常规能源的利用，减少CO2CO2的排放；植树造林可以吸的排放；植树造林可以吸收空气中的收空气中的CO2CO2，所以选，所以选B B、D.D.题中题中A A、C C两项措施虽然有效，两项措施虽然有效，但并不可行但并不可行.2021/8/9 星期一417.以下说法正确的是以下说法正确的是()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热量自发地从甲物体传到乙物体，甲的内能不一定比乙大

22、B.汽油是一种清洁能源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，效率可达率可达100%D.煤、石油等常规能源是取之不尽、用之不竭的煤、石油等常规能源是取之不尽、用之不竭的2021/8/9 星期一42【解析解析】选选A.A.热量自发地从甲传到乙，说明甲的温度高于乙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，的量等因素有关，甲的内能不一定大于乙的内能，A A对；汽油对；汽油燃

23、烧会引起一些化合物的产生，导致有毒气体的生成，燃烧会引起一些化合物的产生，导致有毒气体的生成，B B错；错；水能虽然是可再生能源，由热力学第二定律可知，水能虽然是可再生能源，由热力学第二定律可知，效率不可效率不可能达到能达到100%100%，C C错；煤、石油等存量是有限的，是不可再生能错；煤、石油等存量是有限的，是不可再生能源，源，D D错错.2021/8/9 星期一438.酸雨对植物的正常生长影响很大，为了减少酸雨的影响，酸雨对植物的正常生长影响很大，为了减少酸雨的影响，应采取的措施是应采取的措施是()少用煤作燃料；少用煤作燃料；燃料脱硫；燃料脱硫；在已经酸化的土壤中加石灰；在已经酸化的土

24、壤中加石灰；多种植美人蕉、银杏等植物；多种植美人蕉、银杏等植物；开发新能源；开发新能源；多种植法国梧桐、柠檬等植物多种植法国梧桐、柠檬等植物.A.B.C.D.2021/8/9 星期一44【解析解析】选选A.A.酸雨主要是由煤、石油等燃料尤其是煤燃烧所酸雨主要是由煤、石油等燃料尤其是煤燃烧所释放的释放的SO2SO2和氮氧化物在降水过程中溶入雨水形成的和氮氧化物在降水过程中溶入雨水形成的.因而为减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新能源也是减少煤使用量的方法，另外美人蕉和

25、银杏对SO2SO2有有较强的吸收能力，所以较强的吸收能力，所以正确，应选正确，应选A.A.2021/8/9 星期一45二、非选择题二、非选择题9.成语成语“覆水难收覆水难收”指的是一盆水泼出后是不可能再回到盆指的是一盆水泼出后是不可能再回到盆中的中的.请从不同宏观态所对应的微观态数目不同这个角度请从不同宏观态所对应的微观态数目不同这个角度,解解释为什么水不会自发地聚到盆中释为什么水不会自发地聚到盆中.【解析解析】由于盆的形状确定，水在盆中所处的宏观态对应的由于盆的形状确定，水在盆中所处的宏观态对应的微观态数目少，较为有序微观态数目少，较为有序.当把水泼出后，它的形状不受盆的当把水泼出后，它的形

26、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向着无序发展，所以水不会自发地聚到盆中.答案：见解析答案：见解析2021/8/9 星期一4610.(2020东城区高二检测东城区高二检测)随着我国经济的发展，汽车数量迅猛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.据有关资料据有关资料统计，汽车尾气排放造成的空气污

27、染目前已占整个污染源的一统计，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的一种新型汽车.设太阳光照射到电池板上的辐射功率为设太阳光照射到电池板上的辐射功率为7 kW.在晴朗的天气里，太阳能电池对着太阳时产生的电压为在晴朗的天气里，太阳能电池对着太阳时产

28、生的电压为160 V,并对车上的电动机提供并对车上的电动机提供12 A的电流，请你求出：的电流，请你求出：2021/8/9 星期一47(1)在这种情况下电动机消耗的电功率是多大？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，当汽车在水平路面上匀速行驶时，受到的牵引力为180 N,则在则在1 min内这辆汽车行驶了多少米？内这辆汽车行驶了多少米？2021/8/9 星期一48【解析解析】(1)(1)电动机消耗的电功率电动机消耗的电功率P=UI=16

29、0 V12 A=1 920 WP=UI=160 V12 A=1 920 W(2)(2)由由P=W/tP=W/t得得W W电电PtPt1 920 W60 s=115 200 J1 920 W60 s=115 200 J由题意由题意 W W机机W W电电=115 200=115 200 J75%=86 400 JJ75%=86 400 J又由又由W=FsW=Fs得得汽车行驶的距离汽车行驶的距离s=Ws=W机机/F=86 400/180 m=480 m/F=86 400/180 m=480 m答案：答案：(1)1 920 W (2)480 m(1)1 920 W (2)480 m2021/8/9 星

30、期一49 【方法技巧方法技巧】新能源问题的求解方法新能源问题的求解方法本题是新型能源太阳能发电的应用，考查了能量转化的方式本题是新型能源太阳能发电的应用，考查了能量转化的方式以及效率等问题，解决此类问题要注意认真从题目中获取有以及效率等问题，解决此类问题要注意认真从题目中获取有用信息，结合学过的物理知识，理清各物理量之间的关系，用信息，结合学过的物理知识，理清各物理量之间的关系，利用能的转化和守恒及效率公式可以顺利解答此类题目利用能的转化和守恒及效率公式可以顺利解答此类题目.2021/8/9 星期一50Thank you!Thank you!2021/8/9 星期一512021/8/9 星期一52