热力学定律第6节导学案

1、日照实验高级中学 2018级物理导学案编写：宋明文第十章热力学定律第5&6节热力学第二定律的微观解释导学案班级：姓名：一、热力学第二定律的微观解释1 .有序和无序：一个系统的个体按确定的某种规则，有顺序地排列即有序；个体分布没有(选填“有”或“没有”)确定的要求，“怎样分布都可以”即无序。2 .宏观态和微观态： 系统的宏观状态即宏观态,系统内个体的不同分布状态即微观态。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。3 .热力学第二定律的微观意义(1)气体向真空的扩散：气体的自由扩散过程是沿着无序性增大的直包进行的。(2)热力学第二定律的微观意义：一切自发过程总是

2、沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。4 .嫡及嫡增加原理(1)嫡：表达式S= kln Q, k表示玻耳兹曼常量，表示一个宏观状态所对应的微观态的数目 S表示系统内分子运动无序性的量度,称为嫡。(2)嫡增加原理：在任何自然过程中，一个孤立系统的总嫡不会减小。二、能源和可持续发展1 .能量耗散系统的内能流散到 周围环境中 ,没有办法把这些内能 收集起来加以利用，这种现象叫做能量耗散。2 .品质降低能量从高度有用的形式降级为不大可用 的形式叫品质降低。能量在利用过程中，总是由高品质的能量最终转化为低品质的能量。3 .能源能源是指能够提供可利用能量的物质，它是现代社会生活的重要物质基础。4 .常规能

3、源常规能源是指已被广?应用_的能源，如煤、石油、天然气、水力等。5 .能源危机按目前的消耗量，石油、天然气最多只能维持半个世纪，煤炭尚可维持一二百年。6 .环境污染能源利用的过程也直接污染着地球环境，主要有温室效应、 酸雨?亏染、 臭氧层的破坏等。课堂探究练知识点一热力学第二定律的微观解释例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，一个孤立系统的总嫡总减小日照实

4、验高级中学 2018级物理导学案编写：宋明文练习1.(多选)从微观角度看，下列说法正确的是()A.热力学第二定律是一个统计规律B.一个非孤立的系统总是从嫡小的状态向嫡大的状态发展C. 一个宏观状态所对应的微观状态越多，越是无序，嫡值越大D.出现概率越大的宏观状态，嫡值越大【小结】：1.热力学第二定律的微观解释(1)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。(2)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

5、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。(3)换一种角度看，初始状态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。(4)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。2 .热力学第二定律的微观意义(1)热力学第二定律揭示了涉及热现象的一切宏观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。(2)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(嫡增加的方向)，也就成为时间

6、的方向性。所以，“嫡”又常常被称为“时间箭头”。3 .嫡和嫡增加原理(1)嫡是反映系统无序程度的物理量，正如温度反映物体内分子平均动能大小一样。系统越混乱，无序程度 越大，就称这个系统的嫡越大。(2)系统自发变化时，总是向着无序程度增加的方向发展，至少无序程度不会减少。也就是说，系统自发变 化时，总是由热力学概率小的状态向热力学概率大的状态进行。从嫡的意义上来说，系统自发变化时，总 是向着嫡增加的方向发展，不会使嫡减小。(3)任何宏观物质系统都有一定量的嫡，嫡也可以在系统的变化过程中产生或传递。知识点二能源的开发和利用例2.(多选)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

7、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练习2.下列现象属于能量耗散的是 ()A.利用水流能发电转化为电能B.电能通过灯泡中的电阻丝转化为光能C.电池的化学能转化为电能D.火炉把房子烤暖编写：宋明文日照实验高级中学 2018级物理导学案【小结】：对能量耗散的理解（1）能量耗散是能量从高品质能源向低品质能源转化和转移的过程。（2）能量耗散是指能量的可利用程度降低。【课堂巩固练习】1.（多选）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

8、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2.（多选）关于孤立体系中发生的实际过程，下列说法中正确的是（）A.系统的总嫡只能增大，不可能减小B.系统的总嫡可能增大，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3.（对有序和无序、宏观态和微观态的理解）如图所示，气体自由膨胀的不可逆性可以用概率来说明，a、b、c三个分子在 A、B两室的分配情况如下表：A (f隔8*cA室abcabb

9、caccab0B室0cababbccaabc（可看成理想气体）变化过程中温度（T）随.（填“变快” “变慢”或“快慢不则：（1）a分子出现在 A室的概率为 （2）a、b、c三分子全部回到 A室的概率为 。（3）若有N个分子，则N个分子全部自动回到A室的概率为 4.质量一定的某种物质，在压强不变的条件下，由液态I到气态出 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）（多选）以下说法正确的是 。A.在区间n,物质的内能不变B.在区间出，分子间的势能不变C.从区间I到区间出，物质的嫡增加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）在区间出，若将压强不变的条件

10、改为体积不变，则温度升高变”）。请说明理由。日照实验高级中学 2018级物理导学案编写：宋明文第十章 热力学定律 第5&6节 热力学第二定律的微观解释课后练习班级：姓名：1 .（多选）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2 .（多选）下列关于嫡的观点中正确的是 （）A.嫡越大，系统的无序度越大B.对于一个不可逆绝热过程，其嫡总不

11、会减小C.气体向真空扩散时，嫡值减小D.自然过程中嫡总是增加的，是因为通向无序的渠道要比通向有序的渠道多得多3.（多选）下列关于气体在真空中的扩散规律的叙述中正确的是（）A.气体分子数越小，扩散到真空中的分子全部回到原状态的可能性越大B.气体分子数越大，扩散到真空中的分子全部回到原状态的可能性越大C.扩散到真空容器中的分子在整个容器中分布越均匀，其宏观态对应的微观态数目越大D.气体向真空中扩散时，总是向着分子热运动的无序性增大的方向进行4.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

12、较无序，甲一乙B.甲比较无序，乙比较有序，甲一乙C.甲比较有序，乙比较无序，乙一甲D.甲比较无序，乙比较有序，乙一甲5.（多选）关于嫡，下列说法中正确的是 （）A.嫡值越大，意味着系统越“混乱”和“分散”，无序程度越高B.嫡值越小，意味着系统越“混乱”和“分散”，无序程度越高C.嫡值越大，意味着系统越“整齐”和“集中”，也就是越有序D.嫡值越小，意味着系统越“整齐”和“集中”，也就是越有序日照实验高级中学 2018级物理导学案编写：宋明文6 .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（如图甲所示），现把隔板抽去，A中的气体自动充满整个容器 （如图乙所示）,（）

13、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7 .如图所示，质量、温度相同的酒精，分别处于气态、液态和固态三种状态下，它们的嫡的大小有什么关系？为什么?气体QOOqqQOOOqo°咤Qoo液体8 .能源问题是当前的热门话题，传统的能源一一煤和石油，一方面储量有限，有朝一日将要被开采完毕，另一方面，使用过程中也带来了污染，寻找新的、无污染的能源是人们努力的方向，利用潮汐发电即是一 例。关于潮汐，古人说：“潮者，据朝来也；汐者，言夕至也。”如图是利用潮汐发电的示意图，左方为陆

14、地 和海湾，中间为大坝；其下有通道，水经通道可带动发电机， 涨潮时，水进入海湾，待内外水面高度相同， 堵住通道（如图甲）；潮退至最低点时放水发电（如图乙）；待内外水面高度相同； 再堵住通道，直至下次涨潮 至最高点，又放水发电（如图丙）。设海湾面积为5.0X107 m2,高潮与低潮间高度差 3.0 m,则一天内水流的 平均功率为 MW 。10%25%,例如法国兰斯河潮汐发电站水势（注：实际上由于各种损失，发电功率仅为水流的平均功率的 能释放平均功率 240 MW ,而发电功率仅为 62 MW）编写：宋明文日照实验高级中学 2018级物理导学案第5&6节热力学第二定律的微观解释答案例1.答

15、案 A解析 热力学第二定律是一个统计规律，A正确；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错误；任何自然过程总是朝着无序程度增大的方向进行，也就是嫡增加的方向进行，故 D错误。练习1.答案 ACD解析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。嫡是用来描述系统大量分 子运动无序性程度的。在任何自然过程中，一个孤立系统的总嫡不会减小，也就是说，一个 孤立系统总是从嫡小的状态向嫡大的状态发展。反映了一个孤立系统的自然过程会沿着分子 热运动的无序性增大的方向进行。对于一个非孤立的系统，在与外界有能量交换时其嫡也有 可能变小，故B错误，

16、A、C、D正确。例2.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错误，B、D正确。练习2.答案 D解析能量耗散是指其他形式的能转化为内能，最终流散在周围环境中无法重新收集并 加以利用的现象，能够重新收集并加以利用的能不能称能量耗散。本题中的电能、光能都可 以重新收集并加以利用，如用光作能源的手表等，只有当用电灯照明时的光能被墙壁吸收之 后变为周围环境的内能，才无法重新吸收并加以利用，但本题没有告诉这光能

17、用来做什么， 故不能算能量耗散，只有火炉把房子烤热后使燃料的化学能转化成内能并流散在周围的环境 中，无法重新收集，并加以利用，才是能量耗散。故 D正确。【课堂巩固练习】1 .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，根据嫡增加原理，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，故选项C、D正确。答案 CD编写：宋明文日照实验高级中学 2018级物理导学案C正确，D错误。2 .解析 在孤立体系中发生的实际过程，其系统的总嫡总是增加的，

18、 它不可能减小，故A正确，B错误;根据嫡增加原理，该系统只能是从比较有序的状态向更无序的状态发展，故 答案 AC113 .解析 a分子在自由运动后，在 A至、B至的概率分别为万，b分子在A至、B至的概率分别为-,c分子在A室、B室的概率分别为1,则a、b、c三分子都在 A室的概率为1=4°假设有N个分子，则22 2 2 81全部在A室的概率为由。4.答案 (1)BCD (2)变快根据热力学第一定律 AU = Q + W和理想气体的状态方程P = 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, AU1 = Q-|W|;体积不变的条件下，W= 0, A6 = Q

19、;所以AUi<AU2,体积不变的情况下温度升高变快。解析(1)物质的内能是分子总动能与分子总势能之和，在区间n,温度不变，分子平均动能不变，吸收的热量用来增加分子间势能，物质的内能增大，A错误；理想气体分子间作用力为零，不考虑分子势能，B正确；从区间I到区间出，分子无规则运动加剧， 嫡增加，C正确；温度是分子平均动能的标志，D正确。(2)根据热力学第一定律 AU = Q+W和理想气体的状态方程 pV=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, AUi=Q-|W|;体积不变的条件下，W= 0, AU2 = Q；所以AUi<AU2,体积不变的情况下温度升

20、高变快。第5&6节 热力学第二定律的微观解释课后练习1 .解析 溶解过程是自发的， 是由有序向无序转变的过程；结晶过程不是自发的， 通常是由于水温降低或水的蒸发引起，是由无序向有序的转变过程，故选项 B、D正确，A、C错误。答案 BD2 .解析 嫡是系统内分子运动无序性的量度，嫡越大，其无序度越大，选项A正确；一个不可逆绝热过程，其宏观状态对应微观态数目增大，其嫡会增加，不会减小，选项 B正确；气体向真空中扩散，无序度增大，嫡值增大，选项 C错误；自然过程中，无序程度较大的宏观态出现的概率大，因而通向无序的渠道多，选项D正确。答案 ABD3 .解析 由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方向进行”和嫡的概念可知，A、C、D正确。答案 ACD日照实验高级中学 2018级物理导学案编写：宋明文4 .解析 一个宏观态对应微观态的多少标志了宏观