《热力学第二定律的微观解释》 省赛获奖

热力学第二定律的

微观解释1．宏观态和微观态．当我们以系统的分子数分布而不区分具有的分子来描写的系统状态叫做热力学系统的________；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做热力学系统的________．宏观态微观态2．如右图所示，其中右室部分为真空．从无序的角度上看，热力学系统是由大量做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________的方向进行的，因此，一切自然过程总是沿着分子热运动的____________________进行．增大无序性增大的方向3．处于不同状态的物体，分子运动的无序程度________，在物理学中，用来量度系统________的物理量叫做熵．4．引入熵后，关于自然过程的方向性就可以表述为_____________________________________________不同无序程度在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小要点一有序和无序、宏观态和微观态例1(双选)以一副扑克牌为例，下列关于有序、无序和宏观态、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，它是一副扑克牌对应的一个微观态E．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：A中扑克牌的排列是有确定规则的，是有序的，A正确．B中将扑克牌按奇、偶分成两部分，是有确定规律的，是有序的，每部分内部排列是没有规则的，是无序的，B不正确．一副扑克牌是一个系统，是一个宏观态．洗动一次，系统内部排列不同，是这副扑克牌宏观态对应的一个微观态，C正确．将一副扑克牌分成奇、偶两部分，构成一个系统，是一个宏观态，同时，它又是一副扑克的一种排列形式，是一副扑克牌这一宏观态对应的一个微观态，D正确．从偶数部分中抽出一张插入奇数部分中，不再对应于按奇偶分成两部分的扑克牌这一宏观态，也不再是该宏观态对应的一个微观态，可以当做是一副扑克牌这一宏观态对应的微观态，E错误．答案：BE点评：宏观态与微观态不是绝对的，宏观态的有序性越高，其对应的微观态越少．反之，宏观态的有序性越小，其对应的微观态就越多．1．向一锅开水投入了5个糖馅的甜汤圆，随后投入了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，试问：变式迁移(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．

解析：宏观态对应的微观态个数.变式迁移(2)以上相对平衡的宏观态出现的概率是多少？变式迁移要点二热力学第二定律的微观解释1．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．

注：我们所说的有序状态，指的是对应着较少微观态的那样的宏观态．自发的过程总是倾向于出现与较多微观态对应的宏观态，因此自发的过程总是从有序向无序发展的．例2(双选)下列关于晶体熔化的说法中正确的是(

)A．在晶体熔化的过程中，温度不变，分子热运动的平均速率不变，则无序程度不变B．晶体熔化时，由分子的平衡位置在空间较为规则排列，变为分子的平衡位置较为无序排列，则无序度增大C．在晶体熔化的过程中，熵将保持不变D．在晶体熔化的过程中，熵将增加2．(双选)下列说法，正确的是(

)A．一切自然过程总是沿着分子热运动无序性