《创新设计》2015-2016学年高二物理人教版选修3-3学案：第十章 第5~6讲 热力学第二定律的微观解释 能源和可持续发展 .docx

1、第5讲热力学第二定律的微观解释第6讲能源和可持续发展目标定位1.了解有序和无序是相对的.2.知道宏观态与微观态，知道宏观态对应的微观态的数目与无序程度的关系.3.知道熵的概念，了解熵增加原理，知道它是热力学第二定律的另一种表述.4.能利用熵增加原理认识自然界中能量转化的方向性.5.能从熵增加的角度认识当前环境问题，增强环保意识和可持续发展意识一、有序和无序宏观态和微观态1系统的宏观表现源于组成系统的微观粒子的统计规律2有序与无序是相对的3一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说这个“宏观态”是比较无序的二、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方向进行

2、的2热力学第二定律的微观意义一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行三、熵1熵的概念物理学中用字母表示一个宏观状态所对应的微观状态的数目，用字母S表示熵，则Skln_，式中k叫做玻耳兹曼常量2熵增加原理在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小这就是熵增加原理，也是热力学第二定律的另一种表述四、能量耗散和品质降低1能量在数量上虽然守恒，但其转移和转化却具有方向性2有序性较高的能量转化为无序性更大的能量过程中存在能量耗散在其转化过程中能量的品质降低五、能源和环境一、热力学第二定律的微观意义1正确理解宏观态和微观态规定了某种规则，我们就规定了一个“宏观态”，这个“宏观态”可能包含一种

3、或几种“微观态”，不同的“宏观态”对应的微观态的个数不同如果一个“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2热力学第二定律的微观解释我们所说的有序状态，指的是对应着较少微观态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着无序发展的例1下列说法中正确的是()A有序与无序是相对的B对任何一件事物，如果规定得越多，限制越多，它的无序性就越大C有序性越大，说明它对应的微观态数目就越多D有序性越大，说明它对应的微观态数目就越少答案AD例2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

4、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答案CD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C、D.借题发挥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分布是无序的无序意味着

5、各处都一样、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二、熵增加原理1熵较大的宏观状态就是无序性较大的宏观状态，在自发过程中熵总是增加的，即向无序性增加的方向进行2从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律：一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序度更大的方向发展例3下列关于熵的观点中正确的是()A熵越大，系统的无序度越大B对于一个不可逆绝热过程，其熵总不会减小C气体向真空扩散时，熵值减小D自然过程中熵总是增加的，是因为通向无序的渠道要比通向有序的渠道多得多答案ABD解析熵是系统内分子运动无序性的量度，熵

6、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，其熵会增加，不会减小，选项B正确；气体向真空中扩散，无序度增大，熵值增大，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正确三、能源和可持续发展1能量耗散虽然不会使能的总量减少，却会使能量的品质降低，所以需节约能源2常规能源，如：煤、石油、天然气对环境污染造成了较大影响，所以我们要开发新能源，如太阳能、风能、核能、生物质能等，它们的特点是：污染少、可再生、资源丰富例4下列对能量耗散理解正确的是()A能量耗散说明能量在不断减少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

7、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答案BD解析在发生能量转化的宏观过程中，其他形式的能量最终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，宇宙中的能量既没有减少，也没有消失，它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，B、D对.热力学第二定律的微观意义1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

8、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答案ACD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”和熵的概念可知，A、C、D正确熵增加原理2关于孤立体系中发生的实际过程，下列说法中正确的是()A系统的总熵只能增大，不可能减小B系统的总熵可能增大，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答案AC解析在孤立体系中发生的实际过程，其系统的总熵总是增加的，它不可能减小，故A正确，B错误；根据熵增加原理，该系统只能是从比较有序的状态向更无序的状态发展，故C正确，D错误能源开

9、发与利用3下列哪些现象属于能量耗散()A利用水流能发电变成电能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不能称为能量耗散本题中的电能、光能都可以重新收集并加以利用，如用光作为能源的手表等，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，但本题没有告诉光能用来做什么，故不能算能量耗散，只有火炉把房子烤暖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，才是能量耗散故正确答案为D.4关于“温

10、室效应”，下列说法正确的是()A太阳能源源不断地辐射到地球上，由此产生了“温室效应”B石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，由此产生了“温室效应”C“温室效应”使得地面气温上升，两极冰雪熔化D“温室效应”使得土壤酸化答案BC解析“温室效应”的产生是由于石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量它的危害是使地面气温上升、两极冰雪熔化、海平面上升淹没沿海城市、海水向河流倒灌、耕地盐碱化等，故正确答案为B、C.(时间：60分钟)题组一热力学第二定律的微观解释1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

11、可能方向的说法中正确的是()A甲比较有序，乙比较无序，甲乙B甲比较无序，乙比较有序，甲乙C甲比较有序，乙比较无序，乙甲D甲比较无序，乙比较有序，乙甲答案A解析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，A对，B、C、D错2下列说法中正确的是()A一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆的B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C一切与热现象有关的宏观过程都是可逆的D一切不可逆过程总是沿着大量分子热运动有序程度增大的方向进行答案AB3用隔板将一绝热容器隔成A和B两部分，A中盛有

12、一定质量的理想气体，B为真空(如图1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)，这个过程称为气体的自由膨胀，下列说法正确的是()图1A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部分答案C解析由分子动理论知，气体分子的热运动是永不停息地做无规则运动，故选项A错误；由能量守恒定律知，气体膨胀前后内能不变，又因一定质量理想气体的内能只与温度有关，所以气体的温度不变，故选项C正确；由常量，所以气体压强变小，故选项B错误；由热力学第二定律知，真空中气体膨胀具有方向性，在无外界影响的

13、情况下，容器中的气体不能自发地全部回到容器的A部分，故选项D错误4对“覆水难收”的叙述正确的是()A盛在盆中的水是一种宏观态，因盆的因素，对应的微观态数目较少，较为有序B盛在盆中的水是一种宏观态，因盆的因素，对应的微观态数目较多，较为无序C泼出的水是一种宏观态，因不受器具的限制，对应的微观态数目较多，较为无序D泼出的水是一种宏观态，因不受器具的限制，对应的微观态数目较少，较为有序答案AC题组二熵增加原理5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

14、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，熵将增加答案BD解析在晶体熔化的过程中，分子的平衡位置由较有规则变为无规则，无序度增大，熵将增加，故B、D对6关于熵，下列说法中正确的是()A熵值越大，意味着系统越“混乱”和“分散”，无序程度越高B熵值越小，意味着系统越“混乱”和“分散”，无序程度越高C熵值越大，意味着系统越“整齐”和“集中”，也就是越有序D熵值越小，意味着系统越“整齐”和“集中”，也就是越有序答案AD7将一滴红墨水滴入一杯清水中，红墨水会逐渐扩散到整杯水中，呈均匀分布状态，试说明这个过程中熵的变化情况答案在这个过程中系统的熵增加扩散前，红墨水和清水区分分明，较

15、有序；后来，整杯水的颜色变得均匀后，打破了原来的有序分布，无序程度增大因此，扩散后系统的熵增加题组三能源的开发与利用8下面关于能源的说法中正确的是()A一切能源是取之不尽，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C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、煤炭大答案BC解析尽管能量守恒，但耗散的内能无法重新收集利用，所以能源是有限的，特别是常规能源，A错，B对；常规能源的利用比核能的利用对环境的影响大，C对，D错9关于能源的开发和节约，你认为下列哪些观点是错误的()A常规能源是有限的，无节制地利用常规能源，如石油之类，是一种盲目

16、的短期行为B根据能量守恒定律，担心能源枯竭是一种杞人忧天的表现C能源的开发和利用，必须要同时考虑其对环境的影响D通过核聚变和平利用核能是目前开发新能源的一种新途径答案B解析能量虽然守恒，但能量的耗散导致能量的品质降低及不可再利用，也往往对环境产生破坏，从而应开发新型的清洁型的能源，故B选项错10作为新能源，从环保角度来看，氢气具有的突出特点是()A在自然界里存在氢气B氢气轻，便于携带C燃烧氢气无污染D氢气燃烧发热量高答案C11为了减缓大气中CO2浓度的增加，可以采取的措施有()A禁止使用煤、石油和天然气B开发利用核能、太阳能C将汽车燃料由汽油改为液化石油气D植树造林答案BD解析能源与环境是相互

17、制约的，在目前能源比较短缺的情况下还不能禁止使用常规能源，A、C错，B正确；通过植树造林，可以把太阳辐射到地球的能量转化为生物的能量储存起来，又能吸收大气中的CO2，释放出O2，D正确12煤是重要的能源和化工原料，直接燃烧既浪费资源又污染环境最近，某企业利用“煤粉加压气化制备合成气新技术”，让煤变成合成气(一氧化碳及氢气总含量90%)，把煤“吃干榨尽”下列有关说法中正确的是()A煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化和物理变化B煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化但没有物理变化C该技术实现了煤的清洁利用D该技术实现了煤的高效利用答案ACD解析煤粉加压气化制备合成气中既有物理变化，又有化学变化

18、，A正确；该技术使煤得以良好利用又环保，C、D正确，故选A、C、D.13CO2气体有个“怪脾气”，它几乎不吸收太阳的短波辐射，大气中CO2浓度增加，能使地表温度因受太阳辐射而上升；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，使整个地球就像一个大温室一样因此，大气中CO2浓度的急剧增加已导致气温的逐步上升，使全球气候变暖(1)这种大气中以CO2为主的气体产生的效应称为()A光热效应 B光电效应C光气效应 D温室效应(2)导致大气中CO2浓度增加的主要原因是()A大量植物和生物物种灭绝B大量燃料如石油、煤炭、天然气等的燃烧C人口剧增，呼出的二氧化碳增多D自然因素破坏了地球环境生态平衡答案(1)D(2)B