2019高中物理第十章5热力学第二定律的微观解释6能源和可持续发展教学案（含解析）新人教版

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1、5热力学第二定律的微观解释6能源和可持续发展[学习目标]　1.了解有序和无序，宏观态和微观态的概念．(重点)　2.知道宏观态对应的微观态的数目与无序程度的关系.知道热力学第二定律的微观意义．(重点)　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．(难点)　4.了解什么是能量耗散和品质降低．了解能源与人类社会、环境的关系．(难点)热力学第二定律的微观意义[先填空]1．有序、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；个体分布没有确定的要求，“怎样分布都可以”即无序．2．宏观态、微观态

2、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．3．热力学第二定律的微观意义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．4．熵表达式S＝kln_Ω，k表示玻耳兹曼常量，Ω表示一个宏观状态所对应的微观状态的数目．S表示系统内分子运动无序性的量度，称为熵．5．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．[再思考]质量相同、温度相同的水，如图1051所示，分别处于固态、液态和气态三种状态下，它们的熵的大小有什么关系？为什么？　　　　　气体　　　　　液体　　　　固体图1051【提示】　质量相同

3、、温度相同的水，可以由固态自发地向液态、气态转化．所以，气态时的熵最大，其次是液态，固态时的熵最小．[后判断]1．熵越大说明系统内分子运动的无序性越大．(√)2．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．(√)3．一个宏观状态所对应的微观态越多，越无序，熵越小．(×)能源和可持续发展[先填空]1．常规能源：煤、石油、天然气．2．大量消耗常规能源造成的危害(1)空气质量恶化，危害生态环境．(2)大气污染最突出的影响是：温室效应和酸雨．3．开发新能源(1)化石能源的短缺和利用常规能

4、源带来的环境污染，使得新能源的开发成为当务之急．(2)新能源[再思考]如图1052所示是锅炉工作时的外景，从节约能源和环境保护角度来看，分析存在的主要问题是什么？图1052【提示】　由题图中的浓烟滚滚，可以发现存在的主要问题有两个：一是燃料燃烧不充分，且烟气带走大量的热量，造成能量损失；二是造成大气污染．[后判断]1．根据能量守恒定律知，节约能源是没必要的．(×)2．能量的耗散是指散失在环境中的内能品质降低，再也无法被人类利用．(√)3．能源的开发和利用必须同时考虑其对环境的影响．(√)预习完成后，请把你认为难以解决

5、的问题记录在下面的表格中问题1问题2问题3问题4学生分组探究一　热力学第二定律的微观意义第1步探究——分层设问，破解疑难1．熵的大小与无序性的大小有什么关系？【提示】　熵值越大其无序性越大．2．在自然过程中，孤立系统的熵一定增大吗？【提示】　在自然过程中，孤立系统的熵总是从熵小的状态向熵大的状态发展．第2步结论——自我总结，素能培养1．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

6、能发生．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(熵增加的方向)，也就成为时间的方向性．所以，“熵”又常常被称为“时间箭头”．2．熵和熵增加原理(1)熵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，就称这个系统的熵越大．(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．从熵的意义上来说，系统自发变化时，总是向着熵增加的方向发展，不会使熵减小．

7、(3)任何宏观物质系统都有一定量的熵，熵也可以在系统的变化过程中产生或传递．第3步例证——典例印证，思维深化　(多选)下面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，一个孤立系统的总熵不会减小【思路点拨】　(1)热力学第二定律是一个统计规律．(2)根据熵增加的原理，一切自然过程总是沿着分子热运动

8、无序程度增加的方向进行．【解析】　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，我们知道热力学第二定律是一个统计规律，故A对，B、C错．任何自然过程总是朝着无序程度增大的方向进行，也就是朝着熵增加的方向进行，故D对．所以选A、D.【答案】　AD有序及无序过程的判断1．解此类题目要理解好有序和无序，确定