高中物理 第十章 热力学定律 第5、6节 热力学第二定律的微观解释 能源和可持续发展讲义(含解析)新

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.了解有序和无序是相对的，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.2.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.3.了解能量耗散、能源和环境．一、热力学第二定律的微观解释[导学探究](1)如图1所示，一个箱子被挡板均匀分为左、右两室，左室有4个气体分子a、b、c、d，右室为真空，撤去挡板后，气体自由扩散，以箱子内的4个分子为模型，说明具有哪些可能的宏观态和微观态，并用热力学第二定律说明，气体扩散后4个分子分布的最大一种可能和最小一种可能的情况．图1(2)试着从无序的角度谈谈上面问题中为什么“左2右2”这种均匀分布的可能性最大，能否由此得出热力学第二定律的微观意义？答案(1)可能的宏观态有：左0右4，左1右3，左2右2，左3右1，左4右0；对应的微观态数目：1、4、6、4、1.不同的宏观态包含着不同数量的微观态，其中分子分布的最大一种可能情况是左2右2，最小一种可能情况是左0右4或左4右0.(2)从无序的角度看，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，当撤去挡板的瞬间，分子仍聚集在左室，对于左、右两室这一个整体来讲，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．我们看到“左2右2”这种均匀分布的可能性最大，而分子集中在一个室中，另一个室变成真空的可能性最小．实际上，当气体系统中分子个数相当多时，撤去挡板后实际上我们只能看到气体向真空中扩散，而不可能观察到气体分子重新聚集在一室中的现象．因此，气体的自由扩散过程是沿着无序性增大的方向进行的，综上可知，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，这就是热力学第二定律的微观意义．[知识梳理]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方向进行的．(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．4．熵及熵增加原理(1)熵：表达式S＝k ln 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态的数目，S表示系统内分子运动无序性的量度，称为熵．(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．[即学即用]判断下列说法的正误．(1)一个系统中个体排列的“有序”和“无序”是绝对的．(×)(2)一个宏观态所对应的微观态数目越多，则熵越大．(√)(3)熵值越大代表着越有序．(×)(4)孤立系统的总熵可能增大，也可能减小．(×)二、能源和可持续发展[导学探究](1)流动的水带动水磨做功，由于磨盘和粮食之间的摩擦和挤压，使磨盘和粮食的温度升高，水流的一部分机械能转变成了内能，这些内能最终流散到周围的环境中，我们没有办法把这些流散的内能重新收集起来加以利用．可见，内能与机械能相比，哪种能量的品质低？(2)如图2所示是两幅宣传节约能源的图片．请问：既然能量是守恒的，我们为什么还要节约能源？图2(3)化石能源的大量消耗会带来哪些环境问题？答案(1)内能．(2)能量是守恒的，但能量耗散却导致能量品质的降低，在利用它们的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的能量．(3)温室效应、酸雨、光化学烟雾等．[知识梳理]1．能量耗散和品质降低(1)能量耗散：有序度较高(集中度较高)的能量转化为内能，流散到环境中无法重新收集起来加以利用的现象．(2)各种形式的能量向内能的转化，是无序程度较小的状态向无序程度较大的状态的转化，是能够自动发生、全额发生的．(3)能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的自发变化过程具有方向性．(4)能量耗散虽然不会导致能量总量的减少，却会导致能量品质的降低，它实际上是将能量从高度有用的高品质形式降级为不大可用的低品质形式．2．能源与环境(1)常规能源：人们把煤、石油、天然气等化石能源叫做常规能源，人类消耗的能源主要是常规能源．(2)新能源：主要有太阳能、生物质能、风能、水能、核能等．(3)环境问题：化石能源的大量消耗带来的环境问题有温室效应、酸雨、光化学烟雾等．[即学即用]判断下列说法的正误．(1)能源是取之不尽、用之不竭的．(×)(2)能源是有限的，特别是常规能源，如煤、石油、天然气等．(√)(3)大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源．(√)(4)核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭大．(×)一、热力学第二定律的微观意义1．热力学第二定律的微观解释(1)热传递的方向性：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．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．(2)机械能转化为内能的方向性：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．3．对熵的四点理解(1)熵的微观意义：熵是系统内分子热运动无序性的量度．(2)熵是表示一个体系自由度的物理量．熵越大，表示在这个体系下的自由度越大，可能达到的状态越多．(3)熵不是守恒的量，在孤立体系中经过一个不可逆过程，熵总是增加的．(4)熵的本质：熵是体系微观混乱度的量度，混乱度越大，熵值也越大．例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.(1)一切自发过程都是不可逆的，总是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化发展的过程，即无序性增加的过程．(2)传热过程是大量分子由无序程度小的运动状态转化为无序程度大的运动状态的过程，体现了热传递的方向性．针对训练1(多选)关于气体向真空中扩散的规律的叙述中正确的是()A．气体分子数越少，扩散到真空中的分子全部回到原状态的可能性越大B．气体分子数越多，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，总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行答案ACD解析气体分子向真空中扩散时，分子数越少，分子全部分布于原状态下即全部回到原状态的概率越大；分子数越多，分子全部分布于原状态下即全部回到原状态的概率越小，则A正确，B错误．扩散到真空中的分子在整个容器中均匀分布的概率最大，即其宏观态对应的微观态最多，并且这一宏观态的无序性最大，C、D正确．例2下列关于熵的说法中错误的是() A．熵是系统内分子运动无序性的量度B．在自然过程中一个孤立系统的熵总是增加或不变的C．热力学第二定律也叫做熵减小原理D．熵值越大代表着越无序答案 C解析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，这就是热力学第二定律的微观意义．系统的热力学过程就是大量分子向无序程度大的状态变化的过程．自然过程的方向性可以表述为：在任何自然过程中，一个孤立系统的熵值不会减小，因此热力学第二定律又称为熵增加原理．故A、B、D说法正确，C说法错误．二、能源和可持续发展1．能源开发和利用加强新能源，特别是清洁能源的开发和利用，控制化石能源开采，提高能源的利用率，降低对环境的污染．2．能源对环境的影响(1)常规能源对环境的影响：石油和煤燃烧产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，产生了“温室效应”，引发了一系列问题，如两极的冰雪融化、海平面上升，海水倒灌、耕地盐碱化……这些都是人类过度开发自然所产生的严重问题．(2)做好环境保护工作：目前的任务是采用能源新技术，解决突出的环境污染问题．例如，城市生活垃圾问题，变垃圾为能源；提高汽车发动机效率，解决尾气问题，达到废气“零”排放；环境污染的综合治理问题，解决废物、废水、废气等，变废为宝．例3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，但能量耗散导致能量的品质降低即不可再利用，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．能量与能源的区别(1)能量是守恒的，既不会增加也不会减少.(2)能源是可以提供可利用能量的物质.(3)能量耗散，能量总量不变，但能量品质会下降即能源减少，故我们要节约能源.针对训练2(多选)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.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，一个孤立系统的总熵会减小答案 A解析热力学第二定律是一个统计规律，A对；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；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行，故D错．所以选A.2．(多选)对于孤立体系中发生的实际过程，下列说法中正确的是()A．系统的总熵可能增大或不变，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，其系统的总熵不可能减小，故选项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，故选项C正确，D错误．3．(多选)热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象．所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把流散的能量重新收集利用．下列关于能量耗散的说法中正确的是()A．能量耗散说明能量不守恒B．能量耗散不符合热力学第二定律C．能量耗散过程中能量仍守恒D．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性答案CD解析能量耗散说明能量转化的宏观过程具有方向性，符合热力学第二定律，B错误，D正确；能量耗散过程中，能量并没有消失，能量仍然守恒，A错误，C正确．4．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．故选D.一、选择题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．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 C3．(多选)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，因盆子的因素，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，因盆子的因素，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AC4．(多选)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AB5．(多选)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AD6．(多选)下列关于熵的说法中正确的是()A．熵越大，系统的无序度越大B．对于一个不可逆的绝热过程，其熵增大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很多答案ABD解析熵是系统内分子运动无序性的量度，熵越大，其无序度越大，A正确．不可逆的绝热过程，其宏观态对应的微观态数目增大，其熵会增加，不会减小，B正确．气体向真空中扩散时，无序度增大，熵值增大，C错误．自然过程中，无序度较大的宏观态出现的概率较大，因为通向无序的渠道多，D正确．7．(多选)下列关于能量耗散的说法中正确的是()A．能量耗散使能量的总量减少，违背了能量守恒定律B．能量耗散是指散失在环境中的内能再也不能收集起来并被人类利用C．各种形式的能量向内能的转化，是能够自动发生、全额发生的D．能量耗散导致能量的品质降低答案BCD。

高中物理| 10.4热力学第二定律的微观解释热力学第二定律的本质自然界一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆的。

1.有序和无序有序：只要确定了某种规则，符合这个规则的就叫做有序。

无序：不符合某种确定规则的称为无序。

无序意味着各处都一样，平均、没有差别，有序则相反。

有序和无序是相对的。

2.宏观态和微观态宏观态：符合某种规定、规则的状态，叫做热力学系统的宏观态。

微观态：在宏观状态下，符合另外的规定、规则的状态叫做这个宏观态的微观态。

系统的宏观态所对应的微观态的多少表现为宏观态无序程度的大小。

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，同时也决定了宏观过程的方向性——从有序到无序。

3.热力学第二定律的统计意义对于一个热力学系统，如果处于非平衡态，我们认为它处于有序的状态，如果处于平衡态，我们认为它处于无序的状态。

在热力学中，序：区分度。

热力学第二定律的微观意义：一切自然过程总是沿着无序性增大的方向进行。

下面从统计观点探讨过程的不可逆性微观意义，并由此深入认识第二定律的本质。

不可逆过程的统计性质——以气体自由膨胀为例一个被隔板分为A、B相等两部分的容器，装有4个涂以不同颜色的气体分子。

开始时，4个分子都在A部，抽出隔板后分子将向B部扩散并在整个容器内无规则运动。

隔板抽出后，4个气体分子在容器中可能的分布情形1023/mol，这些分子全部退回到A部的几率为。

此数值极小，意味着此事件永远不会发生。

一般来说，若有N个分子，则共有2N 种可能方式，而N个分子全部退回到A部的几率1/2N.对于真实理想气体系统N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。

不可逆过程的本质系统从热力学概率小的状态向热力学概率大的状态进行的过程。

自发过程的规律：概率小的状态（有序）→概率大的状态（混乱）统计物理基本假定—等几率原理：对于孤立系，各种微观态出现的可能性（或几率）是相等的。

5 热力学第二定律的微观解释6 能源和可持续发展教学建议教科书以“气体向真空的扩散”为例,说明宏观过程的自发性,通过具体的实例分析,帮助学生认识某一具体事件发生的概率,同时注意到小概率事件的存在。

从而得出结论:自发过程中事件的发展总是倾向于出现概率较大的宏观态。

从而从微观角度解释了热力学第二定律。

熵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,意味着宏观态所对应的微观态数目越少,即越有序。

对于自然界中的不可逆过程遵守熵增加原理,可举一些实例加以说明。

例如:将一个玻璃杯摔碎了,玻璃碴散落一地,无序性增加,我们就说熵增加;将一滴红墨水滴到一杯清水中,红墨水分子迅速在清水中扩散,直至处处均匀、平均,无序性增加了,我们就说熵增加;等等。

对于能源和可持续发展,在课前布置学生预习和自学,分几个专题以学习小组为单位布置学生查找资料,在课堂上让学习小组的代表汇报自学情况以及查找资料成果。

结合学生交流所得,引导学生思考:人类现在可用的清洁能源有哪些?21世纪人类利用能源的趋势是什么?本节教学时要充分联系生产和生活实际,开展丰富多彩的社会活动,引导学生关注社会、关注人类的未来。

参考资料太阳能的利用太阳能是指以电磁辐射形式由太阳向宇宙空间辐射的能量。

太阳是距离地球最近的一颗恒星,它是一个巨大炽热的等离子球体,在高温高压条件下,太阳内部不断进行着由氢核聚变成氦核的热核反应,释放出巨大的能量。

太阳的功率约为3.8×1026W,其中的二十二亿分之一历经1.5×108km 的路程射向地球,除去地球周围大气层的吸收和反射,约有8×1016 kW的太阳能直接射到地球表面,这比目前全世界利用各种能源产生的总能量还多1万多倍。

太阳能资源具有能量巨大、分布和用途广泛、不污染环境、可以再生等优点。

太阳能的利用主要有以下三种方式。

(1)光热转换。

通过吸收、反射、聚集等方法,把太阳能直接转换成热能。

第5、6节热力学第二定律的微观解释能源和可持续发展1.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。

2．热力学第二定律可叫做熵增加原理：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小。

3．能量耗散虽然不会导致能量总量的减少，却会导致能量品质的降低，实际上是将能量从高度有用的高品质形式降低为不大可用的低品质形式。

一、热力学第二定律的微观解释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发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。

4．熵及熵增加原理(1)熵：表达式S＝k ln 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。

(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。

二、能源和可持续发展1．能量耗散和品质降低(1)能量耗散：有序度较高(集中度较高)的能量转化为内能，成为更加分散因而也是无序度更大的能量，分散到环境中无法重新收集起来加以利用的现象。

(2)各种形式的能量向内能转化方向是无序程度较小的状态向无序程度较大的状态的转化，是能自动发生、全额发生的。

(3)能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的自发变化过程具有方向性。

(4)能量耗散虽然不会导致能量总量的减少却会导致能量品质的降低，实际上是将能量从高度有用的高品质形式降级为不大可用的低品质形式。

2．能源和环境1．自主思考——判一判(1)熵越小，系统对应的微观态就越少。

(√)(2)在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会增加。

(×)(3)大量分子无规则的热运动能够自动变为有序运动。

(×)(4)能量耗散会导致总能量的减少，也会导致能量品质的降低。

人教版高中物理必修一目录第一章运动的描述1.质点参考系和坐标系物体与质点参考系坐标系2.时间和位移时刻和时间间隔路程和位移矢量和标量3.运动快慢的描述——速度坐标与坐标的变化量速度平均速度和瞬时速度4.实验：用打点计时器测速度电磁打点计时器电火花计时器练习使用打点计时器用打点计时器测量瞬时速度用图像表示速度5.速度变化快慢的描述——加速度加速度加速度方向与速度方向的关系第二章匀变速直线运动的探究1.实验：探究小车速度随时间变化的规律进行实验处理数据做出速度——时间图象2.匀变速直线运动的速度与时间的关系匀变速直线运动速度与时间的关系式3.匀变速直线运动的位移与时间的关系匀速直线运动的位移匀变速直线运动的位移用图象表示位移4.匀变速直线运动的速度与位移之间的关系5.自由落体运动自由落体运动自由落体加速度6.伽利略对自由落体运动的研究绵延两千多年的错误逻辑的力量猜想与假设实验验证第三章相互作用1.重力基本相互作用力和力的图示重力四种基本相互作用2.弹力弹性形变和弹力几种弹力3.摩擦力静摩擦力滑动摩擦力4.力的合成力的合成共点力5.力的分解力的分解矢量相加的法则第四章牛顿运动定律1.牛顿第一定律理想实验的魅力牛顿物理学的基石——惯性定律惯性与质量2.实验：探究加速度与力、质量的关系加速度与力的关系加速度与质量的关系制定实验方案时的两个问题怎样由实验结果得出结论3.牛顿第二定律牛顿第二定律力的单位4.力学单位制5.牛顿第三定律作用力与反作用力牛顿第三定律物体的受力分析6.用牛顿运动定律解决问题（一）从受力确定运动情况从运动情况确定受力7.用牛顿运动定律解决问题（二）共点力的平衡条件超重和失重从动力学看自由落体人教版高中物理必修二目录第五章曲线运动1.曲线运动曲线运动的位移曲线运动的速度运动描述的实例物体做曲线运动的条件2.平抛运动平抛运动的速度平抛运动的位移一般的抛体运动3.实验：研究平抛运动4.圆周运动线速度角速度角速度的单位线速度与角速度的关系5.向心加速度6.向心力向心力变速圆周运动和一般的曲线运动7.生活中的圆周运动铁路的弯道拱形桥航天器中的失重现象离心运动第六章万有引力与航天1.行星的运动2.太阳与行星间的引力太阳对行星的引力行星对太阳的引力太阳与行星间的引力3.万有引力定律月——地检验万有引力定律引力常量4.万有引力理论的成就“科学真是迷人”计算天体的质量发现未知天体5.宇宙航行宇宙速度梦想成真6.经典力学的局限性从低速到高速从宏观到微观从弱引力到强引力第七章机械能守恒定律1.追寻守恒量——能量2.功功正功和负功3.功率功率功率与速度4.重力势能重力做的功重力势能重力势能的相对性势能是系统所共有的5.探究弹性势能的表达式6.实验：探究功与速度变化的关系探究的思路操作与作图技巧数据的处理7.动能和动能定理动能的表达式动能定理8.机械能守恒定律动能与势能的相互转化机械能守恒定律9.实验：验证机械能守恒定律实验方法要注意的问题速度的测量10.能量守恒定律与能源能量守恒定律能量和能量耗散第一章静电场1电荷及其守恒定律2库仑定律3电场强度4电势能和电势5电势差6电势差与电场强度的关系7静电现象的应用8电容器的电容9带电粒子在电场中的运动第二章恒定电流1电源和电流2电动势3欧姆定律4串联电路和并联电路5焦耳定律6电阻定律7闭合电路的欧姆定律8多用电表9实验：测定电池的电动势和电阻10简单的逻辑电路第三章磁场1磁现象和磁场2磁感应强度3几种常见的磁场4磁场对通电导线的作用力5磁场对运动电荷的作用力6带电粒子在匀强磁场中的运动课题研究霍尔效应附录游标卡尺和螺旋测微器第四章电磁感应1划时代的发现2探究电磁感应的产生条件3楞次定律4法拉第电磁感应定律5电磁感应规律的应用6互感和自感7涡流电磁阻尼和电磁驱动第五章交变电流1交变电流2描述交变电流的理量3电感和电容对交变电流的影响4变压器5电能的输送第六章传感器1传感器及其工作原理2传感器的应用（一）3传感器的应用（二）4传感器的应用实验附一些元器件的原理和使用要点课题研究怎样把交流变成直流第七章分子动理论1 物体是由大量分子组成的2 分子的热运动3 分子间的作用力4 温度和温标5 内能第八章气体1 气体的等温变化2 气体的等容变化和等压变化3 理想气体的状态方程4 气体热现象的微观意义第九章物态和物态变化1 固体2 液体3 饱和汽与饱和汽压4 物态变化中的能量交换第十章热力学定律1 功和内能2 热和内能3 热力学第一定律能量守恒定律4 热力学第二定律5 热力学第二定律的微观解释6 能源和可持续发展课题研究如何提高煤气灶的烧水效率第十一章机械振动1 简谐运动2 简谐运动的描述3 简谐运动的回复力和能量4 单摆5 外力作用下的振动第十二章机械波1 波的形成和传播2 波的图象3 波长、频率和波速4 波的衍射和干涉5 多普勒效应6 惠更斯原理第十三章光1 光的反射和折射2 全反射3 光的干涉4 实验：用双缝干涉测量光的波长5 光的衍射6 光的偏振7 光的颜色色散8 激光第十四章电磁波1 电磁波的发现2 电磁振荡3 电磁波的发射和接收4 电磁波与信息化社会5 电磁波谱第十五章相对论简介1 相对论的诞生2 时间和空间的相对性3 狭义相对论的其他结论4 广义相对论简介课题研究：社会生活中的电磁波第十六章动量守恒定律1 实验：探究碰撞中的不变量2 动量守恒定律（一）3 动量守恒定律（二）4 碰撞5 反冲运动火箭6 用动量概念表示牛顿的第二定律第十七章波粒二象性1 能量量子化：物理学的新纪元2 科学的转折：光的粒子性3 崭新的一页：粒子的波动性4 概率波5 不确定的关系第十八章原子结构1 电子的发现2 原子的核式结构模型3 氢原子光谱4 玻尔的原子模型5 激光第十九章原子核1 原子核的组成2 放射性元素的衰变3 探测射线的方法4 放射性的应用与防护5 核力与结合能6 重核的裂变7 核聚变8 粒子和宇宙课题研究：研究建筑石材的放射性。

热力学第二定律的微观解释能源和可持续发展时间：45分钟一、单项选择题1．下列有关熵的说法中不正确的是( D )A．熵是系统内分子运动无序性的量度B．在自然过程中熵总是增加的C．热力学第二定律也叫做熵增加原理D．熵值越大代表越有序解析：首先应明确熵的物理意义：它是表征分子运动无序性的物理量，熵越大，说明越混乱，即越无序．热力学第二定律的微观意义表明：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，即向熵增大的方向进行，所以热力学第二定律也叫做熵增加原理．2．对热力学第二定律，下列理解正确的是( B )A．自然界进行的一切宏观过程都是可逆的B．自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的C．热量不可能由低温物体传递到高温物体D．第二类永动机违背了能量守恒定律，因此不可能制成解析：由热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化，由此说明热量由低温物体传到高温物体是可能的，但要引起其他变化，故C项错误；第二类永动机并不违反能量守恒定律，却违背了热力学第二定律，故A、D两项错误，B项正确．3．关于能源的利用和节能，下列说法正确的是( D )A．根据能量守恒定律，能源的利用率应该是100%B．由于能量既不会消灭，也不会创生，总是守恒的，所以节约能源的意义不大C．节约能源只要提高节能意识就行，与科学进步无关D．在能源的利用中，总会有一部分能源未被利用而损失掉解析：能源的使用在任何情况下都不可能达到理想状态，做到没有任何损失．虽然遵从能量守恒定律，但它指的是损失部分和被利用部分总和与原来能源总量相等，A错误；根据能量转化的方向性可知，能量经转化后，可利用的能，只可能减少，不可能增加，因此节能的意义重大；同时，只有节能意识是不够的，必须利用科技进步提高能源的利用率，不断开发新能源，以满足人类社会可持续发展的需要，B、C错误．4．有经验的柴油机维修师傅，不用任何仪器，只要将手伸到柴油机排气管附近，去感受一下尾气的温度，就能判断出这台柴油机是否节能，真是“行家伸伸手，就知有没有”．关于尾气的温度跟柴油机是否节能之间的关系，下列说法中正确的是( B ) A．尾气的温度越高，柴油机越节能B．尾气的温度越低，柴油机越节能C．尾气的温度高低与柴油机是否节能无关D．以上说法均不正确解析：气体的内能不可能完全转化为柴油机的机械能，柴油在汽缸中燃烧，产生高温高压气体，是一个高温热源，而柴油机排气管排出的尾气是一个低温热源．根据能量守恒定律，这两个热源之间的能量差就是转换的机械能，燃烧相同的燃料，要想输出的机械能越多，尾气的温度就要越低，即这样的柴油机就节能，故选项B是正确的．5.某学习小组做了如下实验：先把空的烧瓶放入冰箱冷冻，取出烧瓶，并迅速把一个气球紧套在烧瓶颈上，封闭了一部分气体，然后将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气球逐渐膨胀起来，如右图．在气球膨胀过程中，下列说法正确的是( B )A．该密闭气体分子间的作用力增大B．该密闭气体组成的系统熵增加C．该密闭气体的压强是由于气体重力而产生的D．该密闭气体的体积是所有气体分子的体积之和解析：一切自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减少，B项正确；气球膨胀分子间的距离增大，分子间的作用力减小，A项错误；气体的压强是由于气体分子频繁地撞击容器壁产生的，C项错误；因气体分子之间存在间隙，所以密闭气体的体积大于所有气体分子的体积之和，D项错误．二、多项选择题6．关于热力学第二定律的微观意义，下列说法正确的是( CD )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，C、D两项正确．7．下列对能量耗散的理解正确的有( BD )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解析：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，宇宙中的能量既没有减少，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．8．下列过程中，可能实现的是( BC )A．将海水温度自动下降时释放的内能全部转变为机械能B．利用海洋不同深度的海水温度不同来制造一种机器，把海水的内能变为机械能C．在粗糙水平面上运动的物体，它的动能转化为内能，使物体温度升高D．静止在光滑水平面上的物体，温度降低时释放的内能可以转化为物体的动能，使物体运动起来三、非选择题9．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Ⅲ(可看成理想气体)变化过程中温度(T)随加热时间(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)以下说法不正确的是A.A．在区间Ⅱ，物质的内能不变B．在区间Ⅲ，分子间的势能不变C．从区间Ⅰ到区间Ⅲ，物质的熵增加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Ⅲ，若将压强不变的条件改为体积不变，则温度升高变快(“变快”“变慢”或“快慢不变”)请说明理由．答案：理由略解析：根据热力学第一定律ΔU ＝W ＋Q ，理想气体的状态方程pV T ＝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，ΔU 1＝Q －|W |；体积不变的条件下，W ＝0，ΔU 2＝Q ；所以ΔU 1<ΔU 2，体积不变的条件下温度升高变快．10．一锅开水投入了5个糖馅的甜汤圆，随后又投入了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：(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．(2)以上相对平衡的宏观态出现的概率是多少？解析：(1)宏观态对应的微观态个数.宏观态全是 甜的 全是 咸的 1甜 4咸 4甜 1咸 2甜 3咸 3甜 2咸 微观态个数 1 1 5 5 10 10 (2)相对平衡的宏观态出现的概率为：P ＝10＋101＋1＋5＋5＋10＋10＝58. 11．下面是某同学在题为《能源的利用和节约能源》的研究性学习中收集到的有关太阳能的资料：太阳能是人类最基本的能源，它无污染、无费用，这种能源的使用期和太阳寿命一样长，当太阳光照射地面时，1 m 2地面上在1 s 内平均得到的太阳辐射能约为1.0×103J ．太阳能热水器就是直接利用太阳能的装置，目前已经逐渐地出现在我们的生活中．该同学在网上下载了某型号太阳能热水器的宣传广告：(1)若某家庭每天大约需要100 kg 热水，用这种热水器将这些水从25 ℃加热到45 ℃需要多长时间？(2)与效率为80%的电热水器相比，每天可节约多少电能？解析：考查能量守恒定律及能源的开发与利用．(1)设T 为光照时间，k ＝1.0×103 J/(s·m 2) Q 吸＝cm (t －t 0)＝4.2×103×100×(45－25) J ＝8.4×106 J.太阳能热水器传给水的热量Q 放＝kSTη. 因为Q 吸＝Q 放，所以：T ＝Q 吸kSη＝8.4×1061.0×103×1.5×40% s ＝1.4×104 s ≈3.9 h.(2)由Q 电＝Wη1得：W ＝Q 电η1＝8.4×1060.8J ＝1.05×107 J≈2.9 kW·h.答案：(1)3.9 h (2)2.9 kW·h。

学习资料高中物理第十章热力学定律第5节第6节热力学第二定律的微观解释能源和可持续发展学案含解析新人教版选修3班级：科目：第5节热力学第二定律的微观解释第6节能源和可持续发展1．了解有序和无序概念，知道有序和无序是相对的,了解宏观态和微观态的概念。

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解释。

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．了解什么是能量耗散和品质降低，了解能源与人类社会发展和环境的关系。

一、热力学第二定律的微观解释1．有序和无序、宏观态和微观态（1）有序：一个系统的个体按确定的错误!方向有顺序的排列.(2)无序:一个系统的个体分布没有确定的要求，分布是错误!随意的，称为无序。

(3)宏观态：一个错误!系统整体所处的状态叫做宏观态。

(4）微观态：宏观态系统内对应的不同分布状态就叫做微观态.2．气体向真空的扩散一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性□，04增大的方向进行。

3．熵(1）定义式:错误!S＝k ln Ω，式中S表示熵，k表示玻耳兹曼常量，Ω表示微观态的数目.(2)意义：表示系统内分子运动无序性的错误!量度。

(3)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。

二、能源和可持续发展1．能量耗散和品质降低（1)能量耗散：有序度较高(集中度较高）的能量转化为□01无序性更大的能量，流散到环境中无法重新收集起来加以利用的现象。

(2)各种形式的能量向错误!内能的转化，是无序程度较小的状态向无序程度较大的状态转化,是能够错误!自动发生、错误!全额发生的.（3）能量耗散虽然不会使能的总量减少，却会导致能量品质的错误!降低。

2．能源与环境(1）人们把□06煤、错误!石油、错误!天然气等化石能源叫做常规能源，人类消耗的能源主要是常规能源。

(2）化石能源的储藏是错误!有限的。

（3）环境问题化石能源的大量消耗带来的环境问题有错误!温室效应、错误!酸雨、错误!气候异常等。