高中物理选修3-3检测：第十章热力学定律-5热力学第二定律的微观解释

拓展延伸
疑难突破
对熵的理解
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，不会使熵减少．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．4．一切自然过程的发生和发展中，总熵必定不会减少．
思考发现
1．从分子热运动的角度解释热传递的方向性：一切自然过程总是向着分子热运动的无序性增大的方向进行的．
2．在熵增加的同时，一切不可逆过程总是使能量逐渐丧失做功的本领，从可利用状态转化为不可利用状态，造成能量的品质降低．
3．用熵的概念来表示热力学第二定律，可以表述为：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小．
4．热力学系统的一个宏观态对应多个微观态，不同的宏观态对应的微观态个数一般不同，对应微观态个数较少的为有序状态，熵小；对应微观态个数多的为无序状态，熵大．宏观上的平衡态，对应微观态个数最多，熵最大．
我的发现：。

高中物理选修3-3知识复习提纲：第十章热力学定律(人教版)高中物理选修3-3知识点总结：第十章热力学定律（人教版）冷热变化是最常见的一种物理现象，本章主要将的就是热力学的有关问题，其中热力学的第一和第二定律是比较重要得，对于能量守恒定律必须要深刻的理解。

考试的要求：Ⅰ、对所学知识要知道其含义，并能在有关的问题中识别并直接运用，相当于课程标准中的“了解”和“认识”。

Ⅱ、能够理解所学知识的确切含义以及和其他知识的联系，能够解释，在实际问题的分析、综合、推理、和判断等过程中加以运用，相当于课程标准的“理解”，“应用”。

要求Ⅰ：热力学第一定律、能量守恒定律、热力学第二定律、热力学第二定律的微观结构等内容。

要求Ⅱ：这一章这项要求考察比较少。

知识网络：内容详解：一、功、热与内能●绝热过程：不从外界吸热，也不向外界传热的热力学过程称为绝热过程。

●内能：内能是物体或若干物体构成的系统内部一切微观粒子的一切运动形式所具有的能量的总和，用字母U表示。

●热传递：两个温度不同的物体相互接触时温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，这个过程称之为热传递。

●热传递的方式：热传导、对流热、热辐射。

二、热力学第一定律、第二定律●第一定律表述：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所作的功的和。

表达式uWQ符号+-W外界对系统做功系统对外界做功Q系统从外界吸热系统向外界放热u系统内能增加系统内能减少●第二定律的表述：一种表述：热量不能自发的从低温物体传到高温物体。

另一种表述：（开尔文表述）不可能从单一热库吸收热量，将其全部用来转化成功，而不引起其他的影响。

●应用热力学第一定律解题的思路与步骤：一、明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统。

二、别列出物体或系统(吸收或放出的热量)外界对物体或系统。

三、据热力学第一定律列出方程进行求解，应用热力学第一定律计算时，要依照符号法则代入数据，对结果的正负也同样依照规则来解释其意义。

共同成长见仁见智熵有哪些基本性质？你是怎样理解熵的？史慧：熵的微观意义是系统内分子热运动无序性的量度.丁波：熵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.万青：熵不是守恒的量，在孤立体系中经过一不可逆过程，熵总是增加的.王雨：熵的本质是体系微观混乱度的量度，混乱度越大，熵值也越大.我的观点：____________________________________________________________________. 读书做人熵与生命热力学第二定律的原理是：热量从高温体传向低温体，但总能量守恒，且不断减少做功能力.在一个热机系统中，系统热效率越高，能量转换为有用功的能越多.但无论怎样改进热机，也永远无法达到热、功之间的完全转换，因为在热转换中能量的耗散是无法避免的.为了表述热机系统能量转换为有用功程度的大小，克劳修斯为第二定律引入了一个新概念——“熵”.熵的原意是转变，在数学上它是热机系统状态的函数，熵小意味着一个系统热量转变为有用功的程度高，熵大则表示转变程度低，这就区分出了有用的能量交换与不可逆地耗散掉的能量的关系.热力学第二定律的意义很快超出物理领域.通过熵的数学表述，在一个热力学系统中，熵增指热能量耗散增加，意味着热能在做功中部分向系统环境耗散了.这个过程是不可逆的，因此熵只能是正或为零.这样，熵增就表示着热力学系统内部一种不可逆的过程.克劳修斯1865年的第二定律的宇宙论推论：“宇宙的能量是常量；宇宙的熵趋于最大”，即所谓的“宇宙热寂说”，引起了极大的争议.但现代宇宙大爆炸说已经证明，宇宙是有自身时间的箭，因而是有一个从生到死的生命演化过程的.这样，人类在追求宇宙和自身的永恒中，通过热力学语言，很不情愿地发现了与我们人类的生命感觉相一致的、正如远古哲人孔子所述的“逝者如斯夫”那样的宇宙事实：时间并不是幻觉，而是物体有方向的变化过程；时间具有方向性，是不可逆的，无论是宇宙还是我们人类，只能从生到死，而不可倒逆.过程的终点虽然被认为是热寂与死亡，但由热力学所开创的复杂性，科学同时也就揭示了“生”“成长”“生命力”“自然演化”的时间秘密，开拓了建立人与自然一种新型关系的道路，使我们人类能正确认识自身在整个自然中的位置，从而有可能建构出一种促成人类与自然和平共处、共同发展的新的科学体系和价值体系.生命系统之所以能维持自身的有序，就是因为它有新陈代谢，有自由能的驱动.在热力学上，与无序相对抗的自由能和信息都称为负熵，所以薛定谔曾经说过“生命以负熵为生”——谁如果要是不相信薛定谔的这句话，他可以切断对自己生命体的负熵流的供应体会一下，仅三天不吃饭，他就能体味到“生命以熵为生”的真理.问题：1.请你用熵增原理解释一下生活中的自然现象.2.以“熵与人类”为题，写一篇文章，体裁不限.。

热力学第二定律的微观解释重/难点重点：热力学第二定律的微观意义。

难点：对熵和熵增加原理的理解。

重/难点分析重点分析：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。

这就是热力学第二定律的微观意义。

难点分析：引入熵后，关于自然过程的方向性就可以表述为：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小。

从微观角度看，热力学的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。

因此，热力学第二定律又叫做熵增加原理。

突破策略（一）引入新课教师：（复习提问）用投影片出示下列问题1．什么是热传导的方向性？2．机械能和内能之间相互转化的方向性指的是什么？3．什么是第二类永动机？为什么第二类永动机不可能制成？4．热力学第二定律的两种表述方式是什么？学生思考回答后，教师指出：系统的宏观表现源于组成系统的微观粒子的统计规律。

本节课就要从微观的角度说明为什么涉及热运动的宏观过程会有一定的方向性。

（二）进行新课1．有序和无序宏观态与微观态教师：先引导学生阅读教材有关内容，以“扑克牌”为例，体会“有序”和“无序”的含义，从而进一步体会“宏观态”和“微观态”的含义。

教师：（讲解）当我们以系统的分子数分布而不区分具体的分子来描写的系统状态叫热力学系统的宏观态；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热力学系统的微观态。

在热力学系统中，由于存在大量粒子的无规则热运动，任一时刻各个粒子处于何种运动状态完全是偶然的，而且又都随时间无规则地变化。

系统中各个粒子运动状态的每一种分布，都代表系统的一个微观态，系统的微观态的数目是大量的，在任意时刻系统随机地处于其中任意一个微观态。

下面我们以上图所示的情况为例来进一步加以说明。

假设容器中体积相等的A、B两室内具有a、b、c、d一共4个全同的分子，它们在A、B两室内的分布情况共有16种方式。