高中物理人教版 (新课标)选修35 热力学第二定律的微观解释备课ppt课件

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【例1】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【标准解答】选C、D.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.【变式训练】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【解析】选A、C.在孤立体系中发生的实际过程，其系统的总熵是增加的，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.【例2】下列关于能源的说法中正确的是A.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【思路点拨】能源是有限的，无限制使用常规能源会严重破坏环境.【自主解答】选B、C.尽管能量守恒，但耗散能量无法重新收集利用，所以能源是有限的，特别是常规能源，A错，B对；常规能源的利用比新能源核能的利用对环境影响大，C对，D错.【变式训练】关于“温室效应”，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、两极冰雪融化D.“温室效应”使得土壤酸化【解析】选B、C.“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，两极冰雪融化、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B、C选项正确.1.（2010·西城高二检测）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【解析】选A.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；热力学第二定律是一个统计规律，A对.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.下列对能量耗散的理解正确的有（ ）A.能量耗散说明能量在不断地减少B.能量耗散不违背能量守恒定律，所以“能源危机”是杞人忧天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自然界的宏观过程具有方向性【解析】选D.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中的内能，无法再回收利用，这种现象叫能量耗散.能量耗散虽然并不违背能量守恒定律，但品质会降低，它反映出自然界的宏观过程具有方向性，故A、B、C错误，D正确.3.以下说法正确的是（ ）A.热量自发地从甲物体传到乙物体，甲的内能不一定比乙大B.汽油是一种清洁能源C.水能是可再生能源，所以可制造一台利用水能的机器，效率可达100%D.煤、石油等常规能源是取之不尽、用之不竭的【解析】选A.热量自发地从甲传到乙，说明甲的温度高于乙的温度，但物体的内能除与温度有关外，还与物体体积及物质的量等因素有关，甲的内能不一定大于乙的内能，A对；汽油燃烧会引起一些化合物的产生，导致有毒气体的生成，B错；水源虽然是可再生能源，由热力学第二定律可知， 效率不可能达到100%，C错；煤、石油等存量是有限的，是不可再生能源，D错.4.成语“覆水难收”指的是一盆水泼出后是不可能再回到盆中的.请从不同宏观态所对应的微观态数目不同这个角度,解释为什么水不会自发地聚到盆中.【解析】由于盆的形状确定，水在盆中所处的宏观态对应的微观态数目少，较为有序.当把水泼出后，它的形状不受盆的限制，各种可能的形状都有，此时所处的宏观态对应的微观态数目将变得非常多，较为无序.因为自发的过程总是从有序向着无序发展，所以水不会自发地聚到盆中.答案：见解析一、选择题（本大题共7小题，每小题5分，共35分，每小题至少一个选项符合题意）1.（2010·茂名高二检测）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【解析】选A.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.用隔板将一绝热容器隔成A和B两部分，A中盛有一定质量的理想气体，B为真空（如图1①所示），现把隔板抽去，A中的气体自动充满整个容器(如图②)，这个过程称为气体的自由膨胀，下列说法正确的是（ ）A.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【解析】选C.理想气体在绝热的条件下，向真空做自由膨胀的过程是一个既与外界没有热交换，又没有对外做功的过程，根据热力学第一定律可以确定气体的内能不变，而理想气体的分子势能为0，即分子动能不变，温度不变．由 =c.V增大，T不变，则p减小，B错.由热力学第二定律D错.3.下面关于熵的有关说法错误的是（ ）A.熵是系统内分子运动无序性的量度B.在自然过程中熵总是增加的C.热力学第二定律也叫做熵减小原理D.熵值越大代表着越为无序【解析】选C.如果过程是可逆的，则熵不变；如果不可逆，则熵是增加的，而且一切自然过程都沿着分子热运动的无序性增大的方向进行.故A、B、D正确，C错误.4.如图2所示，两个相通的容器P、Q间装有阀门K，P中充满气体，Q内为真空，整个系统与外界没有热交换.打开阀门K后，P中的气体进入Q中，最终达到平衡，则（ ）A.气体体积膨胀，内能增加B.气体分子势能减少，内能增加C.气体分子势能增加，压强可能不变D.Q中气体不可能自发地全部退回到P中【解析】选D.据热力学第二定律，自然界涉及热现象的宏观过程都具有方向性知，D项正确.容器内气体自由膨胀，气体与外界之间不做功也没有热交换，故气体的内能不变，A项不正确.气体分子间作用力很弱，气体体积变化时，气体分子势能可认为不变，B，C项也不正确.5.水力发电站的电能最终来自于（ ）A.太阳能 B.水的动能C.水的势能 D.水的内能【解析】选A.煤、石油、水力等能源最终来自于太阳能.是太阳能将水蒸发到高处，然后再降落到地面各处，汇成江河湖海，高处的水向低处流就具有了水能，从而用于发电.6.CO2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的辐射而上升；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，大气中二氧化碳气体浓度的急剧增加会导致气温的逐步上升，使全球气候变暖.为了减缓大气中CO2浓度的增加，以下措施中可行且有效的是（ ）A.禁止使用煤、石油和天然气B.开发使用核能、太阳能C.将汽车燃料由汽油改为液化石油气D.植树造林【解析】选B、D.可行且行之有效的措施是开发新能源以便减少对常规能源的利用，减少CO2的排放；植树造林可以吸收空气中的CO2，所以选B、D.题中A、C两项措施虽然有效，但并不可行.7.某同学决定利用身边的材料制作一个简易的太阳能热水器，容器壁的其中两个面用玻璃板替代，以利于阳光射入，其设计结构如图3所示.为了更有效地利用太阳能，提高热水温度，下列措施中不合理的是（ ）A.容器容积一定时，增大日光入射的有效面积B.尽量使有效采光面与太阳光垂直C.将除玻璃板之外的内壁涂黑D.将除玻璃板之外的内壁涂上一层反射面【解析】选D.若将除玻璃板之外的内壁涂上一层反射面，则不利于对阳光的吸收，应涂成黑色，因为黑色的吸热效果较好，故选D.二、非选择题（本大题共2小题，共15分）8.（5分）根据你对熵增加原理的理解，举出一些系统从有序变为无序的例子.【解析】根据熵增加原理，自然界的一切自发过程，总是朝着熵增加的方向进行，而熵是描述系统无序程度的物理量，熵越大，无序程度越高.所以，熵的增加就意味着系统无序程度的增加.这意味着，自然界的一切自发过程，总是朝着从有序向无序的方向转化.如：燃料的燃烧、气体的扩散、一切生命体从产生到消亡，都经历了一个从有序到无序的发展过程.答案：见解析9.（10分）如图4所示是一种太阳能草坪节能灯，太阳能电池板供一只“10 V 9 W”的电子节能灯工作.若太阳能电池板接收太阳能的有效面积为0.3 m2，平均1小时得到的太阳辐射能为0.4×106 J，太阳光一天照平均8小时计算，恰好可以供电子节能灯工作10小时.问：（1）太阳能节能灯的能量转化情况.（2）太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率为多少？（3）太阳能节能灯利用太阳能的效率大约是多少？【解析】（1）能量转化：太阳能→电能→热能（光能）（2）电池板单位面积上接收功率： （3）节能灯效率： 答案：（1）见解析 （2）370 W （3）10%1.下列哪些现象能够发生，并且不违背热力学第二定律（ ）A.一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热B.蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能C.桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离D.电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体【解析】选C、D.A、B都违背了热力学第二定律，都不能发生，C中系统的势能减少了，D中消耗了电能，所以不违背热力学第二定律，均能发生.2.下述做法能改善空气质量的是（ ）A.以煤等燃料作为主要生活燃料B.利用太阳能、风能和氢能等能源替代化石能源C.鼓励私人购买和使用汽车代替公交车D.限制使用电动车【解析】选B.以煤等燃料作为主要生活燃料时会产生大量空气污染物；私人汽车代替公交车会使汽油消耗量增加，带来的空气污染物增多，限制使用电动车对改善空气质量无影响，故只能选B.3.某地的平均风速为5 m/s，已知空气密度是1.2kg/m3，有一风车，它的车叶转动时可形成半径为12 m的圆面，如果这个风车能将此圆内10%的气流的动能转变为电能，则该风车带动的发电机功率是多少？【解析】首先可以求出在时间t内作用于风车的气流质量为m=πr2vtρ,这些气流的动能为 mv2,转变的电能为E= mv2×10%,故风车带动电动机功率为P= = πr2ρv3×10%,代入数据以后得P=3.4 kW.答案：3.4 kW本部分内容讲解结束