2014-2015学年人教版选修3-3 第十章第6节：能源和可持续发展 课件（26张）
文档属性
| 名称 | 2014-2015学年人教版选修3-3 第十章第6节：能源和可持续发展 课件（26张） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 2.5MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2015-04-20 18:06:06 | ||
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文档简介
课件27张PPT。5 热力学第二定律的微观解释
6 能源和可持续发展一、热力学第二定律的微观意义
1.有序和无序:一个系统的个体按确定的_________,有顺序地
排列即有序;个体分布_____(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_____状态即宏观态,系统内个体的
_____分布状态即微观态。某种规则没有宏观不同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_____(选填“增大”或“减小”)的方向进行。
4.熵及熵增加原理:
(1)熵:表达式S=______,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_____,S表示系统内分子运动_______
的量度,称为熵。
(2)熵增加原理:在任何自然过程中,一个_____系统的总熵不
会_____。增大klnΩ数目无序性孤立减小二、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_____,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_____的状态向
无序程度_____的状态的转化,是能够_____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_____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_____
的降低,它实际上是将能量从高度有用的_______形式降级为不
大可用的_______形式。内能较小较大方向品质高品质低品质自动2.能源与环境:
(1)常规能源:人们把煤、_____、_______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_____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_____效
应、酸雨、光化学烟雾等。石油天然气太阳温室1.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。
( )提示：(1)√。熵是系统无序性的量度,熵越大,系统对应的微观态就越多,熵越小,系统对应的微观态就越少。
(2)×。由熵增加原理可知,一个孤立系统的总熵不会减少。
(3)×。大量分子的热运动不可能从无序运动状态自动转化为有序运动状态。
(4)×。能量耗散不会导致总能量的减少,但会导致能量品质的降低。2.想一想
流动的水带动水磨做功,由于磨盘之间的摩擦、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空气中,我们没有办法把这些流散的内能重新收集起来加以利用。请思考:内能与机械能相比,哪种能量的品质低?
提示：内能。能量的耗散虽然不会使能量减少,却会导致能量品质的降低,它实际上将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式。故内能较之机械能是一种低品质的能量。主题一 热力学第二定律的微观意义
1.如图所示,一个箱子被挡板分为左右两室,左室有4个气体分子,右室为真空,撤去挡板后,气体自由扩散,以箱子内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形。提示：宏观态:左0右4,左1右3,左2右2,左3右1,左4右0;对应微观态数目: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.试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,分子集中在一个室中,另一个室变成真空的可能性最小?
提示：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,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,即气体的自由扩散过程是沿着无序性增大的方向进行的。所以撤去挡板后,上面问题中“左2右2”这种均匀分布的可能性最大,分子集中在一个室中,另一个室变成真空的可能性最小。3.结合1、2中的分析,请谈谈热力学第二定律的微观意义。
提示：由上面1、2的分析可知,有序状态指的是对应着较少微观态的那种宏观态,自发过程总是倾向于出现较多微观态对应的宏观态,即出现概率较大的状态。由此我们得到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.怎样理解一个孤立的系统熵不会减小?
提示：从微观的角度看,热力学第二定律是一个统计规律;自发的宏观过程总是向无序性更大的方向发展。而熵较大代表着较为无序,熵小代表有序,所以一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展。【知识点睛】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。【规律方法】有序及无序过程的判断
(1)判断此类问题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,不符合这个规则和要求的分布是无序的。
(2)无序意味着各处平均没有差别;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。【典例1】a、b两个分子分配在容器A、B里共有 个微观态,
每个微观态出现的几率为 ,那么N个分子分配在l个容器中,
共有 个微观态,每个微观态出现的几率为 。
【解题探究】(1)所有可能的微观态,它们出现的_____是一样
的。
(2)有几个微观态,每个微观态出现的几率为_________。几率几分之一【解析】将A、B容器看作一个孤立系统,则每种分配情况可看
作一个微观态,如表:
那么共有4个微观态，且每个微观态出现的几率为 依次推
广，可知N个分子在l个容器中共有lN个微观态，每个微观态
出现的几率为
答案：4 lN 【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加无序的状态发展
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。根据熵增加原理:在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会减少可知,A对,B错。根据热力学第二定律的微观解释可知,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,所以C对,D错。主题二 能源和可持续发展
1.既然能量守恒,为什么还要节约能源?
提示：人们在使用能源的时候,高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的内能。虽然能量不会减少,但能源会越来越少,所以要节约能源。2.请你结合生活实际,并查阅相关资料,说明新能源开发的意义。
提示：随着社会的进步和生产力的飞速发展,能量的消耗也急剧增加,常规能源中的煤、石油、天然气储量有限,而且有的新能源(如风能、水能等)的利用受到很多自然条件的限制,也不可能满足人类社会对能源的需求,所以新能源的开发和利用成为当务之急。【知识点睛】解决能源危机的措施
(1)能量使用时,能量的品质降低,所以应节约能源。
(2)化石能源的大量消耗会带来很多环境问题,开发新能源势在必行。【典例2】关于能源的开发和利用,下列说法中正确的是 ( )
A.无节制地利用能源,是一种盲目的短期行为
B.根据能量守恒定律,能源是取之不尽、用之不竭的
C.能源在开发和利用的同时,必须加强对环境的保护
D.不断开发新能源,是缓解能源危机的主要途径【解题探究】(1)在任何情况下,能的总量是_____的,之所以
节约能源是因为能源是_______。
(2)能量耗散是指_____________。
(3)解决能源危机的有效途径是___________。
【解析】选A、C、D。由于能源是有限的,必须合理利用能源,故A对;尽管能量是守恒的,但在使用过程中会有能量耗散即品质降低,故B错;能源利用推动人类进步和社会发展的同时,使人类生存的环境遭到破坏,必须加强环境保护,故C对;开发和利用新能源,能缓解常规能源的不足,故D对。守恒有限的能量品质降低开发新能源【变式训练】下列关于能量耗散的说法,正确的是 ( )
A.电能通过灯泡中的灯丝转化为光能属于能量耗散
B.火炉把房子烤暖属于能量耗散
C.各种形式的能量向内能的转化是能够自动全额发生的
D.能量耗散导致能量品质降低
【解析】选B、C、D。能量耗散是指其他形式的能转化为内能,最终流散到周围环境中无法重新收集并加以利用的现象,故A错B对;能量耗散是能量在转化的过程中有一部分以内能的形式被周围环境吸收,遵守能量守恒定律,但使得能量品质降低,故D对;其他形式的能在一定的条件下可以全部转化为内能,但相反过程却不能够全额进行,C对。
6 能源和可持续发展一、热力学第二定律的微观意义
1.有序和无序:一个系统的个体按确定的_________,有顺序地
排列即有序;个体分布_____(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_____状态即宏观态,系统内个体的
_____分布状态即微观态。某种规则没有宏观不同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_____(选填“增大”或“减小”)的方向进行。
4.熵及熵增加原理:
(1)熵:表达式S=______,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_____,S表示系统内分子运动_______
的量度,称为熵。
(2)熵增加原理:在任何自然过程中,一个_____系统的总熵不
会_____。增大klnΩ数目无序性孤立减小二、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_____,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_____的状态向
无序程度_____的状态的转化,是能够_____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_____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_____
的降低,它实际上是将能量从高度有用的_______形式降级为不
大可用的_______形式。内能较小较大方向品质高品质低品质自动2.能源与环境:
(1)常规能源:人们把煤、_____、_______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_____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_____效
应、酸雨、光化学烟雾等。石油天然气太阳温室1.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。
( )提示：(1)√。熵是系统无序性的量度,熵越大,系统对应的微观态就越多,熵越小,系统对应的微观态就越少。
(2)×。由熵增加原理可知,一个孤立系统的总熵不会减少。
(3)×。大量分子的热运动不可能从无序运动状态自动转化为有序运动状态。
(4)×。能量耗散不会导致总能量的减少,但会导致能量品质的降低。2.想一想
流动的水带动水磨做功,由于磨盘之间的摩擦、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空气中,我们没有办法把这些流散的内能重新收集起来加以利用。请思考:内能与机械能相比,哪种能量的品质低?
提示：内能。能量的耗散虽然不会使能量减少,却会导致能量品质的降低,它实际上将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式。故内能较之机械能是一种低品质的能量。主题一 热力学第二定律的微观意义
1.如图所示,一个箱子被挡板分为左右两室,左室有4个气体分子,右室为真空,撤去挡板后,气体自由扩散,以箱子内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形。提示：宏观态:左0右4,左1右3,左2右2,左3右1,左4右0;对应微观态数目: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.试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,分子集中在一个室中,另一个室变成真空的可能性最小?
提示：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,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,即气体的自由扩散过程是沿着无序性增大的方向进行的。所以撤去挡板后,上面问题中“左2右2”这种均匀分布的可能性最大,分子集中在一个室中,另一个室变成真空的可能性最小。3.结合1、2中的分析,请谈谈热力学第二定律的微观意义。
提示：由上面1、2的分析可知,有序状态指的是对应着较少微观态的那种宏观态,自发过程总是倾向于出现较多微观态对应的宏观态,即出现概率较大的状态。由此我们得到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.怎样理解一个孤立的系统熵不会减小?
提示：从微观的角度看,热力学第二定律是一个统计规律;自发的宏观过程总是向无序性更大的方向发展。而熵较大代表着较为无序,熵小代表有序,所以一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展。【知识点睛】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。【规律方法】有序及无序过程的判断
(1)判断此类问题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,不符合这个规则和要求的分布是无序的。
(2)无序意味着各处平均没有差别;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。【典例1】a、b两个分子分配在容器A、B里共有 个微观态,
每个微观态出现的几率为 ,那么N个分子分配在l个容器中,
共有 个微观态,每个微观态出现的几率为 。
【解题探究】(1)所有可能的微观态,它们出现的_____是一样
的。
(2)有几个微观态,每个微观态出现的几率为_________。几率几分之一【解析】将A、B容器看作一个孤立系统,则每种分配情况可看
作一个微观态,如表:
那么共有4个微观态，且每个微观态出现的几率为 依次推
广，可知N个分子在l个容器中共有lN个微观态，每个微观态
出现的几率为
答案：4 lN 【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加无序的状态发展
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。根据熵增加原理:在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会减少可知,A对,B错。根据热力学第二定律的微观解释可知,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,所以C对,D错。主题二 能源和可持续发展
1.既然能量守恒,为什么还要节约能源?
提示：人们在使用能源的时候,高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的内能。虽然能量不会减少,但能源会越来越少,所以要节约能源。2.请你结合生活实际,并查阅相关资料,说明新能源开发的意义。
提示：随着社会的进步和生产力的飞速发展,能量的消耗也急剧增加,常规能源中的煤、石油、天然气储量有限,而且有的新能源(如风能、水能等)的利用受到很多自然条件的限制,也不可能满足人类社会对能源的需求,所以新能源的开发和利用成为当务之急。【知识点睛】解决能源危机的措施
(1)能量使用时,能量的品质降低,所以应节约能源。
(2)化石能源的大量消耗会带来很多环境问题,开发新能源势在必行。【典例2】关于能源的开发和利用,下列说法中正确的是 ( )
A.无节制地利用能源,是一种盲目的短期行为
B.根据能量守恒定律,能源是取之不尽、用之不竭的
C.能源在开发和利用的同时,必须加强对环境的保护
D.不断开发新能源,是缓解能源危机的主要途径【解题探究】(1)在任何情况下,能的总量是_____的,之所以
节约能源是因为能源是_______。
(2)能量耗散是指_____________。
(3)解决能源危机的有效途径是___________。
【解析】选A、C、D。由于能源是有限的,必须合理利用能源,故A对;尽管能量是守恒的,但在使用过程中会有能量耗散即品质降低,故B错;能源利用推动人类进步和社会发展的同时,使人类生存的环境遭到破坏,必须加强环境保护,故C对;开发和利用新能源,能缓解常规能源的不足,故D对。守恒有限的能量品质降低开发新能源【变式训练】下列关于能量耗散的说法,正确的是 ( )
A.电能通过灯泡中的灯丝转化为光能属于能量耗散
B.火炉把房子烤暖属于能量耗散
C.各种形式的能量向内能的转化是能够自动全额发生的
D.能量耗散导致能量品质降低
【解析】选B、C、D。能量耗散是指其他形式的能转化为内能,最终流散到周围环境中无法重新收集并加以利用的现象,故A错B对;能量耗散是能量在转化的过程中有一部分以内能的形式被周围环境吸收,遵守能量守恒定律,但使得能量品质降低,故D对;其他形式的能在一定的条件下可以全部转化为内能,但相反过程却不能够全额进行,C对。