课件142张PPT。新课标人教版课件系列《高中物理》
选修3-3第 十章 《热力学定律》10.1《功和内能》教学目标知识与技能
1．知道什么是绝热过程。
2．从热力学的角度认识内能的概念。
3．理解做功与内能改变的数量关系。
4．知道内能和功的单位是相同的。
过程与方法
从焦耳的实验理解功与内能变化的关系
情感、态度与价值观
通过焦耳实验了解功与内能变化关系的得来，学习科学家探 究过程的艰辛
教学重点、难点
绝热过程中的功与内能的关系 知识回顾什么叫内能？ 与哪些因素有关？质量、温度相同的物体，内能必定相等 对吗？
物体的内能与温度和体积的关系 温度变时分子动能变，体积变时分子势能变，因此物体的内能决定于它的温度和体积，但是这句话却不能作为判断两物体内能大小的依据。如两物体温度和体积均相同，而内能却没有确定的关系。再如，0OC的冰熔化成OC水体积减小，不能就此认为其势能也减小，而应该从改变内能的方式上分析,冰熔化过程吸收热量，内能增加，而温度不变，所增加的只是分子的势能 试解释
这个实验说明了什么？焦耳 1818年12月24日生于英国曼彻斯特 ，起初研究电学和磁学。 1840年在英国皇家学会上宣布了电流通过导体产生热量的定律，即焦耳定律。焦耳测量了热与机械功之间的当量关系——热功当量，为热力学第一定律和能量守恒定律的建立奠定了实验基础。焦耳热功当量实验装置—机械功焦耳热功当量实验装置—电功一、绝热过程焦耳的实验说明什么问题？在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与做功方式无关，仅与做功数量有关。 系统只由于外界对它做功而与外界交换能量它不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫绝热过程哪些力做功仅由物体的起点和终点两个位置决定与物体的运动路径无关？重力
电场力
二、内能
任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统自身状态的物理量，这个物理量在两个状态间的差别与外界在绝热过程中对系统所做的功相联系。我们把这个物理量称为系统的内能——U△U＝U2－U1△U＝W1.下列说法正确的是（ ）
A 分子的动能与分子的势能的和叫做这个分子的内能
B 物体的分子势能由物体的温度和体积决定
C 物体的速度增大时，物体的内能增大
D 物体的内能减小时，物体的温度可能增加D练习巩固2.一个铁块沿斜面匀速滑下，关于物体的机械能和内能的变化，下列判断中正确的是（ ）
A 物体的机械能和内能都不变
B 物体的机械能减少，内能不变
C 物体的机械能增加，内能增加
D 物体的机械能减少，内能增加D 如图所示,绝热具有一定质量的活塞,活塞的上部封闭着气体,下部为真空,活塞与器壁的摩擦忽略不计,置于真空中的轻弹簧的一端固定于理想气体容器的底部.另一端固定在活塞上,弹簧被压缩后用绳扎紧,此时弹簧的弹性势能为EP(弹簧处于自然长度时的弹性势能为零),现绳突然断开,弹簧推动活塞向上运动,经过多次往复运动后活塞静止,气体达到平衡态,经过此过程
（ ）
A．EP全部转换为气体的内能
B. EP一部分转换成活塞的重力势能,其余部分仍
为弹簧的弹性势能
C．EP全部转换成活塞的重力势能和气体的内能
D．EP一部分转换成活塞的重力势能,一部分转换
为气体的内能,其余部分仍为弹簧的弹性势能04年全国理综17 D小结
1、焦耳热功当量实验
2、绝热过程
3、物体内能的宏观描述
4、绝热过程中作功和内能的关系为什么会呈现雾状？05年全国卷Ⅲ19.一定质量的气体经历一缓慢的绝热膨胀过程。设气体分子间的势能可忽略，则在此过程中 （ ）
A．外界对气体做功，气体分子的平均动能增加
B．外界对气体做功，气体分子的平均动能减少
C．气体对外界做功，气体分子的平均动能增加
D．气体对外界做功，气体分子的平均动能减少DAB 活塞将气缸分成AB两气室，气缸活塞(连同拉杆)是绝热的，且不漏气。则在将拉杆缓慢向外拉动的过程中，两部分气体的内能如何变化？10.2《热和内能》教学目标 1．在物理知识方面要求：
（1）知道分子的动能，分子的平均动能，知道物体的温度是分子平均动能大小的标志。
（2）知道分子的势能跟物体的体积有关，知道分子势能随分子间距离变化而变化的定性规律。
（3）知道什么是物体的内能，物体的内能与哪个宏观量有关，能区别物体的内能和机械能。
（4）知道做功和热传递在改变物体内能上是等效的，知道两者的区别，了解热功参量的意义。
2．在培养学生能力方面，这节课中要让学生建立：分子动能、分子平均动能、分子势能、物体内能、热量等五个以上物理概念，又要让学生初步知道三个物理规律：温度与分子
平均动能关系，分子势能与分子间距离关系，做功与热传递在改变物体内能上的关系。因此，
教学中着重培养学生对物理概念和规律的理解能力。3．渗透物理学方法的教育：在分子平均动能与温度关系的讲授中，渗透统计的方法。在分子间势能与分子间距离的关系上和做功与热传递关系上都要渗透归纳推理方法。
二、重点、难点分析
1．教学重点是使学生掌握三个概念（分子平均动能、分子势能、物体内能），掌握三个物理规律（温度与分子平均动能关系、分子势能与分子之间距离关系、热传递与功的关系）。
2．区分温度、内能、热量三个物理量是教学上的一个难点；分子势能随分子间距离变化的势能曲线是教学上的另一难点。
三、教具
1．压缩气体做功，气体内能增加的演示实验：
圆形玻璃筒、活塞、硝化棉。
2．幻灯及幻灯片，展示分子间势能随分子间距离变化而变化的曲线。一、热传递 两个温度不同的物体互相接触时温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，并将持续到系统间达到热平衡即温度相等为止，这个过程称之为热传递 热传递的三种方式：热传导、热对流、热辐射二、热和内能 在外界对系统没有做功的情况下，
内能和热量之间有什么样的关系呢？ 即在外界对系统不做功的情况下，外界传递给系统的热量等于系统内能的改变量△U＝Q 做功和热传递
对改变物体的内能的区别二、热和内能做功是内能和其他形式的能发生转化热传递是不同物体或同一物体不同部分内能的转移做功和热传递都能改变系统的内能，这两种方式是等效的，
都能引起系统内能的改变，但是它们还是有重要区别的 △U＝Q{△U＝W例1 如果铁丝的温度升高了，则（ ）
A.铁丝一定吸收了热量 B.铁丝一定放出了热量
C.外界可能对铁丝做功 D.外界一定对铁丝做功解析：做功和热传递对改变物体的内能是等效的，
温度升高可能是做功，也可能是热传递。故C正确。
答案：C例2 下列关于热量的说法，正确的是 （ ）
A.温度高的物体含有的热量多
B.内能多的物体含有的热量多
C.热量、功和内能的单位相同
D.热量和功都是过程量，而内能是一个状态量解析：热量和功都是过程量，而内能是一个状态量，
所以不能说温度高的物体含有的热量多，内能多的
物体含有的热量多；热量、功和内能的单位相同都
是焦耳。选C、D
答案：C、D注意：热量是单纯的传热过程中系统内能变化的一个量度，是一个过程量，不能讲在某个时刻物体具有多少热量应该讲在热传递过程中有多少热量从高温物体传递到了低温物体 热传导－－热沿着物体传递的热传递方式，不同物质传到热的能力各不相同，容易传到热的物体称之为热的良导体，所有金属都是热的良导体，不容易传导热的物体称之为热的不良导体，如空气、橡胶、绒毛、棉纱、木头、水、油等
热对流－－靠液体或气体的流动来传递热的方式，热对流是液体和气体所特有的热传递方式
热辐射－－热从高温物体向周围以电磁波的形式沿直线射出去的方式，热辐射不依赖媒介质，可在真空中进行，温差越大，表面颜色越深，物体向外的热辐射能力越强 一、热传递 说明：两个温度不同的物体互相接触时温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，并将持续到系统间达到热平衡即温度相等为止。在这个过程中我们说，热量从高温物体传递到了低温物体，这个过程称之为热传递。 问：热传递分别有哪几种方式？（热传导、热对流、热辐射） 问：这三种方式如何区分？（热沿着物体传递的传递方式，不同物质传到热的能力各不相同，容易传到热的物体称之为热的良导体，所有金属都是热的良导体，不容易传导热的物体称之为热的不良导体，如空气、橡胶、绒毛、棉纱、木头、水、油等；热对流是靠液体或气体的流动来传递热的方式，热对流是液体和气体所特有的热传递方式，热辐射是热从高温物体向周围以电磁波的形式沿直线射出去的方式，热辐射不依赖媒介质，可在真空中进行，温差越大，表面颜色越深，物体向外的热辐射能力越强） 二、热和内能 问：改变物体的内能有哪两种方式？（做功和热传递） 问：在系统绝热过程中，内能和功之间有怎样的关系？（△U＝W，即在系统和外界没有热交换的情况下，外界对系统所做的功等于系统内能的改变量） 问：在外界对系统没有做功的情况下，内能和热量之间有什么样的关系呢？（△U＝Q，即在外界对系统不做功的情况下，外界传递给系统的热量等于系统内能的改变量） 问：热量有什么需要注意的地方？（内能是单纯的传热过程中系统内能变化的一个量度，是一个过程量，与功类似，我们知道功是一个过程量，不能讲某个时候物体具有多少功，而应该讲在某个过程中物体做了多少功。与此相类似，不能讲在某个时刻物体具有多少热量应该讲在热传递过程中有多少热量从高温物体传递到了低温物体） 问：做功和热传递对改变物体的内能有什么区别吗？（做功是内能和其他形式的能如机械能、电能等等发生转化；而热传递是不同物体或同一物体不同部分内能的转移）
10.3《热力学第一定律 能量守恒定律》教学目标（1）知道热力学第一定律 ，理解能量守恒定律
（2）对热力学第一定律的数学表达式有简单认识
（3）知道永动机是不可能的?分子因热运动而具有的能量?同温度下各个分子的分子动能ＥK 不同?分子动能的平均值仅和温度有关?分子间因有相互作用力而具有的、由它们相对位置决定的能量? r＜r0时,r↓→ＥP↑;ｒ＞ｒ0时,r↑→ＥP↑;ｒ＝ｒ0时，ＥP 最低?ＥP 随物态的变化而变化?物体内所有分子的ＥK 和ＥP 总和?物体的内能与温度和体积有关，还和物体所含的分子数有关。复习题：
1、下列说法正确吗?
A、物体所有分子的动能的总和=物体的动能
B、速度快的分子比速度慢的分子温度高
C、温度高物体中的分子运动速度大于温度低的物体 中的分子运动速度.2.10Kg 500C 水分子的平均动能____1Kg 500C 水分子平均动能10Kg 500C 水的内能_____ 1Kg 500C 的水的内能等于大于3、关于内能，下列说法正确的是
A、温度相同的物体内能一样多
B、一罐气放在卡车上随卡车做加速运动，罐中气体动能越来越大，所以内能也越来越大
C、一定质量的物体的内能，由温度和体积决定
D、某物体的内能为E，含分子数为n个，那么每个分子的内能为E/n C改变内能的两种方式做功热传递对内对外吸热放热内能增加内能增加内能减少内能减少（外界对物体做功）（物体对外界做功）（物体从外界吸热）（物体对外界放热）（3）做功和热传递在改变内能效果上是等效的做功和热传递的区别（1）做功改变内能：实质上是其它形式的能和内能 之间转化（2）热传递：实质上是各物体间内能的转移 内能是一个状态量，一个物体在不同的状态下有不同的内能内能与热量的区别 热量是一个过程量，它表示由于热传递而引起的变化过程中转移的能量，即内能的改变量。如果没有热传递，就没有热量可言，但此时仍有内能1、下列说法中正确的是:
A、做功和热传递是改变物体内能的两种不同的物理过程
B、做功和热传递在改变物体内能上是等效的，因此对物体做功就是对物体传热
C、热量是在热传递中，从一个物体向另一个物体或物体一部分向另一部分转移的内能的多少
D、高温的物体具有热量多，低温的物体具有热量少
E、冷和热的物体混合时，热的物体把温度传给冷的物体，最后温度相同（A，C）2、关于物体内能，下列说法中正确的是:
A、手感到冷时，搓搓手就会感到暖些，这是利用做功来改变物体内能
B、将物体举高或使它们的速度增大，是利用作功来使物体内能增大
C、阳光照晒衣服，衣服的温度升高，是利用热传递来改变物体内能的
D、用打气筒打气，筒内气体变热，是利用热传递来改变物体的内能（A，C）3.10Kg1000C水的内能_____10Kg1000C的水蒸气的内能10Kg 00C 水的内能_____10Kg 00C 的冰的内能小于大于 对于物态发生变化的过程，由吸热或放热来分析物体内能的增减是一种很简便的判断方法. 分子势能？学习重点：学习难点：1、能量守恒定律。
2、从能量转化的观点理解热力学第一定律，会用ΔU = W + Q 分析和计算有关问题。 1、如何用能量转化和守恒的观点分析物理现象；
2、热力学第一定律ΔU = W + Q中各物理量的意义及正负号的确定。 学习过程： [问]：既然做功和热传递都可以改变物体的内能，那么，功、热量跟内能的改变之间一定有某种联系，我们就来研究这个问题. [问]：改变物体内能的方式有哪些？ ①做功 ②和热传递 热力学第一定律各量的正负号含义应用能量守恒定律用动机不可能制成 总结一、热力学第一定律1.一个物体，它既没有吸收热量也没有放出热量，那么：
①如果外界做的功为Ｗ，则它的内能如何变化？变化了多少？
②如果物体对外界做的功为Ｗ，则它的内能如何变化？变化了多少？?2.一个物体，如果外界既没有对物体做功，物体也没有对外界做功，那么：
①如果物体吸收热量Ｑ，它的内能如何变化？变化了多少？
②如果放出热量Ｑ，它的内能如何变化？变化了多少？3.如果物体在跟外界同时发生做功和热传递的过程中，内能的变化ΔU与热量Ｑ及做的功Ｗ之间又有什么关系呢？ 1.一个物体，如果它既没有吸收热量也没有放出热量，那么，外界对它做多少功，它的内能就增加多少；物体对外界做多少功，它的内能就减少多少. ?
返回2.如果外界既没有对物体做功，物体也没有对外界做功，那么物体吸收了多少热量，它的内能就增加多少，物体放出了多少热量，它的内能就减少多少.
返回 ΔU = W + Q 该式表示的是内能的变化量跟功、热量的定量关系，在物理学中叫做热力学第一定律.ΔU 物体内能的增加量 W 外界对物体做的功 Q 物体吸收的热量 返回二、定律中各量的正、负号及含义返回三、应用 例题：一定量的气体从外界吸收了2.6×105J的热量，内能增加了4.2 ×105J。
问：①是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？做了多少焦耳的功？解：①根据ΔU = W + Q 得 W = ΔU － Q = 4.2 ×105J － 2.6×105J= 1.6×105J W为正值，外界对气体做功，做了1.6×105J 的功。 ②如果气体吸收的热量仍为2.6×105J不变，但是内能只增加了1.6×105J，这一过程做功情况怎样？四、能量守恒定律演示柴油机的工作过程用热力学第一定律解释柴油机正常工作时压燃的原理 活塞压缩气体，活塞对气体做功，由于时间很短，散热可以不计，机械能转化为气体的内能，温度升高，达到柴油燃点，可“点燃”柴油。能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体；在转化和转移过程中其总量不变，这就是能量守恒定律.五、永动机不可能制成永动机：不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功，这种机器叫永动机.人们把这种不消耗能量的永动机叫第一类永动机.（不吃草的马） 根据能量守恒定律，任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为另一种形式，而不能无中生有地制造能量，因此第一类永动机是不可能制成的.P68图10.3-1六、总结1、热力学第一定律： ΔU = W + Q 2、能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体；在转化和转移过程中其总量不变，这就是能量守恒定律.一定量的气体吸收热量，体积膨胀并对外做功，则此过程的末态与初态相比， （ ）
A．气体内能一定增加
B．气体内能一定减小
C．气体内能一定不变
D．气体内能是增是减不能确定例题1、D下列说法正确的是 （ ）
A．外界对气体做功，气体的内能一定增大
B．气体从外界只收热量，气体的内能一定增大
C．气体的温度越低，气体分子无规则运动的平均
动能越大
D．气体的温度越高，气体分子无规则运动的平均
动能越大例题2、D例题3、下列说法正确的是 （ ）
A．外界对一物体做功，此物体的内能一定增加
B．机械能完全转化成内能是不可能的
C．将热量传给一个物体，此物体的内能一定改变
D．一定量气体对外做功，气体的内能不一定减少D例题4： 一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一系列变化后又回一开始的状态，用W1表示外界对气体做的功，W2表示气体对外界做的功，Q1表示气体吸收的热量，Q2表示气体放出的热量，则在整个过程中一定有 （ ）
A．Q1—Q2=W2—W1 B．Q1=Q2
C．W1=W2 D．Q1>Q2点拨：整个过程的内能不变， ΔE = 0 由热力学第一定律 ΔE=W总+Q总=0Q总= - W总 ∴ Q1—Q2=W2—W1A 如图所示,密闭绝热的具有一定质量的活塞,活塞的上部封闭着气体,下部为真空,活塞与器壁的摩擦忽略不计,置于真空中的轻弹簧的一端固定于理想气体容器的底部.另一端固定在活塞上,弹簧被压缩后用绳扎紧,此时弹簧的弹性势能为EP(弹簧处于自然长度时的弹性势能为零),现绳突然断开,弹簧推动活塞向上运动,经过多次往复运动后活塞静止,气体达到平衡态,经过此过程
（ ）
A． EP全部转换为气体的内能
B. EP一部分转换成活塞的重力势能,其余部分仍
为弹簧的弹性势能
C． EP全部转换成活塞的重力势能和气体的内能
D． EP一部分转换成活塞的重力势能,一部分转换
为气体的内能,其余部分仍为弹簧的弹性势能例题5、 D10.4《热力学第二定律》教学目标 知识与技能
1.了解热传递过程的方向性。
2.知道热力学第二定律的两种不同的表述，以及这两种表述的物理实质。
3.知道什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可能制成。
过程与方法
1．热力学第二定律的表述方式与其他物理定律的表述方式有一个显著不同，它是用否定语句表述的。
2．热力学第二定律的表述不只一种，对任何一类宏观自然过程进行方向的说明，都可以作为热力学第二定律的表述，学习本节时注意这一方法。情感、态度与价值观
通过学习热力学第二定律，可以使学生明白热机的效率不会达到100%，我们只能想办法尽量提高热机的效率，但不能渴求达到100%。
自然界发生的一切过程中的能量都是守恒的，但不违背能量守恒定律的宏观过程并都能发生。
【重点、难点分析】：
重点：热力学第二定律两种常见的表述。
难点：1.热力学第二定律的开尔文表述。
2.自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。
【课时安排】： 1课时
三、教学过程：引入新课：
任何物体都具有内能，在地球上贮存量十分丰富的海水总质量约达1.4×1018吨，它的温度只要降低1oC，就能释放相当于1800万个功率为100万千瓦的核电站一年的发电量，足够全世界使用4000年。而人类都不能利用这种“新能源”，究其原因，是因为涉及物理学的一个基本定律——热力学第二定律．新课教学：
(一)、热传导的方向性
1．实例：热量会自动地从高温物体传给低温度物体。
2．热传导的过程具有方向性
3．自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。
1．实例：热量会自动地从高温物体传给低温度物体。
[注意]这里所说“自发地”是指没有任何外界的影响或帮助，电冰箱工作时能将冰箱内(温度较低)的热量，传给外界空气(温度较高)，是因为电冰箱消耗了电能，对制冷系统做了功。
2．热传导的过程具有方向性
热传导的过程可以向一个方向自发地进行(热量从高温物体自发地传给低温物体)；但向相反的方向不会自发地产生(热量不会自发地从低温物体传给高温物体)，只有借助外界的帮助才能进行。
①热机：是一种把内能转化为机械能的装置。热机③效率：
由能量守恒定律知道 Q1 = W +Q2
热机的效率内燃机②原理：燃料燃烧产生热量 Q1（高温热源）推动活塞对外做功 W排出废气向外界（低温热源）放热 Q2热机的效率小于100%，就不可能把从高温热源吸收的热量全部转化为机械能，总有一部分热量散发到冷凝器中。（二）机械能与内能转化的方向性(二)第二类永动机1．第二类永动机：人们把想象中能够从单一热源吸收热量，全部用来做功而不引起其他变化的热机叫做第二类永动机。
2．第二类永动机不可能制成
表示机械能和内能的转化过程具有方向性．尽管机械能可以全部转化为内能，内能却不能全部转化成机械能，同时不引起其他变化． 3．第一类永动机和第二类永动机
它们都不可能制成，第一类永动机的设想违反了能量守恒定律；第二类永动机的设想虽不违反能量守恒定律，但违背了跟热现象相联系的宏观自然过程具有方向性的规律。三、热力学第二定律
举例：两种不同的气体扩散可以自发地进入对方,最后成为一种均匀的混合气体思考:如图所示,容器A中装有气体,容器B是真空,打开阀门K,容器A中的气体会自发地向B中膨胀,最后两个容器都充满气体.会不会气体自发地从容器B流向容器A,最后使容器B恢复成真空呢?大量自然现象说明:有些物理过程具有方向性.(三)热力学第二定律1．热力学第二定律常见的两种表述：
(1)按热传递的方向性来表述：不可能使热量从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化．
(2)按机械能与内能转化过程的方向性来表述：不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化．2．两种表述是等价的．
可以从一种表述导出另一种表述，两种表述都称为热力学第二定律
3．热力学第二定律的意义
提示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，是独立于热力学第一定律的一个重要自然规律．(四)能量耗散1．能量耗散：流散的内能无法重新收集起来加以利用的现象叫做能量耗散．
2．能量耗散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．五、例题分析：[例1]根据热力学第二定律，下列判断正确的是
A. 电流的能不可能全部变为内能
B．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变为电能
C．热机中，燃气内能不可能全部变为机械能
D．在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温度物体．[解析]根据热力学第二定律可知，凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，电流的能可全部变为内能(由电流热效应中的焦耳定律可知)，而内能不可能全部变成电流的能．机械能可全部变为内能，而内能不可能全部变成机械能，在热传导中，热量只能自发地从高温物体传递给低温物体，而不能自发地从低温物体传递给高温物体，所以选项B、C、D正确．[例2]第二类永动机不可以制成，是因为[ ] A. 违背了能量的守恒定律
B．热量总是从高温物体传递到低温物体
C．机械能不能全部转变为内能
D．内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化[解析]第二类永动机设想虽然符合能量守恒定律，但是违背了能量转化中有些过程是不可逆的规律。所以不可能制成，选项D正确．[例3]试对热力学第一定律和热力学第二定律做一简单的评析
[解析]热力学第一定律和热力学第二定律是构成热力学知识的理论基础，前者对自然过程没有任何限制，只指出在任何热力学过程中能量不会有任何增加或损失，反映的是物体内能的变化与热量、做功的定量关系；后者则是解决哪些过程可以自发地发生，哪些过程必须借助于外界条件才能进行。六、小结 ：热力学第二定律有常见的两种表述，提示了有大量分子参与的宏观过程(即与热现象有关的宏观过程)的方向性，第二类永动机不可能制成。 七、 [巩固练习]1.下列哪些物理过程具有方向性
A. 热传导过程
B．机械能和内能的转化过程
C．气体的扩散过程
D．气体向真空中膨胀的过程。答案：
上题答案：A B C D2.热机是一种______的装置，热机做的功和它从热源吸收热量的比值叫做热机的______．答案：
3.能量耗散是从 ________角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性．答案：2答案：把内能转化为机械能；效率 3答案：热现象4.热力学第二定律使人们认识到，自然界中进行的涉及________现象的宏观过程都具有________性，例如机械能可以________转化为内能，但内能_______全部转化为机械能，而不引起其他变化．4答案：热；方向；全部；不能。5.什么是第二类永动机?为什么第二类永动机不可能造成?
答：能够从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化的热机称为第二类永动机。第二类永动机不可能制成的原因是因为机械能和内能转化过程具有方向性，尽管机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化为机械能，而不引起其他变化。6.试述热力学第一定律和热力学第二定律的区别与联系．解答：热力学第一定律指出了在任何热力学过程中，能量不会有任何增减或损失，对自然过程也没有限制；而热力学第二定律是解决了哪些过程可以发生。两个定律从不同角度揭示了热力学过程中遵从的规律，既相互独立，又相互补充，共同构成了热力学知识的理论基础10.5《热力学第二定律 的微观解释》教学目标知识与技能
1.了解有序和无序，宏观态和微观态的概念。
2.了解热力学第二定律的微观意义。
3.了解熵的概念，知道熵是反映系统无序程度的物理量。
4.知道随着条件的变化，熵是变化的。
过程与方法
１.学会通过现象总结规律的科学方法
2.知道熵的概念，知道任何自然过程中一个孤立系统的总熵不会减少
情感态度和价值观
培养分析、归纳、综合能力一个“妖精”，神通广大，能跟踪充满容器的每个气体分子的运动。把这个容器用一道隔板分为A ，B两部分，并在隔板上安装一个阀门，当阀门打开时单个气体分子可以从容器的一部分经过阀门进入另一部分去。 假设这个容器开始时完全充满了一定温度的气体，按照热的动力论，一定的温度对应于分子的一定的平均温度，因为气体分子的运动具有随机性质，有的分子的速度将大于平均值，有的则将小于平均值。妖精在适当的时候打开阀门，让快的分子从B 进入A，慢的分子从A进入B ，结果不须消耗能量，B 部分的温度就下降，A部分的温度就上升，热量可以自发地从低温物体流向高温物体。
一般的解释是：妖精必须得到一些“知识”，才能把“快”分子和“慢”分子区分开来。为了获得这些信息，要不要消耗能量？如果需要，则容器、气体、隔板、妖精作为封闭系统，为得到所要信息所需的能量，将不大于因利用这一信息而消耗的能量，并没有违反热力学第二定律。
麦克斯韦的妖精能破坏热力学第二定律吗？自发总是从有序到无序演化但是麦克斯韦的妖精可以使其向有序化发展，酶，就是生命中的麦克斯韦的妖精；而人类全体作为麦克斯韦的妖精，增加着社会的有序度。毕竟，“妖精”，用通俗的话说，是个生物，也是个信息系统，“妖精”就是对宇宙演化的一种抗争。
热力学第二定律的微观解释 热力学第一定律给出了各种形式的能量在相互转化过程中必须遵循的规律，但并未限定过程进行的方向。 凡符合热一律的过程---即符合能量守恒的过程是否都能实现呢？实验表明，自然界中一切与热现象有关的宏观过程都是有方向性的。热传导过程?例如：气体的绝热自由膨胀过程。 这些典型例子说明自然界的实际过程是按一定的方向进行的，相反方向的过程不能自动发生，或者说，如果可以发生，则必然引起其它后果。 热力学第一定律无法对这类问题作出解释，需要一个独立于热力学第一定律的新的自然规律，即热力学第二定律来解释。 不可能从单一热源吸取热量，使之完全变成有用的功而不产生其他影响。 功可以完全变热，但要把热完全变为功而不产生其它影响是不可能的。 1851年开尔文总结出热力学过程进行的限度。1.开尔文表述 以热机为例，热机的循环除了热变功外，还必定有一定的热量从高温热源传给低温热源，即产生了其它效果。热全部变为功的过程也是有的，如，理想气体等温膨胀。但这时引起了其它的变化。开尔文表述否定了热机效率能达百分这百的可能性高温热源T1=0第二类永动机（单热机）不能制成。第二类永动机高温热源T1低温热源T2? 与之相应的经验事实是，当两个不同温度的物体相互接触时，热量将自动地由高温物体向低温物体传递，而不可能自发地由低温物体传到高温物体。 如果借助制冷机，当然可以把热量由低温传递到高温，但要以外界作功为代价，也就是引起了其它变化。克氏表述指明热传导过程是有方向的。2、克劳修斯表述 热量不能自动地从低温热源传到高温热源而不引起其它的变化。1.从开尔文表述入手假定单热机是可以造成的，则高温源低温源Q??3、两种表述是统一的2.从克劳修斯表述入手?? 假定热量能自动地从低温源传到高温源，则单热机也能造成。热力学过程是有方向性的。2.可逆过程与不可逆过程 为了进一步研究热力学第二定律的含义和热力学过程方向性问题，引入可逆过程的概念。 一个系统，由一个状态出发经过某一过程达到另一状态，如果存在另一个过程，它能使系统和外界完全复原（即系统回到原来状态，同时消除了原过程对外界引起的一切影响）则原来的过程称为可逆过程；单摆运动：一个单摆，如果不受空气阻力及其它摩擦力，当它离开某一位置后，经过一个周期又回到原来的位置而周围一切都无变化。 反之，如果物体不能回复到原来状态或当物体回复到原来状态却无法消除原过程对外界的影响，则原来的过程称为不可逆过程。无摩擦和阻力的单摆运动是一个可逆过程。单纯的无机械能耗散的机械运动过程都是可逆过程。理想气体绝热自由膨胀是不可逆的。在隔板被抽去的瞬间，气体聚集在左半部，这是一种非平衡态，此后气体将自动膨胀充满整个容器。最后达到平衡态。其反过程由平衡态回到非平衡态的过程不可能自动发生。 在热现象中，可逆过程只有在准静态和无摩擦的条件下才有可能。无摩擦准静态过程是可逆的。经验和事实表明，自然界中真实存在的过程都是按一定方向进行的，都是不可逆的。理想气体热传导过程是不可逆的。热量总是自动地由高温物体传向低温物体，从而使两物体温度相同，达到热平衡。从未发现其反过程，使两物体温差增大。可逆传热的条件是：系统和外界温差无限小，即等温热传导。气体的迅速膨胀过程是不可逆的。 但是当气体膨胀非常缓慢又没有其它摩擦时，它却是可逆的。结论：1）一切自发过程都是不可逆过程。2）准静态过程（无限缓慢） +无摩擦的过程是可逆过程。3）一切实际过程都是不可逆过程。 可逆过程是一种理想的极限，只能接近，绝不能真正达到。因为，实际过程都是以有限的速度进行，且在其中包含摩擦，粘滞，电阻等耗散因素，必然是不可逆的。可逆过程是理想化的过程。强调：不可逆过程不是不能逆向进行，而是说当过程逆向进行时，逆过程在外界留下的痕迹不能将原来正过程的痕迹完全消除。 热力学第二定律说明了自然界的实际过程是按一定的方向进行的，是不可逆的，相反方向的过程不能自动发生，或者说，如果可以发生，则必然引起其它后果。 开氏表述实质上在于说明功变热的过程是不可逆的。热力学第二定律的实质在于指出：一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。它所揭示的客观规律向人们指出了实际宏观过程进行的条件和方向。克氏表述实质上在于说明热传导过程是不可逆的。不可逆过程的统计性质（以气体自由膨胀为例） 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。 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。在热力学中，序：区分度。 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。首先理解有序和无序的概念。 一个被隔板分为A、B相等两部分的容器，装有4个涂以不同颜色分子。3.热力学第二定律的统计意义热力学第二定律的微观意义开始时，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。隔板被抽出后，4分子在容器中可能的分布情形如下图所示： 微观态共有24=16种可能的方式，而且4个分子全部退回到A部的可能性即几率为1/24=1/16。 一般来说，若有N个分子，则共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?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。从任何实际操作的意义上说，不可能发生此类事件。 对单个分子或少量分子来说，它们扩散到B部的过程原则上是可逆的。 对大量分子组成的宏观系统来说，它们向B部自由膨胀的宏观过程实际上是不可逆的。这就是宏观过程的不可逆性在微观上的统计解释。第二定律的统计表述（依然看前例） 4个分子在容器中的分布对应5种宏观态。 左边一列的各种分布仅指出A、B两边各有几个分子，代表的是系统可能的宏观态。中间各列是详细的分布，具体指明了这个或那个分子各处于A或B哪一边，代表的是系统的任意一个微观态。一种宏观态对应若干种微观态。不同的宏观态对应的微观态数不同。均匀分布对应的微观态数最多。
全部退回A边仅对应一种微观态。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。各种宏观态不是等几率的。那种宏观态包含的微观态数多，这种宏观态出现的可能性就大。定义热力学几率：与同一宏观态相应的微观态数称为热力学几率。记为? 。 在上例中，均匀分布这种宏观态，相应的微观态最多，热力学几率最大，实际观测到的可能性或几率最大。 所以，实际观测到的总是均匀分布这种宏观态。即系统最后所达到的平衡态。 对于1023个分子组成的宏观系统来说，均匀分布这种宏观态的热力学几率与各种可能的宏观态的热力学几率的总和相比，此比值几乎或实际上为100%。对整个宇宙不适用。如布朗运动。平衡态相应于一定宏观条件下? 最大的状态。热力学第二定律的统计表述：孤立系统内部所发生的过程总是从包含微观态数少的宏观态向包含微观态数多的宏观态过渡，从热力学几率小的状态向热力学几率大的状态过渡。自然过程总是向着使系统热力学几率增大的方向进行。4.热力学第二定律的适用范围注意：微观状态数最大的平衡态状态是最混乱、最无序的状态。一切自然过程总是沿着无序性增大的方向进行。1）适用于宏观过程对微观过程不适用，2）孤立系统有限范围。可爱的熵
物理学中有个熵定律，也就是著名的热力学第二定律。 “熵”的名称是由德国物理学家道尔夫·克劳修斯于1868年造出来的，它代表着宇宙中不能再被转化做功的能量的总和的测定单位，即熵的增加表示宇宙物质的日益混乱和无序，是无效能量的总和。熵本身既不是好事，也不是坏事；它意味着腐败和混乱，但它同时也意味着生命本身的展开──不论是有机的，还是无机的生命。卡农、乔治·梅特勒的大爆炸学说也认为，宇宙是以有序的状态开始，不断地向无序状态发展，它与热力学第二定律是相符的。热力学第一定律说明能量是守恒的、不灭的，只能从一种形式转变到另一种形式；热力学第二定律（熵定律）却表明：能量不可逆转地沿着一个方向转化，即从对人类来说是可利用的变为不可利用的状态。
有效能量告罄时，是“热寂”──死寂的热平衡状态。 有效物质耗尽时，是一片“物质混乱”──整个宇宙的大混乱和大混沌。 古罗马诗人贺拉斯说：“时间磨灭了世界的价值！”可谓一语道破了熵定律的真谛。 物理学家们认为，熵定律是物质世界的最终定律，人类参与的每一项物质活动都受到热力学第一、第二定律的严密制约；但是，他们 又认为熵定律只涉及物质世界，只控制时空的横向世界，人类的精神世界并不受熵定律的专制统治！ 所以，生命的现象是宇宙洪流中的一股逆流！ 人类精神的无限发展，是不可抗拒的熵增大长河中的一条逆流之舟！
10.6《能源和 可持续发展》教学目标知识与技能
1.理解能量耗散和品质降低的概念。2.理解能源的利用实际上是能量的转化和转移过程。3.了解常规能源的使用带来的环境污染。4.了解开发新能源的方法和意义。
过程与方法
从日常生活现象了解能源，了解常规能源的储量与人类需求的关系
情感、态度与价值观
知道能源和可持续发展的关系，培养学生探究知识的欲望和学习兴趣
教学重点：理解能源的概念和能源的使用与环境污染的关系．
教学难点：能源的开发和利用与环境的关系．
教学方法：探究教学
教具：多媒体课件一、常规能源 定义：那些能够提供可利用能量的物质和自然过程
如：煤、石油、天然气、空气的流动、水的流动等
近几百年，人类相继发明了蒸汽机、内燃机、电动机等动力机械，生产
力飞速发展的同时，也加剧了能源的消耗
剩余常规能源资源估计：石油――几十年，煤――两百多年
一旦消耗殆尽，将导致汽车、飞机、轮船、内燃机车无法使用，火力发
电厂将停止发电
人类社会将会陷入瘫痪的局面能源消耗的现状及担忧：面对能源现状的思考
节约能源What Can We do ?Waiting For Your Suggestion
二、开发新能源－－迫在眉睫你知道哪些新能源？1、太阳能： 太阳能是一种可广泛利用的清洁能源。我们目前的利用方式主要是两种
一是将阳光聚焦，将光能转化为热能。在日照充分的地方，人们在生产和生活中已大量使用太阳灶、干燥器和太阳能热水器。
二是将太阳能转化为化学能，再用化学能发电。比较常见的光电池是硅电池（它能将13%-20%的日光能转化为电能）。许多电子计算器和其他小型电子仪器现在已经采用太阳能电池供电，人造卫星和宇宙飞船更是主要依靠太阳能电池来提供电力。遗憾：经过大气的反射、散射和吸收，能量损失较大，受阴天、昼夜变
化和雨雪等降水过程的影响。二、开发新能源－－迫在眉睫2、水能：水作为能量的载体，被太阳能驱动地球上三栖（水、陆、空）
循环。地表水的流动时，在落差大、流量大的地区，形成可利用的水能
资源。目前世界上水力发电还处于起步阶段。我国建有葛洲坝、三峡水
力发电站等设施利用水能遗憾：受地域、气候影响较大，干旱缺水地区无法应用二、开发新能源－－迫在眉睫3、海洋能：由于地球受月球和太阳引力的周期性不均衡，海水发生非
气候性的涨潮和落潮现象，形成潮汐。潮汐蕴含着巨大能量，既可以用来
推动机械装置，又可以用来发电。
此外，由于海水表层和深层间的存在很大的温差，利用这种温差也可以发
电。法国已经建成了世界上第一座温差发电站，发电容量为14,000kW。遗憾：受地域影响较大、内陆地区无法应用二、开发新能源－－迫在眉睫4、风能：利用风的机械能发电，风能是一种重要的自然能源。据
有关专家估算，在全球边界层内的总能量为1.3×1015瓦，一年中约为
1.4×1016千瓦时电力的能量，相当于目前全世界每年所燃烧能量的
3000倍。其中1/10为可取用的极限量。
风能的优点是：总能量巨大，利用简单、无污染、可再生。遗憾：能量密度低、稳定性、连续性、可靠性差，时空分布不均匀二、开发新能源－－迫在眉睫5、生物质能（沼气）：利用厌氧微生物在密闭条件下分解（废
弃）有机物，产生沼气，沼气具有很高的热值，燃烧后生成二氧化碳
和水，不污染空气，不危害农作物和人畜健康。生成沼气的原料本身
就是各种废弃物，生产过程可以减少（有机物）垃圾的数量。在农村
到处可以看到许多生物质的废弃物，如人畜粪便、秸秆、杂草和不能
食用的果蔬，等等。将这些废弃物收集起来，经过细菌发酵可以产生
沼气，用沼气做燃料和照明，也可以发电。遗憾：机械化程度低，规模化生产受限制，在城市难以普及应用二、开发新能源－－迫在眉睫6、地热能：用地热采暖、将地热用于农业、水产养殖业、工业生产等，
在全世界范围内受到关注。（从直接利用地热的规模来说，最常用的是地
热水淋浴，占总利用量的1/3以上，其次是地热水养殖和种植约占20%，地
热采暖约占13%，地热能工业利用约占2%）。
据美国地热资源委员会（GRC） 1990年的调查，世界上18个国家有地热发
电，总装机容量5827.55兆瓦，装机容量在100兆瓦以上的国家有美国、菲
律宾、墨西哥、意大利、新西兰、日本和印尼。我国的地热资源也很丰富，
但开发利用程度很低。主要分布在云南、西藏、河北等省区。除以上利用
外，从热水中还可提取盐类、有益化学成分和硫磺等。遗憾：很大程度上受地域因素的制约二、开发新能源－－迫在眉睫7、核能：主要利用物是铀、钍、钚等发射性元素
铀在自然界中有三种放射性同位素：U235、U238、U234 ，在衰变过程
中放出热量。在军事上铀主要用来制造核武器和核动力燃料。铀的和
平用途十分广泛，其中最主要的是用作核电反应堆的燃料。
核电具有发电成本低、对环境污染小和安全等优点。我国已建成秦山、
大亚湾核电站，目前还有多处正在筹建。遗憾：核反应过程中的射线辐射及产生的废料具有高度危害性
投资成本太大
较易引发政治纷争思考与讨论： 我们生活的家乡－－四川，主要利用什
么常规能源？ 有哪些新能源能够利用？
四川省能源以水能、煤炭和天然气为主。其中水能资源最为丰富，技术可开发量、经济可开发量、开发利用规模均居全国首位。水能资源集中分布于川西南山地的大渡河、金沙江、雅砻江三大水系。水能资源是四川未来经济发展的重要支柱。 煤炭资源保有储量97.33亿吨，探明储量约占全国总储量的0.9%。天然气累计探明地质储量为7590.56亿立方米。四川省属贫油省份，但生物能源比较丰富，每年产生沼气约10亿立方米。此外，太阳能、风能、地热资源也较为丰富，有望很好地开发利用。三、能源利用所带来的危害 煤、石油等常规能源的利用带来：在新的能源中，环境问题是不是彻底解决了呢？从前面介绍的1～6种能源中，
人们确实充分考虑了这个问题，理论上是不会有环境问题的。但是，它们都
会受自然条件和资源条件的制约随着人们需求的增长，可以说，这前6能源
的供应量必然不能满足要求，所以核能成为人们关注的焦点。在发达国家，
核能的使用量日益增多…但是事实上，核能直接或潜藏的环境问题比煤或者
石油的要严重得多…关于这一点，我们将在二十章进行详细的学习温室效应、酸雨、光化学烟雾、浮尘等危害人类要在以上问题中寻求一种协调与和
谐，在调整需求意识、珍惜资源、科研
开发等多个方面都有工作要做。无论今
后同学们致力于哪一方面的工作，今天
我们所形成的意识都会大有必要。
透过现象看本质四、小结
1、什么是能源，人类与能源的关系；
2、常规能源与新能源的前景；
3、人类不能打破与环境的和谐，如果破坏环境等于摧毁自己的生存家园。
五、课后作业
你周围使用能源中有哪些不安全因素？对环境有哪些影响？如何可以改进？
太阳能光电太阳热能江厦潮汐试验电站－－中国规模最大的潮汐电站。位于浙江省温岭西部，乐清湾东北角。新疆达板城风力发电站 兴望农牧沼气工程建设项目，是农业部2005年批准建设的种猪场大型沼气发电能源环保示范工程，该沼气工程年处理猪粪尿25000吨，年产沼气36.5万立方米，年发电69万度，沼站年收入55.95万元 西藏羊八井地热发电站外貌大亚湾核电站秦山核电站这是2002年6月27日，桔红色的晚霞浮现在澳大利亚悉尼纳拉宾海滩的上空。由于空气污染严重，空气中的悬浮颗粒遭遇冷空气，透过阳光的照射便形成了如此灿烂的“晚霞”。 2002年11月25日，在德国法兰克福附近的一个发电厂上空，一道彩虹划过被污染的厂区。 酸雨进入河流对鱼类的危害酸雨对植物的危害酸雨对建筑物的危害漫画：酸雨下的生活上海出现浮尘天气,空气中可吸入颗粒物日均值达到去年日均值的7倍左右,空气属于重度污染,空气污染指数高达500,创下上海自2001年有空气污染指数史以来的最高值 新疆南疆盆地、甘肃中西部、宁夏、内蒙古中西部和东南部、陕西北部、山西北部、河北中北部、辽宁西部和北部、吉林中西部、黑龙江西南部以及京津等地出现浮尘天气课件23张PPT。新课标人教版课件系列《高中物理》
选修3-310.1《功和内能》教学目标知识与技能
1．知道什么是绝热过程。
2．从热力学的角度认识内能的概念。
3．理解做功与内能改变的数量关系。
4．知道内能和功的单位是相同的。
过程与方法
从焦耳的实验理解功与内能变化的关系
情感、态度与价值观
通过焦耳实验了解功与内能变化关系的得来，学习科学家探 究过程的艰辛
教学重点、难点
绝热过程中的功与内能的关系 知识回顾2.什么叫内能？ 与哪些因素有关？3.质量、温度相同的物体，内能必定相等 对吗？
1.（机械）功的两个不可缺少的因素是什么？
电流做功与哪些因素有关？ 物体的内能与温度和体积的关系 温度变时分子动能变，体积变时分子势能变，因此物体的内能决定于它的温度和体积，但是这句话却不能作为判断两物体内能大小的依据。如两物体温度和体积均相同，而内能却没有确定的关系。再如，0OC的冰熔化成OC水体积减小，不能就此认为其势能也减小，而应该从改变内能的方式上分析,冰熔化过程吸收热量，内能增加，而温度不变，所增加的只是分子的势能 结论：做功使得物体（密闭气体）温度升高焦耳 1818年12月24日生于英国曼彻斯特 ，起初研究电学和磁学。 1840年在英国皇家学会上宣布了电流通过导体产生热量的定律，即焦耳定律。焦耳测量了热与机械功之间的当量关系——热功当量，为热力学第一定律和能量守恒定律的建立奠定了实验基础。一、焦耳的实验 系统只由于外界对它做功而与外界交换能量它不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫绝热过程绝热过程：焦耳实验是一个需要在绝热过程中完成的实验焦耳二个代表性实验：焦耳热功当量实验装置—机械功 实验结论：只要重力所做的功相同，容器内水温上升的数值都是相同的，即系统状态的变化是相同的。焦耳二个代表性实验：焦耳热功当量实验装置—电功 实验结论：只要所做的电功相等，则系统温度上升的数值是相同的，即系统的状态变化是相同的。从焦耳的实验中可以得出什么结论？1.在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与做功方式无关，仅与做功数量有关。2.测出了热功当量（热与机械功之间的当量关系），为热力学第一定律和能量守恒定律的建立奠定了实验基础。 在热力学系统的绝热过程中，外界对系统所做的功仅由过程的始末两个状态决定，不依赖于做功的具体过程和方式。类比思考：哪些力做功仅由物体的起点和终点两个位置决定，与物体的运动路径无关？重力 电场力 重力做功对应重力势能电场力做功对应电势能（电能） 在热力学系统的绝热过程中，外界对系统所做的功仅由过程的始末两个状态决定，不依赖于做功的具体过程和方式。功是能量转化的量度内能U：只依赖于系统自身状态的物理量 内能与状态参量温度、体积有关，即由它的状态决定 内能的增加量△U＝U2－U1等于外界对系统所做的功△U＝W二、内能呈现雾状1.系统指的是什么？实验研究的对象是瓶中的气体与打气筒中的气体，那么我们的系统也就是这二部分气体。2.出现了什么现象？3.为什么会呈现雾状？为什么会呈现雾状？ 当用打气筒向瓶内打气时，外界对系统做功，使得系统的内能增加，温度升高，压强增大，使瓶塞从瓶口中喷出。看到雾状物的原因在于，在塞子突然跳起时，气体绝热膨胀对外做功，内能减少，温度下降，水蒸汽（或酒精蒸气）有一部分被液化成小液滴小结
1、焦耳热功当量实验
2、绝热过程
3、物体内能的宏观描述
4、绝热过程中作功和内能的关系1.下列说法正确的是（ ）
A 分子的动能与分子的势能的和叫做这个分子的内能
B 物体的分子势能由物体的温度和体积决定
C 物体的速度增大时，物体的内能增大
D 物体的内能减小时，物体的温度可能增加D练习巩固2.一个铁块沿斜面匀速滑下，关于物体的机械能和内能的变化，下列判断中正确的是（ ）
A 物体的机械能和内能都不变
B 物体的机械能减少，内能不变
C 物体的机械能增加，内能增加
D 物体的机械能减少，内能增加D 如图所示,绝热具有一定质量的活塞,活塞的上部封闭着气体,下部为真空,活塞与器壁的摩擦忽略不计,置于真空中的轻弹簧的一端固定于理想气体容器的底部.另一端固定在活塞上,弹簧被压缩后用绳扎紧,此时弹簧的弹性势能为EP(弹簧处于自然长度时的弹性势能为零),现绳突然断开,弹簧推动活塞向上运动,经过多次往复运动后活塞静止,气体达到平衡态,经过此过程
（ ）
A．EP全部转换为气体的内能
B. EP一部分转换成活塞的重力势能,其余部分仍
为弹簧的弹性势能
C．EP全部转换成活塞的重力势能和气体的内能
D．EP一部分转换成活塞的重力势能,一部分转换
为气体的内能,其余部分仍为弹簧的弹性势能04年全国理综17 D05年全国卷Ⅲ19.一定质量的气体经历一缓慢的绝热膨胀过程。设气体分子间的势能可忽略，则在此过程中 （ ）
A．外界对气体做功，气体分子的平均动能增加
B．外界对气体做功，气体分子的平均动能减少
C．气体对外界做功，气体分子的平均动能增加
D．气体对外界做功，气体分子的平均动能减少D问题与练习1.分子动理论对内能的微观定义是：---
本节热力学对内能的定义是：---
当系统状态改变时，按照热力学对内能的定义，则物体的内能改变；而按分子动理论，系统状态改变时，描述系统状态的参量发生了变化，例如温度和体积改变，而分子的平均动能与温度有关，分子的势能与体积有关，所以系统的内能就要改变。因此内能年的两种定义是一致的。问题与练习2.（从功是能量转化的量度角度出发思考）
例1：汽车刹车
例2：双手摩擦
例3：电磁感应中，阻尼振动中的能量变化
3.10.1-2重物的重力势能转化为水的内能；
10.1.3重物的机械能转化为电能，电能再转化为液体的内能问题与练习4.（1）气体在真空中绝热膨胀
的过程中，不受阻力，所以气体
不做功。需要特别注意的是，当气体向真空中膨胀时，气体不做功，这样的膨胀通常称为自由膨胀．
（2）气体在大气中绝热膨胀的过程中，气体对外做功，所需要的能量来自于
气体的内能，因此在此过程中，
气体的内能要减少。拓展 对于气体在膨胀或压缩的情况下，气体做功有如下结论：膨胀时气体对外界做功；压缩时外界对气体做功．也即气体体积增大，则气体对外界做功；气体体积减小，则外界对气体做功．若在绝热的情况下，气体对外界做功其内能减少；外界对气体做功其内能增加． 课件15张PPT。新课标人教版课件系列《高中物理》
选修3-310.2《热和内能》教学目标 1．在物理知识方面要求：
（1）知道分子的动能，分子的平均动能，知道物体的温度是分子平均动能大小的标志。
（2）知道分子的势能跟物体的体积有关，知道分子势能随分子间距离变化而变化的定性规律。
（3）知道什么是物体的内能，物体的内能与哪个宏观量有关，能区别物体的内能和机械能。
（4）知道做功和热传递在改变物体内能上是等效的，知道两者的区别，了解热功参量的意义。
2．在培养学生能力方面，这节课中要让学生建立：分子动能、分子平均动能、分子势能、物体内能、热量等五个以上物理概念，又要让学生初步知道三个物理规律：温度与分子
平均动能关系，分子势能与分子间距离关系，做功与热传递在改变物体内能上的关系。因此，
教学中着重培养学生对物理概念和规律的理解能力。3．渗透物理学方法的教育：在分子平均动能与温度关系的讲授中，渗透统计的方法。在分子间势能与分子间距离的关系上和做功与热传递关系上都要渗透归纳推理方法。
二、重点、难点分析
1．教学重点是使学生掌握三个概念（分子平均动能、分子势能、物体内能），掌握三个物理规律（温度与分子平均动能关系、分子势能与分子之间距离关系、热传递与功的关系）。
2．区分温度、内能、热量三个物理量是教学上的一个难点；分子势能随分子间距离变化的势能曲线是教学上的另一难点。
三、教具
1．压缩气体做功，气体内能增加的演示实验：
圆形玻璃筒、活塞、硝化棉。
2．幻灯及幻灯片，展示分子间势能随分子间距离变化而变化的曲线。思考：
请同学们想办法如何将一段铁丝的温度升高？一、热传递 两个温度不同的物体互相接触时温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，并将持续到系统间达到热平衡即温度相等为止，这个过程称之为热传递 热传递的三种方式：热传导、热对流、热辐射二、热和内能 在外界对系统没有做功的情况下，
内能和热量之间有什么样的关系呢？ 即在外界对系统不做功的情况下，外界传递给系统的热量等于系统内能的改变量△U＝Q二、热和内能做功是内能和其他形式的能发生转化热传递是不同物体或同一物体不同部分内能的转移做功和热传递在改变物体的内能上是等效的．
但是它们还是有重要区别的 △U＝Q{△U＝W不同能量形式的转化同种能量形式的转移例1 、如果铁丝的温度升高了，则（ ）
A.铁丝一定吸收了热量 B.铁丝一定放出了热量
C.外界可能对铁丝做功 D.外界一定对铁丝做功解析：做功和热传递对改变物体的内能是等效的，
温度升高可能是做功，也可能是热传递。故C正确。
答案：C例2 下列关于热量的说法，正确的是 （ ）
A.温度高的物体含有的热量多
B.内能多的物体含有的热量多
C.热量、功和内能的单位相同
D.热量和功都是过程量，而内能是一个状态量解析：热量和功都是过程量，而内能是一个状态量，
所以不能说温度高的物体含有的热量多，内能多的
物体含有的热量多；热量、功和内能的单位相同都
是焦耳。选C、D
答案：C、D注意：热量是单纯的传热过程中系统内能变化的一个量度，是一个过程量，不能讲在某个时刻物体具有多少热量应该讲在热传递过程中有多少热量从高温物体传递到了低温物体 热传导－－热沿着物体传递的热传递方式，不同物质传到热的能力各不相同，容易传到热的物体称之为热的良导体，所有金属都是热的良导体，不容易传导热的物体称之为热的不良导体，如空气、橡胶、绒毛、棉纱、木头、水、油等
热对流－－靠液体或气体的流动来传递热的方式，热对流是液体和气体所特有的热传递方式
热辐射－－热从高温物体向周围以电磁波的形式沿直线射出去的方式，热辐射不依赖媒介质，可在真空中进行，温差越大，表面颜色越深，物体向外的热辐射能力越强 一、热传递 说明：两个温度不同的物体互相接触时温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，并将持续到系统间达到热平衡即温度相等为止。在这个过程中我们说，热量从高温物体传递到了低温物体，这个过程称之为热传递。 问：热传递分别有哪几种方式？（热传导、热对流、热辐射） 问：这三种方式如何区分？（热沿着物体传递的传递方式，不同物质传到热的能力各不相同，容易传到热的物体称之为热的良导体，所有金属都是热的良导体，不容易传导热的物体称之为热的不良导体，如空气、橡胶、绒毛、棉纱、木头、水、油等；热对流是靠液体或气体的流动来传递热的方式，热对流是液体和气体所特有的热传递方式，热辐射是热从高温物体向周围以电磁波的形式沿直线射出去的方式，热辐射不依赖媒介质，可在真空中进行，温差越大，表面颜色越深，物体向外的热辐射能力越强） 二、热和内能 问：改变物体的内能有哪两种方式？（做功和热传递） 问：在系统绝热过程中，内能和功之间有怎样的关系？（△U＝W，即在系统和外界没有热交换的情况下，外界对系统所做的功等于系统内能的改变量） 问：在外界对系统没有做功的情况下，内能和热量之间有什么样的关系呢？（△U＝Q，即在外界对系统不做功的情况下，外界传递给系统的热量等于系统内能的改变量） 问：热量有什么需要注意的地方？（内能是单纯的传热过程中系统内能变化的一个量度，是一个过程量，与功类似，我们知道功是一个过程量，不能讲某个时候物体具有多少功，而应该讲在某个过程中物体做了多少功。与此相类似，不能讲在某个时刻物体具有多少热量应该讲在热传递过程中有多少热量从高温物体传递到了低温物体） 问：做功和热传递对改变物体的内能有什么区别吗？（做功是内能和其他形式的能如机械能、电能等等发生转化；而热传递是不同物体或同一物体不同部分内能的转移）课件40张PPT。新课标人教版课件系列《高中物理》
选修3-310.3《热力学第一定律 能量守恒定律》教学目标（1）知道热力学第一定律 ，理解能量守恒定律
（2）对热力学第一定律的数学表达式有简单认识
（3）知道永动机是不可能的本章内容第一节 引言内能一、内能功二、功AA热量三、热量实质内能 功 热量 的国际标准单位都是 焦耳 （ J ） 热力学第一定律微过程表达式凡例等压过程比热容比等体等压例题等温过程等温过程气体吸收的热量全部转化为对外作功。绝热过程绝热过程方程绝热线等温绝热例题等值及绝热归纳多方过程概念多方过程方程多方热功算式 等温、绝热、等压、等体过程，是多方过程的特例随堂小议结束选择小议链接1结束选择(1) Ea < Eb(2) Aab < 0(3) Qab < 0(4) 以上结论都不对小议链接2结束选择(1) Ea < Eb(2) Aab < 0(3) Qab < 0(4) 以上结论都不对小议链接3结束选择(1) Ea < Eb(2) Aab < 0(3) Qab < 0(4) 以上结论都不对小议链接4结束选择(1) Ea < Eb(2) Aab < 0(3) Qab < 0(4) 以上结论都不对循环过程准静态循环过程循环热功转换循环效率AA卡诺循环卡诺循环分析卡诺循环效率卡诺逆循环致冷例题奥托循环随堂练习致冷例题课件33张PPT。新课标人教版课件系列《高中物理》
选修3-310.4《热力学第二定律》教学目标 知识与技能
1.了解热传递过程的方向性。
2.知道热力学第二定律的两种不同的表述，以及这两种表述的物理实质。
3.知道什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可能制成。
过程与方法
1．热力学第二定律的表述方式与其他物理定律的表述方式有一个显著不同，它是用否定语句表述的。
2．热力学第二定律的表述不只一种，对任何一类宏观自然过程进行方向的说明，都可以作为热力学第二定律的表述，学习本节时注意这一方法。情感、态度与价值观
通过学习热力学第二定律，可以使学生明白热机的效率不会达到100%，我们只能想办法尽量提高热机的效率，但不能渴求达到100%。
自然界发生的一切过程中的能量都是守恒的，但不违背能量守恒定律的宏观过程并都能发生。
【重点、难点分析】：
重点：热力学第二定律两种常见的表述。
难点：1.热力学第二定律的开尔文表述。
2.自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。
【课时安排】： 1课时
【教具准备】：
教师：多媒体课件，一个电冰箱模型，一盆凉水，准备一个酒精灯和一个铁块，铁钳。
学生：课前预习课文，在家观察自家的电冰箱。问题提出：
我们在初中学过，当物体温度升高时，就要吸收热量；当物体温度降低时，就要放出热量。而且热量公式Q = cm△t，这里有一个有趣的问题：地球上有大量的海水,它的总质量约为1.4×1018 t , 如果这些海水的温度降低0.1oC,将要放出多少焦耳的热量?海水的比热容为C=4.2×103J/(kg·℃)放出5.8×1023J的热量，这相当于1800万个核电站一年的发电量 热量从温度高的物体自发地传给温度低的物体“自发地”，指的是没有任何外界的影响或帮助。 有没有可能发生这样地现象，热量自发地从低温物体传给高温物体，使低温物体的温度越来越低，高温物体的温度越来越高。电冰箱内部的温度比外部低，为什么致冷系统还能够不断地把冰箱内的热量传给外界的空气？这是因为电冰箱消耗了电能，对致冷系统做了功。一旦切断电源，电冰箱就不能把其内部的热量传给外界的空气了。相反，外界的热量会自发地传给电冰箱，使其温度逐渐升高。 某种变化有自动发生的趋势，一旦发生就无需借助外力，可以自动进行，这种变化称为自发变化。 自发变化的共同特征—不可逆性 任何自发变化的逆过程是不能自动进行的。贮藏的食品大气电冰箱制冷系统做功① 热量却不能自发地从低温物体传向高温物体② 要将热量从低温物体传向高温物体，必须有外界的影响和帮助，就是要有外界对其做功才能完成热传导的方向性：两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体；要实现相反过程，必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起其他变化。结论:热力学第二定律的一种表述:热量不能自发地从低温物体传到高温物体。这是热力学第二定律的克劳修斯表述。热力学第二定律的克劳修斯表述实质上就是：热传递过程是不可逆的。（按照热传递的方向性来表述的） 一个在水平地面上的物体，由于克服摩擦力做功，最后要停下来。在这个过程中，物体的动能转化成为内能，使物体和地面的温度升高。？降温 我们能不能看到这样的现象：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来．思考讨论下列问题：1.前面我们学习了第一类永动机，不能制成的原因是什么？（违背了能量守恒）2.热机是一种把什么能转化成什么能的装置？(热机是一种把内能转化成机械能的装置)3.热机的效率能否达到100%？(热机的效率不能达到100%)以内燃机为例，气缸中的气体得到燃烧时产生的热量为Q1，推动活塞做工W，然后排出废气，同时把热量Q2散发到大气中，由能量守恒定律可知：Q1 = W + Q2我们把热机做的功W和它从热源吸收的热量Q1的比值叫做热机的效率，用η表示η=W / Q1实际上热机不能把得到的全部内能转化为机械能，热机必须有热源和冷凝器，热机工作时，总要向冷凝器散热，不可避免的要由工作物质带走一部分热量Q2，所以有：Q1>W因此，热机的效率不可能达到100%，汽车上的汽油机械效率只有20%～30%，蒸汽轮机的效率比较高，也只能达到60%，即使是理想热机，没有摩擦，也没有漏气等能量损失，它也不可能把吸收的热量百分之百的转化成机械能，总要有一部分散发到冷凝器中。热转换为功的过程也是不可逆的，具有方向性。机械能和内能的转化过程具有方向性 机械能可以全部转化成内能，但内能却不能全部转化成机械能，同时不引起其他变化。 不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功,而不产生其他影响。热力学第二定律的开尔文表述（机械能与内能转化具有方向性）第二类永动机：人们把想象中能够从单一热源吸收热量，全部用来做功而不引起其他变化的热机叫做第二类永动机。
第二类永动机不可能制成定律的两种表述两种表述是等价的
可以从一种表述导出另一种表述，两种表述都称为热力学第二定律
热力学第二定律的意义
1）提示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，是独立于热力学第一定律的一个重要自然规律．
2）对生活实践的指导作用 热力学第二定律揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性。（自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性）。不管如何表述，热力学第二定律的实质在于揭示了：一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。违背热力学第一定律的过程都不可能发生。不违背热力学第一定律的过程不一定都可以发生。自然过程是按一定方向进行的。2、扩散现象有方向性 “气体向真空中绝热自由膨胀的过程是不可逆的”3、能量转化有方向性功 ? 热：可自动进行
(如摩擦生热、焦耳实验) 热 ? 功：不可自动进行
(焦耳实验中，不可能水温自动降低推动叶片而使重物升高) 它们都不可能制成，第一类永动机的设想违反了能量守恒定律；第二类永动机的设想虽不违反能量守恒定律，但违背了跟热现象相联系的宏观过程具有方向性的自然规律。第一类永动机和第二类永动机比较热力学第一定律和热力学第二定律 热力学第一定律和热力学第二定律是构成热力学知识的理论基础，前者对自然过程没有任何限制，只指出在任何热力学过程中能量不会有任何增加或损失，反映的是物体内能的变化与热量、做功的定量关系；后者则是解决哪些过程可以自发地发生，哪些过程必须借助于外界条件才能进行。例题分析：[例1]根据热力学第二定律，下列判断正确的是
A. 电流的能不可能全部变为内能
B．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变为电能
C．热机中，燃气内能不可能全部变为机械能
D．在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温度物体．[解析]根据热力学第二定律可知，凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，电流的能可全部变为内能(由电流热效应中的焦耳定律可知)，而内能不可能全部变成电流的能．机械能可全部变为内能，而内能不可能全部变成机械能，在热传导中，热量只能自发地从高温物体传递给低温物体，而不能自发地从低温物体传递给高温物体，所以选项B、C、D正确．例2.如图所示文艺复兴时期意大利的达·芬奇造了一个永动机装置。他设计时认为，右边的重球比左边的重球离轮心更远些，在两边不均衡的作用下会使轮子沿箭头方向转动不息 ( )
A．这是第一类永动机
B．这是第二类永动机
C．它不可能成功，因为违反能的转化及守恒定律
D．它不可能成功，因为违反热力学第二定律AC例3.下列说法正确的是 ( )
A．在自然条件下，热传递的过程是不可逆的
B．热量不可能由高温物体传递给低温物体
C．气体的扩散过程具有方向性 D．一切形式能量转化都不具有方向性AC例4.下列说法中可行的是 ( )
① 将地球上所有海水的温度降低0.1℃，以放出大量内能供人类使用
② 制造一种机器，把物体与地面摩擦所产生的热量全部收集起来再全部加以使用
③ 建造一只可以从海洋中提取热量的船，把热量转化为机械能，驱动螺旋桨旋转
④ 制造一种效率为100％的热机
A.．①可行 B．①④可行 C．②④可行 D．①②③④都不可行D例5.根据热力学第二定律，可知下列说法中正确的是（ ）
A．不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其它变化
B．没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其它的变化的热机是可实现的
C．致冷系统能将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气中而不引起其它变化
D．不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化AD例6.关于第二类永动机，下列说法中正确的是 ( )
A．它既不违反热力学第一定律，也不违反热力学第二定律
B．它既违反了热力学第一定律，也违反了热力学第二定律
C．它不违反热力学第一定律，只违反热力学第二定律
D．它只违反热力学第一定律，不违反热力学第二定律C例7.根据热力学定律和分子动理论，可知下列说法中正确的是（ ）
A．我们可以利用高科技手段，将流散到周围环境中的内能重新收集起来加以利用而不引起其它变化
B．利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，这在原理上是可行的
C．分子间的作用力总是随分子间的距离增大而减小
D．温度升高时，物体中每个分子的运动速率都将增大B例8.用两种不同的金属丝组成一个回路，触点1插在热水中，触点2插在冷水中，如图所示，电流表指针会发生偏转，这就是温差发电现象。下列有关温差发电现象的说法中，正确的是（ ）
A．该实验符合能量转化守恒定律，但违背了热力学第二定律
B．该实验中有部分内能转化为电路的电能
C．该实验中热水的温度降低，冷水的温度不变
D．该实验中热水的温度降低，冷水的温度升高BD课件23张PPT。新课标人教版课件系列《高中物理》
选修3-310.5《热力学第二定律 的微观解释》教学目标知识与技能
1.了解有序和无序，宏观态和微观态的概念。
2.了解热力学第二定律的微观意义。
3.了解熵的概念，知道熵是反映系统无序程度的物理量。
4.知道随着条件的变化，熵是变化的。
过程与方法
１.学会通过现象总结规律的科学方法
2.知道熵的概念，知道任何自然过程中一个孤立系统的总熵不会减少
情感态度和价值观
培养分析、归纳、综合能力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。不可逆过程的统计性质（以气体自由膨胀为例） 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。 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。在热力学中，序：区分度。 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。 一个被隔板分为A、B相等两部分的容器，装有4个涂以不同颜色分子。3.热力学第二定律的统计意义热力学第二定律的微观意义开始时，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。隔板被抽出后，4分子在容器中可能的分布情形如下图所示： 微观态共有24=16种可能的方式，而且4个分子全部退回到A部的可能性即几率为1/24=1/16。 一般来说，若有N个分子，则共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?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。从任何实际操作的意义上说，不可能发生此类事件。 对单个分子或少量分子来说，它们扩散到B部的过程原则上是可逆的。 对大量分子组成的宏观系统来说，它们向B部自由膨胀的宏观过程实际上是不可逆的。这就是宏观过程的不可逆性在微观上的统计解释。第二定律的统计表述（依然看前例） 4个分子在容器中的分布对应5种宏观态。 左边一列的各种分布仅指出A、B两边各有几个分子，代表的是系统可能的宏观态。中间各列是详细的分布，具体指明了这个或那个分子各处于A或B哪一边，代表的是系统的任意一个微观态。一种宏观态对应若干种微观态。不同的宏观态对应的微观态数不同。均匀分布对应的微观态数最多。
全部退回A边仅对应一种微观态。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。各种宏观态不是等几率的。那种宏观态包含的微观态数多，这种宏观态出现的可能性就大。定义热力学几率：与同一宏观态相应的微观态数称为热力学几率。记为? 。 在上例中，均匀分布这种宏观态，相应的微观态最多，热力学几率最大，实际观测到的可能性或几率最大。 所以，实际观测到的总是均匀分布这种宏观态。即系统最后所达到的平衡态。 对于1023个分子组成的宏观系统来说，均匀分布这种宏观态的热力学几率与各种可能的宏观态的热力学几率的总和相比，此比值几乎或实际上为100%。对整个宇宙不适用。如布朗运动。平衡态相应于一定宏观条件下? 最大的状态。热力学第二定律的统计表述：孤立系统内部所发生的过程总是从包含微观态数少的宏观态向包含微观态数多的宏观态过渡，从热力学几率小的状态向热力学几率大的状态过渡。自然过程总是向着使系统热力学几率增大的方向进行。4.热力学第二定律的适用范围注意：微观状态数最大的平衡态状态是最混乱、最无序的状态。一切自然过程总是沿着无序性增大的方向进行。1）适用于宏观过程对微观过程不适用，2）孤立系统有限范围。4.熵与熵增加原理 “熵”是什么？“熵”是德国物理学家克劳修斯在1850年创造的一个术语，他用熵来表示任何一种能量在空间分布的均匀程度。能量分布得越均匀，熵就越大。如果对于我们所考虑的那个系统来说，能量完全均匀地分布，那么这个系统的熵就达到最大值。简单的说，“熵”就是微观粒子的无序程度、能量差别的消除程度。在克劳修斯看来，在一个封闭的系统中，运动总是从有序到无序发展的。 比如，把一块冰糖放入水中，结果整杯水都甜了。这就是说，糖分子的运动扩展到了整杯水中，它们的运动变得更加无序了。对于一个封闭的系统，能量差也总是倾向于消除的。比如，有水位差的两个水库，如果把它们连接起来，那么，重力就会使一个水库的水面降低，而使另一个水库的水面升高，直到两个水库的水面均等，势能取平为止。 克劳修斯总结说，自然界中的一个普遍规律是：运动总是从有序到无序，能量的差异总是倾向变成均等，也即“熵将随着时间而增大”。 熵和系统内能一样都是一个状态函数，仅由系统的状态决定。从分子运动论的观点来看，熵是分子热运动无序(混乱)程度的定量量度。S=KlnΩ 一个系统的熵是随着系统状态的变化而变化的。在自然过程中，系统的熵是增加的。 在绝热过程或孤立系统中，熵是增加的，叫做熵增加原理。对于其它情况，系统的熵可能增加，也可能减小。 从微观的角度看，热力学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程度更大的方向发展。可爱的熵
物理学中有个熵定律，也就是著名的热力学第二定律。 熵的增加表示宇宙物质的日益混乱和无序，是无效能量的总和。熵本身既不是好事，也不是坏事；它意味着腐败和混乱，但它同时也意味着生命本身的展开──不论是有机的，还是无机的生命。卡农、乔治·梅特勒的大爆炸学说也认为，宇宙是以有序的状态开始，不断地向无序状态发展，它与热力学第二定律是相符的。热力学第一定律说明能量是守恒的、不灭的，只能从一种形式转变到另一种形式；热力学第二定律（熵定律）却表明：能量不可逆转地沿着一个方向转化，即从对人类来说是可利用的变为不可利用的状态。
有效能量告罄时，是“热寂”──死寂的热平衡状态。 有效物质耗尽时，是一片“物质混乱”──整个宇宙的大混乱和大混沌。 古罗马诗人贺拉斯说：“时间磨灭了世界的价值！”可谓一语道破了熵定律的真谛。 物理学家们认为，熵定律是物质世界的最终定律，人类参与的每一项物质活动都受到热力学第一、第二定律的严密制约；但是，他们 又认为熵定律只涉及物质世界，只控制时空的横向世界，人类的精神世界并不受熵定律的专制统治！ 所以，生命的现象是宇宙洪流中的一股逆流！ 人类精神的无限发展，是不可抗拒的熵增大长河中的一条逆流之舟！
1．电冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气，这说明了
A．热量能自发地从低温物体传给高温物体
B．在一定条件下，热量可以从低温物体传给高温物体
C．热量的传导过程不具有方向性
D．在自发地条件下热量的传导过程具有方向性[精与解] 我们知道，一切自发过程都有方向性，如热传导，热量总是由高温物体传向低温物体；又如扩散，气体总是由密度大的地方向密度小的地方扩散。如果在外界帮助下气体可以由密度大的地方向密度小的地方扩散，热量可以从低温物体传向高温物体，电冰箱就是借助外力做功把热量从低温物体─冷冻食品传向高温物体─周围的大气。所以，在回答热力学过程的方向问题时，要区分是自发过程还是非自发过程，电冰箱内热量传递的过程是有外界参与的。本题答案是A错B对C错D对。BD2.一个物体在粗糙的平面上滑动，最后停止。系统的熵如何变化？解析：因为物体由于受到摩擦力而停止运动，其动能变为系统的内能，增加了系统分子无规则运动的程度，使得无规则运动加强，也就是系统的无序程度增加了，所以系统的熵增加。3.下面关于熵的说法错误的是
A．熵是物体内分子运动无序程度的量度
B．在孤立系统中，一个自发的过程总是向熵减少的方向进行
C．热力学第二定律的微观实质是熵是增加的，因此热力学第二定律又叫熵增加原理
D．熵值越大，代表系统分子运动越无序[精与解] 热力学第二定律提示：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的。例如，功转变为热是机械能或电能转变为内能的过程是大量分子的有序运动向无序运动转化，气缸内燃气推动活塞做功燃气分子作有序运动，排出气缸后作越来越无序的运动。
物理学中用熵来描述系统大量分子运动的无序性程度。热力学第二定律用熵可表述为：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小，也就是说，一个孤立系统的熵总是从熵小的状态向熵大的状态发展。反映了一个孤立系统的自然过程会沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。
B4.关于有序和无序下列说法正确的是（ ）
A．有序和无序不是绝对的
B．一个“宏观态”可能对应着许多的“微观态”
C．一个“宏观态”对应着唯一的“微观态”
D．无序意味着各处一样、平均、没有差别ABD5.根据热力学第二定律判断，下列说法正确的是（ ）
A．内能可以自发的转变成机械能
B．扩散的过程完全可逆的
C．火力发电时，燃烧物质的内能不可以全部转化为电能
D．热量不可能自发的从低温物体传递到高温物体CD6.倒一杯热水，然后加入适当的糖后，糖会全部溶于水中，但一段时间后又观察到杯底部有糖结晶，关于这个过程下列叙述正确的是（ ）
A．溶解过程是自发的，结晶过程也是自发的，因此热力学第二定律是错误的
B．溶解过程是有序向无序转变的过程
C．结晶过程是有序向无序转变的过程
D．结晶过程不是自发的，因为有外界的影响BD7.下列说法正确的是 ( )
A．如果大量分子的集合从A分布进入B分布的概率大于从B分布进入A分布，则B分布更无序
B．如果大量分子的集合从A分布进入B分布的概率大于从B分布进入A分布，则A分布更无序
C．大量分子的集合能自发地从A分布进入B分布，则该过程是可逆的
D．大量分子的集合能自发地从A分布进入B分布，则该过程是不可逆的AD8.一个密闭的容器内有稀薄气体，在容器上开一个小口，外部的空气就会流入容器，在气体流入过程中，容器内靠近开口处的空气密度暂时变得比内部大，以下说法正确的是（ ）
A．此时容器内气体处于一个不平衡状态，是一个最无序的状态
B．外界的影响破坏了容器内气体的平衡
C．上面事实说明热力学第二定律只适用于封闭系统
D．对一个开放系统并不一定是最无序的分布 BCD9.下列说法正确的是（ ）
A．热力学第二定律只在一定前提条件下才能成立
B．热力学第二定律揭示了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
C．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
D．热力学第二定律揭示了有大量分子参与宏观过程的方向性BCD10.从微观角度看（ ）
A．热力学第二定律是一个统计规律
B．一个孤立系统总是从熵大的状态向熵小的状态发展
C．一个宏观状态所对应的微观状态越多，越是无序，熵值越大
D．出现概率越大的宏观状态，熵值越大ACD 11.下列说法正确的是（ ）
A．与热现象有关的自发的宏观过程是有方向性的
B．与热现象有关的自发的宏观过程是熵增加的过程
C．气体扩散现象向着无序性增加的方向进行,是可逆过程
D．机械能转化为内能的过程是系统的熵增加的过程ABD课件45张PPT。新课标人教版课件系列《高中物理》
选修3-310.6《能源和 可持续发展》教学目标知识与技能
1.理解能量耗散和品质降低的概念。2.理解能源的利用实际上是能量的转化和转移过程。3.了解常规能源的使用带来的环境污染。4.了解开发新能源的方法和意义。
过程与方法
从日常生活现象了解能源，了解常规能源的储量与人类需求的关系
情感、态度与价值观
知道能源和可持续发展的关系，培养学生探究知识的欲望和学习兴趣
教学重点：理解能源的概念和能源的使用与环境污染的关系．
教学难点：能源的开发和利用与环境的关系．
教学方法：探究教学
教具：多媒体课件 能源的分类 物质
（物质运动）能量草、木材煤、煤油、
蜡、汽油等资源空气水电流存在于
自然界为人类提供化学能、
光能、热能机械能通过电动机机械能机械能水平运动燃烧流动自然界中存在的并能够提供能量的资源叫做能源填空：
（1）太阳是个巨大的 球体，直径为 的110倍，其中主要有 、 两种元素，太阳表面的温度可达
℃，内部温度可达 ℃。
（2）太阳不断向周围空间辐射能量，
太阳辐射包括包括 、 、
。
（3）地球上的许多能源都直接或间
接来自 。（1）太阳是个巨大的气态球体，直径为地球的110倍，其中主要有H、He两种元素，太阳表面的温度可达5500 ℃，内部温度可达2×107 ℃。（2）太阳不断向周围空间辐射能量，
太阳辐射包括包括可见光、不可见光、
各种微粒。
（3）地球上的许多能源都直接或间
接来自太阳辐射能。阳光科学家通过计算和测定发现，每分钟射到垂直于阳光的１厘米2地球表面上的能量有8.16焦——太阳常数。请你计算一下，每分钟射到地球上的能量是多少？地球上接受太阳辐射的总功率为多少？抽象S垂= πr2 = 3.14 ×(6.37 ×108) 2≈ 1.27× 1018cm 2?P=W/t ≈ 8.16× 1.27× 1018÷60 ≈1.7 × 1017瓦太
阳
辐
射
能大气升温不均匀形成风（空气动能）使水循环形成水流（水流能）被绿色植物
微生物吸收食物
煤
石油
天然气（化学能）直接利用太阳灶使大地变热被海水吸收太阳辐射地球上各种能源形成洋流（波浪能）能源的分类1、
从
来
源
上
分来自地球以外天体（主要是太阳辐射能）煤、石油、天然气等风能、水能草木燃料生物质能沼气地球本身蕴藏的能源：地球与其他天体相互作用产生的能源：原子核能
地热能潮汐能4．按能源的利用，即可否被广泛利用，可分为2、按能源原有形态是否改变，可将能源分为一次能源二次能源3．按能源能否“再生”，即自然界能否源源
不断的提供，可将能源分为可再生能源非再生能源非常规能源常规能源在以下能源中，
①太阳能 ②风能 ③水流能 ④电能
⑤氢能源 ⑥核能⑦草木燃料 ⑧煤
⑨波浪能 ⑩汽油 ⑾天然气 ⑿酒精
属一次能源的有 ，
属二次能源的有 ；
属可再生能源的有 ，
是非再生能源的有 ；
属于非常规能源的有 ，
是常规能源的有 。①②③⑥⑦⑧⑨⑾④⑤⑩⑿①②③⑤⑦⑨④⑥⑧⑩⑾⑿①②⑤⑥⑨⑿③④⑦⑧⑩⑾小结：课堂巩固练习：
1．下列资源中：
①草木 ②风 ③石油、天然气 ④水 ⑤氢 ⑥矿 ⑦太阳光
⑧沼气 ⑨液化气 ⑩电 ⑾汽油 ⑿地热
（1）属于能源的有 （填编号）
（2）从能源利用角度看，属于非常规能源的有 ，
是常规能源的有 。从能源的存在形式是否
改变看，属一次能源的有 ，属二次能源的
有 。从能源能否再生看，属可再生能源的有
，是非再生能源有 。
（3）其中直接或间接来自太阳能的能源有 。①②③④⑤⑦⑧⑨⑩⑾⑿②⑤⑦⑿①③④⑧⑨⑩⑾①②③④⑦⑿⑤⑧⑨⑩⑾①②④⑤⑦⑿③⑧⑨⑩⑾①②③④⑦⑧⑨⑾2．阅读作答：
波能，即海洋波浪能，是一种取之不尽、用之不竭的新能源，
无污染。据科学家推测，地球上海洋波浪蕴藏的电能高达90万
亿千瓦。近年来，在各国开发新能源的计划中，波能的利用已
占有一席之地……
（1）由上可知，海洋波浪能够为人类提供 ，故它
是一种 。
（2）海洋波浪能来自于 ，是一种 能
源（选填“可再生”、非再生“）；从利用角度来看，它是一种
能源。能量能源太阳能可再生非常规3．煤在形成过程中，由于温度和压力增加，在产生变质的同时，
也可释放出可燃性气体，从泥炭到褐煤，每吨煤可产生68立方米
气体，从泥煤到肥煤，每吨煤可产生130立方米气体，从泥煤到
无烟煤，每吨煤可产生400立方米气体。科学家估计，地球上煤
成气可达2000万亿立方米。
（1）煤成气可以燃烧，是一种 。
（2）煤成气从分类的三个角度看，是一种
能源。
（3）煤成气属于 能。能源一次可再生非常规化学 神舟六号飞天过程动画演示.rm看下列三则材料，你有什么想说的？3、国际能源机构的统计，地球上的石油、天然气、煤供人类开采的年限，分别只有40年、50年和240年。▲2、我国的能源结构▲1、我国和世界的能源消耗开发新能源太阳能氢能沼气地热潮汐 可燃冰开发新能源2、你认为哪种新能源最有开发前途？1、你认为或你知道还有哪些能源值得 人类开发？3、谈谈我市在解决“能源问题”中，可以做哪些工作？太阳能太阳灶航天器太阳能热水器太阳能发电装置1、你能说说太阳能的特点吗？
2、目前利用太阳能的主要方法有哪些？氢能源你认为氢能源有哪些优点？
你认为目前不能大量使用氢能源的原因是什么？
应用氢能源，你有什么良策？沼气能源什么地区适合发展沼气能源？
沼气是怎么得到的？
沼气能源的使用应注意什么？地热能地热能
冰岛地热西藏羊八井地热电站，是我国最大的地热电站潮汐能潮汐能潮汐的形成 浙江温岭江厦潮汐发电站，是世界第三大潮汐发电站。可燃冰11月2日，新华社发布的一项消息说，一项针对南海北部的勘测显示，那里的可燃冰储量达到我国陆上石油总量的一半左右，这些可燃冰有望在2015年进行试开采。
对于可燃冰，你还想知道什么呢？
资源丰富的南海可燃冰可燃冰是一种天然气水合物的俗称，这种物质在低温和40多个大气压下才是稳定的。
可燃冰到达水面可以立即融化，同时成分中的甲烷开始燃烧。
每立方米可燃冰可释放164立方米甲烷。可燃冰分布广，资源丰富，据计算这种未来的能源可供人类使用上千年。
可燃冰杂质少，无污染。
可燃冰虽好，但开采不易。请你出场留洋家在国庆节期间搬进了漂亮的新居，他爸想安装一台燃气热水器，留洋学习了太阳能以后，力劝爸爸安装一台太阳能热水器。请你帮助留洋，比较太阳能热水器与燃气热水器的优缺点，来说服留洋的爸爸 。太阳能热水器与其它热水器 使用效益比较表 每年使用300天，每天洗浴人数：冬季4人，夏季9人。
液化气价格50元/15公斤，居民电价0.6元/度 。 开发新能源.MPG能源调查报告爱护我们的地球珍惜能源活动目的:了解地球能源活动口号:爱护地球
爱护我们的家活动步骤:一 搜寻能源情况,
掌握目前世界能源概况,
分析世界能源所面对的问题;
二 搜集目前世界针对能源问题所
提出的解决方法;
三 提出我们自己的解决办法.步骤一:了解地球能源方法：使用网络资源，采用搜索引擎， 如： www.google.com www.yahoo.com.cn www.baidu.com 关键字：能源 能源危机 新能源爱护我们的地球珍惜能源什么是能源?一切能量的来源都可以视为能源能源是宇宙的推动力，是系统作功能力的量化特性，能源可以是动能、位能、热能。能源的 形式有很多(例如热力、电力等)，而且一种能源形式可以转化成另一种形式 爱护我们的地球珍惜能源能源有哪些种类?从其产生的方式以及是否可再利用的角度可分为: 一次能源和二次能源， 可再生能源和不可再生能源；
根据使用的情况又可分为: 常规能源和新型能源 爱护我们的地球珍惜能源能源危机 --------让世界头痛的问题随着人民生活水平的日益提高,经济技术的发展,地球所储备的能源越来越不能满足生产生活的需要,于是世界各个地方就出现了不同程度的能源缺乏问题,也就是人们常听到的所谓的“电荒”,“油荒”,“水荒”等等.爱护我们的地球珍惜能源能源危机 --------让世界头痛的问题能源问题一直是人们所关注的问题,因能源问题所引起的环境及世界局势和平问题,也是不容忽视的.
面对能源问题,世界是又是怎样去对待的呢?步骤二:如何解决能源问题?目前还没有真正解决能源问题的办法,但是已经有越来越多的人认识到这是一个很严肃的问题,也是一个关于所有人的问题.人类目前主要还是从两个方面去入手:爱护我们的地球珍惜能源合理利用现有能源.节约使用能源,研发新的能源使用方式,减少能源使用给环境带来的污染;
开发新能源,替代不可再生资源.如使用乙醇代替汽油;利用风能太阳能发电等等.步骤二:如何解决能源问题?爱护我们的地球珍惜能源珍惜能源,步骤三:我们该做些什么?从我做起,从身边做起,从现在做起!能源危机让我们想到的问题…象这样下去,
会有能源用尽的一天吗?
我们的地球还会存在吗?
