高中物理人教版选修1-2课件：2.5 有序、无序和熵(共17张PPT)
文档属性
| 名称 | 高中物理人教版选修1-2课件：2.5 有序、无序和熵(共17张PPT) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 371.6KB | ||
| 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 | 2020-05-09 20:34:09 | ||
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文档简介
(共17张PPT)
五、有序、无序和熵
1.知道在涉及热现象的宏观过程中的能量耗散与退化现象。
2.初步了解熵增加原理的物理意义,知道在自然界的自发过程中,系统的无序程度总是不断地增加。
3.能用热力学第二定律或熵增加原理解释身边一些简单的现象。
4.了解热力学温度的规定及绝对零度不可能达到的结论。
一
二
三
四
一、能量的耗散与退化
在自然界的种种变化中,能量的总值虽然保持不变(守恒),但是能量可被利用的价值却越来越小,或者说能量的品质在逐步降级,这就是能量的耗散与退化。
当我们开发利用地球上的能源时,并不会减少地球上的能量,而是将能源中高度有用的能量形式降低为不大可用的能量形式。
使用电炉时,电能转化为内能,这个系统能否依靠自身的作用(自发地)回到原来的状态?
提示:不能,除非系统靠外界的帮助。而“外界的帮助”将更多地消耗其他形式的能,产生出更多的内能。
一
二
三
四
二、绝对零度不可达到
1.绝对零度
宇宙中存在着温度的下限:-273.15℃,即绝对零度。
2.热力学温度
热力学温度用T表示,单位是开尔文,符号是K,热力学温度T与摄氏温度t之间的换算关系是T=t+273.15 K。?
3.热力学第三定律
对大量事实的研究分析表明,不可能通过有限的过程把物体冷却到绝对零度。
一
二
三
四
三、熵增加原理
任何孤立系统,它的总熵永远不会减小;或者说,自然界的一切自发过程,总是朝着熵增加的方向进行的。
一
二
四
三
四、有序向无序的转化
1.熵
熵是表征系统的无序程度的物理量,熵越大,系统的无序程度越高。
2.有序和无序
系统自发的过程总是从有序变为无序的;从微观的角度说,热传递过程也是从比较有序的状态变成比较无序的状态。
一
二
一、熵与熵增加原理的理解
“熵”是什么?“熵”是德国物理学家克劳修斯创造的一个术语,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。简单地说,“熵”就是微观粒子的无序程度、能量差别的消除程度。
一
二
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相等,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”。
一
二
二、热力学温度的认识
热力学温度单位是开尔文,简称开,符号是K。开尔文是为了纪念英国物理学家Lord Kelvin而命名的。
规定热力学温度的单位开(K)与摄氏温度的单位摄氏度(℃)完全相同。1 K=1 ℃。在表示温度差或温度间隔时,用K和用℃的数值相同。
特别提醒摄氏温度的1 ℃的分格与热力学温度的1 K的分格是等价的,摄氏温度升高10 ℃与热力学温度升高10 K是一回事,但不能说升高了283 K。
类型一
类型二
类型三
【例题1】 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。
点拨:根据熵增加原理,自然界的一切自发的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,即从有序向无序的方向转化。
解析:例如:燃料的燃烧、气体的扩散、破镜不能复原、覆水难收、一切生命体从生到亡等都是从有序变为无序的例子。
答案:见解析
题后反思一切自发的不可逆的过程都是从有序到无序。
类型一
类型二
类型三
【例题2】 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?
点拨:本题考查的是对熵增加原理的理解和应用。
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,所以系统的熵增加了。
答案:见解析
题后反思机械能转化为内能,电能转化为内能,一切能量最终的归宿都是内能,而这些内能不可再回收,因此使自然界的熵增加。
类型一
类型二
类型三
【例题3】 关于热力学温度,下列说法正确的是( )
A.-33 ℃=240 K
B.温度变化1 ℃,也就是温度变化1 K
C.摄氏温度与热力学温度都可能取负值
D.温度由t升至2t,对应的热力学温度升高了273 K+t
点拨:由T=273 K+t,即可求解此类问题。
解析:T=273 K+t,由此可知:-33 ℃=240 K,A正确,同时B正确;D中初态热力学温度为273 K+t,末态为273 K+2t,温度变化t,故D错误;对于摄氏温度可取负值的范围为-273~0 ℃,因绝对零度达不到,故热力学温度不可能取负值,故C错误。
答案:AB
类型一
类型二
类型三
题后反思①熟练应用T=t+273 K是解决有关摄氏温度与热力学温度换算的基础。
②就一个分度来说,1 ℃和1 K相等,即ΔT=Δt。
③对于同一个温度来说,用不同的温标表示,数值不同,这是因为零值选取不同。
1 2 3 4
1下列表述正确的是( )
A.热量不能自发地从低温物体传到高温物体
B.根据物质不灭原理,一切自然过程都应该是可逆的,可回转的
C.热力学第一定律又叫作熵增加原理
D.在任何自然过程中,一个孤立的系统的总熵不会减少
答案:AD
1 2 3 4
2下面关于熵的说法错误的是( )
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作熵减小原理
D.熵值越大代表着越无序
解析: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是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。
答案:C
1 2 3 4
3关于热力学温标的正确说法是( )
A.热力学温标是一种更为科学的温标
B.热力学温标的零度为-273.15 ℃,叫绝对零度
C.气体温度趋近于绝对零度时其体积为零
D.在绝对零度附近气体已液化,所以它的压强不会为零
解析:热力学温标在科学计算中,特别体现在热力学方程中,使方程更简单,更科学,故A对;B是热力学温标的常识,正确;气体趋近于绝对零度时,已液化,但有体积,故其压强不为零,C错,D对。
答案:ABD
1 2 3 4
4热力学第二定律的开尔文表述指出:内能与机械能的转化具有方向性。请结合熵的变化加以解释。
答案:机械运动是宏观情况下物体在空间位置上的变化,物体运动状态的变化完全遵循牛顿运动定律所反映的因果关系,这是一种有序的运动。热运动是大量分子的无规则运动,系统的一个宏观状态包含着大量的微观状态,这是一种无序的运动。机械运动向热运动的转化,属于从有序向无序的转化,会导致熵的增加,符合热力学的规律,因此机械能可以全部转化为内能。反之,热运动向机械运动的转化,属于从无序向有序的转化,即从高熵向低熵转化,不符合熵增加原理,因此内能向机械能的转化不能全部实现。
五、有序、无序和熵
1.知道在涉及热现象的宏观过程中的能量耗散与退化现象。
2.初步了解熵增加原理的物理意义,知道在自然界的自发过程中,系统的无序程度总是不断地增加。
3.能用热力学第二定律或熵增加原理解释身边一些简单的现象。
4.了解热力学温度的规定及绝对零度不可能达到的结论。
一
二
三
四
一、能量的耗散与退化
在自然界的种种变化中,能量的总值虽然保持不变(守恒),但是能量可被利用的价值却越来越小,或者说能量的品质在逐步降级,这就是能量的耗散与退化。
当我们开发利用地球上的能源时,并不会减少地球上的能量,而是将能源中高度有用的能量形式降低为不大可用的能量形式。
使用电炉时,电能转化为内能,这个系统能否依靠自身的作用(自发地)回到原来的状态?
提示:不能,除非系统靠外界的帮助。而“外界的帮助”将更多地消耗其他形式的能,产生出更多的内能。
一
二
三
四
二、绝对零度不可达到
1.绝对零度
宇宙中存在着温度的下限:-273.15℃,即绝对零度。
2.热力学温度
热力学温度用T表示,单位是开尔文,符号是K,热力学温度T与摄氏温度t之间的换算关系是T=t+273.15 K。?
3.热力学第三定律
对大量事实的研究分析表明,不可能通过有限的过程把物体冷却到绝对零度。
一
二
三
四
三、熵增加原理
任何孤立系统,它的总熵永远不会减小;或者说,自然界的一切自发过程,总是朝着熵增加的方向进行的。
一
二
四
三
四、有序向无序的转化
1.熵
熵是表征系统的无序程度的物理量,熵越大,系统的无序程度越高。
2.有序和无序
系统自发的过程总是从有序变为无序的;从微观的角度说,热传递过程也是从比较有序的状态变成比较无序的状态。
一
二
一、熵与熵增加原理的理解
“熵”是什么?“熵”是德国物理学家克劳修斯创造的一个术语,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。简单地说,“熵”就是微观粒子的无序程度、能量差别的消除程度。
一
二
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相等,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”。
一
二
二、热力学温度的认识
热力学温度单位是开尔文,简称开,符号是K。开尔文是为了纪念英国物理学家Lord Kelvin而命名的。
规定热力学温度的单位开(K)与摄氏温度的单位摄氏度(℃)完全相同。1 K=1 ℃。在表示温度差或温度间隔时,用K和用℃的数值相同。
特别提醒摄氏温度的1 ℃的分格与热力学温度的1 K的分格是等价的,摄氏温度升高10 ℃与热力学温度升高10 K是一回事,但不能说升高了283 K。
类型一
类型二
类型三
【例题1】 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。
点拨:根据熵增加原理,自然界的一切自发的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,即从有序向无序的方向转化。
解析:例如:燃料的燃烧、气体的扩散、破镜不能复原、覆水难收、一切生命体从生到亡等都是从有序变为无序的例子。
答案:见解析
题后反思一切自发的不可逆的过程都是从有序到无序。
类型一
类型二
类型三
【例题2】 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?
点拨:本题考查的是对熵增加原理的理解和应用。
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,所以系统的熵增加了。
答案:见解析
题后反思机械能转化为内能,电能转化为内能,一切能量最终的归宿都是内能,而这些内能不可再回收,因此使自然界的熵增加。
类型一
类型二
类型三
【例题3】 关于热力学温度,下列说法正确的是( )
A.-33 ℃=240 K
B.温度变化1 ℃,也就是温度变化1 K
C.摄氏温度与热力学温度都可能取负值
D.温度由t升至2t,对应的热力学温度升高了273 K+t
点拨:由T=273 K+t,即可求解此类问题。
解析:T=273 K+t,由此可知:-33 ℃=240 K,A正确,同时B正确;D中初态热力学温度为273 K+t,末态为273 K+2t,温度变化t,故D错误;对于摄氏温度可取负值的范围为-273~0 ℃,因绝对零度达不到,故热力学温度不可能取负值,故C错误。
答案:AB
类型一
类型二
类型三
题后反思①熟练应用T=t+273 K是解决有关摄氏温度与热力学温度换算的基础。
②就一个分度来说,1 ℃和1 K相等,即ΔT=Δt。
③对于同一个温度来说,用不同的温标表示,数值不同,这是因为零值选取不同。
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1下列表述正确的是( )
A.热量不能自发地从低温物体传到高温物体
B.根据物质不灭原理,一切自然过程都应该是可逆的,可回转的
C.热力学第一定律又叫作熵增加原理
D.在任何自然过程中,一个孤立的系统的总熵不会减少
答案:AD
1 2 3 4
2下面关于熵的说法错误的是( )
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作熵减小原理
D.熵值越大代表着越无序
解析: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是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。
答案:C
1 2 3 4
3关于热力学温标的正确说法是( )
A.热力学温标是一种更为科学的温标
B.热力学温标的零度为-273.15 ℃,叫绝对零度
C.气体温度趋近于绝对零度时其体积为零
D.在绝对零度附近气体已液化,所以它的压强不会为零
解析:热力学温标在科学计算中,特别体现在热力学方程中,使方程更简单,更科学,故A对;B是热力学温标的常识,正确;气体趋近于绝对零度时,已液化,但有体积,故其压强不为零,C错,D对。
答案:ABD
1 2 3 4
4热力学第二定律的开尔文表述指出:内能与机械能的转化具有方向性。请结合熵的变化加以解释。
答案:机械运动是宏观情况下物体在空间位置上的变化,物体运动状态的变化完全遵循牛顿运动定律所反映的因果关系,这是一种有序的运动。热运动是大量分子的无规则运动,系统的一个宏观状态包含着大量的微观状态,这是一种无序的运动。机械运动向热运动的转化,属于从有序向无序的转化,会导致熵的增加,符合热力学的规律,因此机械能可以全部转化为内能。反之,热运动向机械运动的转化,属于从无序向有序的转化,即从高熵向低熵转化,不符合熵增加原理,因此内能向机械能的转化不能全部实现。