高中物理人教物理选修1-2第2章第五节有序、无序和熵20张PPT
文档属性
| 名称 | 高中物理人教物理选修1-2第2章第五节有序、无序和熵20张PPT |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 367.0KB | ||
| 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 | 2020-05-10 05:40:17 | ||
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文档简介
(共20张PPT)
第五节 有序、无序和熵
学习目标：
?
1.知道什么是能量的耗散与退化．
2．知道热力学第三定律的绝对零度不可能达到．
3．知道什么是有序和无序，什么是宏观态与微观态．
4．知道热力学第二定律的微观意义．
第五节
核心要点突破
课堂互动讲练
知能优化训练
课前自主学案
学习目标
课前自主学案
一、能量的耗散与退化
在自然界发生的种种变化中，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_______在逐步降级，这就是能量的耗散与退化．
二、绝对零度不可达到
1．热力学第三定律：不可能通过有限的过程把物体冷却到__________．
2．热力学温度T的单位是________，符号为____，与摄氏度 t的换算关系：
T＝______________.
品质
绝对零度
开尔文
K
t＋273.15 K
三、熵增加原理
任何孤立系统，它的总熵永远不会______；或者说，自然界的一切自发过程，总是朝着熵______的方向进行的．这就是熵增加原理．这也是热力学第二定律的又一表述．
四、有序向无序的转化
系统自发的过程总是从______变为_____的．系统总是从熵比较___的状态变为熵比较___的状态．由此可见，熵是表征系统的__________的物理量，熵越大，系统的无序程度越____．
减小
增加
有序
无序
小
大
无序程度
高
核心要点突破
一、能量的耗散与退化
我们没有办法把流散的内能重新收集起来加以利用，这种现象叫做能量的耗散与退化．能量的耗散与退化是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有的方向性．
对能量的耗散与退化的理解：
1．在利用能源的实际过程 ，由于摩擦、体积形变、系统向外界放出热量等因素，会有部分能量最终以热的形式转移出去．宏观过程的不可逆性，导致这些能量无法重新收集而被利用，从而造成能量的永久性损失，这就是能量耗散．可见，能量耗散与能量退化的宏观过程具有方向性、不可逆性．
2．能量耗散过程中，包括环境在内的整个系统总能量仍是守恒的，但可利用的能量在减少，造成能量的“贬值”．任何利用能源的过程都必然导致这种能量“贬值”，即退化．因此我们要节约能源．
二、有序向无序的转化
1．有序和无序
确定某种规则，符合这个规则的分布是有序的，不符合这个规则和要求的分布就是无序的．
有序意味着各处都一样、均衡、没有差别；而无序则是相反．
2．宏观态和微观态
规定了某种规则，我们就规定了一个“宏观态”，这个“宏观态”可能包含一种或几种“微观态”，不同的“宏观态”对应的“微观态”的个数不同．如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，我们就说这个“宏观态”是比较无序的．
我们以气体向真空的扩散为例来认识宏观态和微观态．
一个箱子被挡板分为左、右两室，左室有气体，右室为真空．撤去挡板后气体要由左向右扩散．我们从分子热运动的角度分析这个过程的方向性．为了简单，假定气体只由A、B、C、D共四个分子组成．
图2－5－1
甲、乙、丙、丁是四个不同的微观态，但甲、乙属于同一个宏观态，丙、丁属于另一个宏观态．
撤去挡板后四个分子都可以处于箱中任何位置，就像队列解散后的学生一样．如果细致地区分哪个分子在哪侧，这样的一个一个的状态就是不同的微观态．例如，“A、B在左室，C、D在右室”与“A、C在左室，B、D在右室”，就是两个不同的微观态．当然“A在左室，B、C、D在右室”也是与前面两个不同的微观态．
但是，宏观的观察并不能区分图2－5－1甲和乙的两个微观态，我们只能说这两种情况下左右两室中分子的数量密度是一样的，因此，我们说，图甲和图乙属于同一个宏观态；而图丙和图丁，尽管从微观上看具体分子的位置并不一样，是不同的微观态，但它们还是属于同一个宏观态，都是“左1右3”．
三、热力学第二定律的微观解释及意义
1．微观解释
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．
2．微观意义
系统的热力学过程就是大量分子无序运动状态的变化．从微观角度看，在功转化为热的过程中，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，但其逆过程却不能自发地进行，即不可能由大量分子无规则的热运动自发地转变为有序运动．
从微观看，热传递的过程中，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，其逆过程不能自发地进行．
大量分子无序运动状态变化的方向总是向无序性增大的方向进行的，即一切自然过程总是沿着无序性增大的方向进行的，这就是热力学第二定律的微观意义．
课堂互动讲练
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
【精讲精析】 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，其逆过程不能自发进行，故选项C、D正确．
【答案】 CD
变式训练1 下列关于热力学第二定律的理解正确的是( )
A．与热有关的自发的宏观物理过程都是不可逆的
B．所有热过程都是从无序变化为有序
C．熵增加原理说明自然界的物理过程具有方向性
D．热运动是一种最无序的运动，内能是最无序运动所对应的能量，因此机械能可以全部转变为内能，但不可能将内能全部转变为机械能
解析：选ACD.由热力学第二定律和熵增加原理判断．
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分布的概率，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分布的概率，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
【精讲精析】 自然界的一切自发过程，总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行．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分布的概率，则说明B分布更无序一些，A正确，B错误．大量分子的集合自发地运动过程是不可逆的，D正确，C错误．
【答案】 AD
变式训练2 下列说法正确的是( )
A．内能全部转化为机械能，而不产生其他的影响是可能的
B．气体向真空的自由膨胀是可逆的
C．如果一个“宏观状态”对应的“微观状态”比较多，就说明这个“宏观状态”是比较有序的
D．如果一个“宏观状态”对应的“微观状态”比较多，就说明这个“宏观状态”是比较无序的
解析：选D.A、B都是不可能的．一个宏观状态对应的微观状态越多，越无序．
知能优化训练
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第五节 有序、无序和熵
学习目标：
?
1.知道什么是能量的耗散与退化．
2．知道热力学第三定律的绝对零度不可能达到．
3．知道什么是有序和无序，什么是宏观态与微观态．
4．知道热力学第二定律的微观意义．
第五节
核心要点突破
课堂互动讲练
知能优化训练
课前自主学案
学习目标
课前自主学案
一、能量的耗散与退化
在自然界发生的种种变化中，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_______在逐步降级，这就是能量的耗散与退化．
二、绝对零度不可达到
1．热力学第三定律：不可能通过有限的过程把物体冷却到__________．
2．热力学温度T的单位是________，符号为____，与摄氏度 t的换算关系：
T＝______________.
品质
绝对零度
开尔文
K
t＋273.15 K
三、熵增加原理
任何孤立系统，它的总熵永远不会______；或者说，自然界的一切自发过程，总是朝着熵______的方向进行的．这就是熵增加原理．这也是热力学第二定律的又一表述．
四、有序向无序的转化
系统自发的过程总是从______变为_____的．系统总是从熵比较___的状态变为熵比较___的状态．由此可见，熵是表征系统的__________的物理量，熵越大，系统的无序程度越____．
减小
增加
有序
无序
小
大
无序程度
高
核心要点突破
一、能量的耗散与退化
我们没有办法把流散的内能重新收集起来加以利用，这种现象叫做能量的耗散与退化．能量的耗散与退化是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有的方向性．
对能量的耗散与退化的理解：
1．在利用能源的实际过程 ，由于摩擦、体积形变、系统向外界放出热量等因素，会有部分能量最终以热的形式转移出去．宏观过程的不可逆性，导致这些能量无法重新收集而被利用，从而造成能量的永久性损失，这就是能量耗散．可见，能量耗散与能量退化的宏观过程具有方向性、不可逆性．
2．能量耗散过程中，包括环境在内的整个系统总能量仍是守恒的，但可利用的能量在减少，造成能量的“贬值”．任何利用能源的过程都必然导致这种能量“贬值”，即退化．因此我们要节约能源．
二、有序向无序的转化
1．有序和无序
确定某种规则，符合这个规则的分布是有序的，不符合这个规则和要求的分布就是无序的．
有序意味着各处都一样、均衡、没有差别；而无序则是相反．
2．宏观态和微观态
规定了某种规则，我们就规定了一个“宏观态”，这个“宏观态”可能包含一种或几种“微观态”，不同的“宏观态”对应的“微观态”的个数不同．如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，我们就说这个“宏观态”是比较无序的．
我们以气体向真空的扩散为例来认识宏观态和微观态．
一个箱子被挡板分为左、右两室，左室有气体，右室为真空．撤去挡板后气体要由左向右扩散．我们从分子热运动的角度分析这个过程的方向性．为了简单，假定气体只由A、B、C、D共四个分子组成．
图2－5－1
甲、乙、丙、丁是四个不同的微观态，但甲、乙属于同一个宏观态，丙、丁属于另一个宏观态．
撤去挡板后四个分子都可以处于箱中任何位置，就像队列解散后的学生一样．如果细致地区分哪个分子在哪侧，这样的一个一个的状态就是不同的微观态．例如，“A、B在左室，C、D在右室”与“A、C在左室，B、D在右室”，就是两个不同的微观态．当然“A在左室，B、C、D在右室”也是与前面两个不同的微观态．
但是，宏观的观察并不能区分图2－5－1甲和乙的两个微观态，我们只能说这两种情况下左右两室中分子的数量密度是一样的，因此，我们说，图甲和图乙属于同一个宏观态；而图丙和图丁，尽管从微观上看具体分子的位置并不一样，是不同的微观态，但它们还是属于同一个宏观态，都是“左1右3”．
三、热力学第二定律的微观解释及意义
1．微观解释
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．
2．微观意义
系统的热力学过程就是大量分子无序运动状态的变化．从微观角度看，在功转化为热的过程中，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，但其逆过程却不能自发地进行，即不可能由大量分子无规则的热运动自发地转变为有序运动．
从微观看，热传递的过程中，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，其逆过程不能自发地进行．
大量分子无序运动状态变化的方向总是向无序性增大的方向进行的，即一切自然过程总是沿着无序性增大的方向进行的，这就是热力学第二定律的微观意义．
课堂互动讲练
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
【精讲精析】 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，其逆过程不能自发进行，故选项C、D正确．
【答案】 CD
变式训练1 下列关于热力学第二定律的理解正确的是( )
A．与热有关的自发的宏观物理过程都是不可逆的
B．所有热过程都是从无序变化为有序
C．熵增加原理说明自然界的物理过程具有方向性
D．热运动是一种最无序的运动，内能是最无序运动所对应的能量，因此机械能可以全部转变为内能，但不可能将内能全部转变为机械能
解析：选ACD.由热力学第二定律和熵增加原理判断．
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分布的概率，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分布的概率，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
【精讲精析】 自然界的一切自发过程，总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行．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分布的概率，则说明B分布更无序一些，A正确，B错误．大量分子的集合自发地运动过程是不可逆的，D正确，C错误．
【答案】 AD
变式训练2 下列说法正确的是( )
A．内能全部转化为机械能，而不产生其他的影响是可能的
B．气体向真空的自由膨胀是可逆的
C．如果一个“宏观状态”对应的“微观状态”比较多，就说明这个“宏观状态”是比较有序的
D．如果一个“宏观状态”对应的“微观状态”比较多，就说明这个“宏观状态”是比较无序的
解析：选D.A、B都是不可能的．一个宏观状态对应的微观状态越多，越无序．
知能优化训练
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