2019-2020学年高中物理 第10章 热力学定律 第5、6节 热力学第二定律的微观解释 能源和可

第5节热力学第二定律的微观解释第6节能源和可持续发展固知识、要点梳理要点一热力学第二定律的微观解释1．有序、无序：一个系统的个体按确定的某种规则，有顺序地排列即1______；个体分布没有确定的要求，“怎样分布都可以”即2______．2．宏观态、微观态：系统的3______状态即宏观态，系统内个体的4___________状态即微观态．有序无序宏观不同分布3．热力学第二定律的微观意义热力学第二定律揭示了涉及热现象的一切宏观自然过程都只能在一个方向上发生，而不会可逆地在相反的方向上出现．它指出在能量得以平衡的众多过程中，哪些可能发生，哪些不可能发生．自然界涉及热现象的一切宏观过程都是不可逆的，宏观自发过程的这种方向性(熵增加的方向)，也就成为时间的方向性．所以，“熵”又常常被称为“时间箭头”．4．熵及熵增加的原理(1)熵：表达式S＝5_______，k表示玻耳兹曼常量，Ω表示一个宏观状态所对应的微观状态的数目．S表示系统内分子运动6________的量度，称为熵．(2)熵增加原理：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵7__________．无序性不会减小klnΩ(3)对熵增加原理的理解①系统自发变化时，总是向着无序程度增加的方向发展，至少无序程度不会减少．也就是说，系统自发变化时，总是由热力学概率小的状态向热力学概率大的状态进行．从熵的意义上来说，系统自发变化时，总是向着熵增加的方向发展，不会使熵减小．②任何宏观物质系统都有一定量的熵，熵也可以在系统的变化过程中产生或传递．1．(多选)关于有序和无序宏观态和微观态，下列说法正确的是()A．有序和无序是绝对的B．一个“宏观态”可能对应着许多的“微观态”C．一个“宏观态”只能对应着唯一的“微观态”D．无序意味着各处一样、平均、没有差别解析：选BD因为无序是各处都一样、平均、没有差别，故D项正确；有序和无序是相对的，故A项错误；一个“宏观态”可能对应一个或多个“微观态”，故B项正确，C项错误．2．(多选)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向无序性增大的方向进行解析：选CD分子热运动是大量分子无规则运动，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，C、D项正确．3．(多选)下列关于熵的说法正确的是()A．熵值越大，意味着系统越“混乱”和“分散”，无序程度越高B．熵值越小，意味着系统越“混乱”和“分散”，无序程度越高C．熵值越大，意味着系统越“整齐”和“集中”，也就是越有序D．熵值越小，意味着系统越“整齐”和“集中”，也就是越有序解析：选AD根据热力学第二定律可知，熵值越大表示无序性越高，也意味着系统越“混乱”和“分散”，相反系统越“整齐”和“集中”，也就越有序，故选项A、D正确．要点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8______，成为更加分散因而也是无序度更大的能量，分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较小的状态向无序程度较大的状态的转化，是能够9_________、全额发生的．内能自动发生(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10_______．(4)能量耗散虽然不会导致能量总量的减少却会导致能量品质的11______，实际上是将能量从高度有用的高品质形式降级为不大可用的低品质形式．方向性降低2．能源开发和利用的关系图3．能源的分类能源分类方法能源分类名称特点举例按形成或转换特点分一次能源自然形成，未经加工太阳能、风能、地热能、核能、潮汐能二次能源由一次能源经加工转换而成焦炭、木炭、蒸汽、液化气、酒精、汽油、电能常规能源已大规模正常使用煤、石油、天然气按利用技术分新能源正在开发，或有新的利用方式太阳能、水能、核能、地热能、海洋能、沼气、风能可再生能源可循环使用、不断补充水能、风能、生物质能、地热能按可否再生分不可再生能源短期内无法转换获得煤、石油、天然气、核燃料清洁能源对环境基本上没有污染太阳能、海洋能、风能、水能按对环境污染情况分污染能源会严重污染环境化石燃料(煤、石油、天然气)4．(多选)对于能量和能源，下列表述正确的是()A．因为自然界中的能量是守恒的，所以我们在使用能源时没必要节约自然界中的能源B．人类在利用能源的过程中，能量在数量上没有减少，但能量品质降低了C．自然界中的能量转移和转化是有方向性的D．现在人类在不断地开发和利用一些新能源，由此可见能量是可以被创造的解析：选BC人类在能源利用过程中，由于能量转化、转移是有方向性的，最终自然界中能源的能量将全部转化为内能，这些能量我们是无法再利用的，由此导致能量品质降低，故选项A错误，B、C正确；根据能量守恒定律可知能量是不可能被创造的，故选项D错误．5．(2019·上海南洋模范中学考试)柴油机使柴油在它的汽缸中燃烧，产生高温高压气体，燃料的化学能转化为气体的内能，高温高压气体推动活塞做功，气体的内能又转化为柴油机的机械能．燃烧相同的燃料，输出的机械能越多，表明柴油机越节能．是否节能是衡量机器性能好坏的重要指标．有经验的柴油机维修师傅，不用任何仪器，只要将手伸到柴油机排气管附近，感觉一下尾气的温度，就能够判断出这台柴油机是否节能，真是“行家伸伸手，就知有没有”．关于尾气的温度跟柴油机是否节能之间的关系，你认为正确的是()A．尾气的温度越高，柴油机越节能B．尾气的温度越低，柴油机越节能C．尾气的温度高低与柴油机是否节能无关D．以上说法均不正确解析：选B气体的内能不可能完全转化为柴油机的机械能，柴油机使柴油在汽缸中燃烧，产生高温高压气体，是一个高温热源；而柴油机排气管排出的尾气是一个低温热源．根据能量守恒，这两个热源之间的能量差就是转换的机械能，燃烧相同的燃料，要想输出的机械能越多，尾气的温度就要越低，故选项B正确．6．(多选)如图是三峡水电站的发电原理图，由图可知下列说法正确的是()A．水力发电不会造成污染B．该装置将机械能转化为电能C．要加大发电的功率，可采用仅“增大水落差”的方法D．该装置可以将水库中储存的水的机械能全部转化为电能解析：选ABC水力发电不会有污染，将水的机械能转化为电能，故选项A、B正确；如果仅将水落差增大，那么水流到发电机处的速度就增大，这一方法可加大发电的功率，故选项C正确；由于水下落过程以及发电机装置都有摩擦，故该装置不可能将水库中储存的水的机械能全部转化为电能，故选项D错误．