(新)高中物理第十章热力学定律第五节热力学第二定律的微观解释自我小测新人教版选修3-31
第十章 5-6 热力学第二定律的微观解释
5热力学第二定律的微观解释6能源和可持续发展[学习目标] 1.了解有序和无序是相对的，知道宏观态与微观态，知道宏观态对应的微观态的数目与无序程度的关系.2.知道熵的概念，了解熵增加原理，知道它是热力学第二定律的另一种表述.3.了解能量耗散、能源和环境．一、热力学第二定律的微观解释[导学探究](1)如图1所示，一个箱子被挡板均匀分为左、右两室，左室有4个气体分子a、b、c、d，右室为真空，撤去挡板后，气体自由扩散，以箱子内的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况．图1(2)试着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，能否由此得出热力学第二定律的微观意义？答案(1)可能的宏观态有：左0右4，左1右3，左2右2，左3右1，左4右0；对应的微观态数目：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)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．因为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、右两室这一个整体来讲，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．我们看到“左2右2”这种均匀分布的可能性最大，而分子集中在一个室中，另一个室变成真空的可能性最小．实际上，当气体系统中分子个数相当多时，撤去挡板后实际上我们只能看到气体向真空中扩散，而不可能观察到气体分子重新聚集在一室中的现象．因此，气体的自由扩散过程是沿着无序性增大的方向进行的，综上可知，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，这就是热力学第二定律的微观意义．[知识梳理]1．有序和无序：一个系统的个体按确定的某种规则，有顺序地排列即有序；个体分布没有(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：系统的宏观状态即宏观态，系统内个体的不同分布状态即微观态．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．3．热力学第二定律的微观意义(1)气体向真空的扩散：气体的自由扩散过程是沿着无序性增大的方向进行的．(2)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增大的方向进行．4．熵及熵增加原理(1)熵：表达式S＝k ln Ω，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数目，S表示系统内分子运动无序性的量度，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不会减小．[即学即用]判断下列说法的正误．(1)一个系统中个体排列的“有序”和“无序”是绝对的．(×)(2)一个宏观态所对应的微观态数目越多，则熵越大．(√)(3)熵值越大代表着越有序．(×)(4)孤立系统的总熵可能增大，也可能减小．(×)二、能源和可持续发展[导学探究](1)流动的水带动水磨做功，由于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环境中，我们没有办法把这些流散的内能重新收集起来加以利用．可见，内能与机械能相比，哪种能量的品质低？(2)如图2所示是两幅宣传节约能源的图片．请问：既然能量是守恒的，我们为什么还要节约能源？图2(3)化石能源的大量消耗会带来哪些环境问题？答案(1)内能．(2)能量是守恒的，但能量耗散却导致能量品质的降低，在利用它们的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的能量．(3)温室效应、酸雨、光化学烟雾等．[知识梳理]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)的能量转化为内能，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，是无序程度较小的状态向无序程度较大的状态的转化，是能够自动发生、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方向性．(4)能量耗散虽然不会导致能量总量的减少，却会导致能量品质的降低，它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．2．能源与环境(1)常规能源：人们把煤、石油、天然气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：主要有太阳能、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温室效应、酸雨、光化学烟雾等．[即学即用]判断下列说法的正误．(1)能源是取之不尽、用之不竭的．(×)(2)能源是有限的，特别是常规能源，如煤、石油、天然气等．(√)(3)大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源．(√)(4)核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭大．(×)一、热力学第二定律的微观意义1．热力学第二定律的微观解释(1)热传递的方向性：高温物体和低温物体中的分子都在做无规则的热运动，但是高温物体中分子热运动的平均速率要大于低温物体．所以在高温物体分子与低温物体分子的碰撞过程中，低温物体分子运动的剧烈程度会逐渐加剧，即低温物体的温度升高了，而高温物体分子运动的剧烈程度会减缓，即高温物体的温度降低了．所以从宏观热现象角度来看，热传递具有方向性，总是从高温物体传给低温物体．(2)机械能转化为内能的方向性：在通过做功使系统内能增加的过程中，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．2．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．3．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．例1(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的无序性增大的方向进行答案CD解析分子热运动是大量分子的无规则运动，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，故选C、D.(1)一切自发过程都是不可逆的，总是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化发展的过程，即无序性增加的过程．(2)传热过程是大量分子由无序程度小的运动状态转化为无序程度大的运动状态的过程，体现了热传递的方向性．针对训练1(多选)关于气体向真空中扩散的规律的叙述中正确的是()A．气体分子数越少，扩散到真空中的分子全部回到原状态的可能性越大B．气体分子数越多，扩散到真空中的分子全部回到原状态的可能性越大C．扩散到真空中的分子在整个容器中分布越均匀，其宏观态对应的微观态数目越大D．气体向真空中扩散时，总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行答案ACD解析气体分子向真空中扩散时，分子数越少，分子全部分布于原状态下即全部回到原状态的概率越大；分子数越多，分子全部分布于原状态下即全部回到原状态的概率越小，则A正确，B错误．扩散到真空中的分子在整个容器中均匀分布的概率最大，即其宏观态对应的微观态最多，并且这一宏观态的无序性最大，C、D正确．例2下列关于熵的说法中错误的是() A．熵是系统内分子运动无序性的量度B．在自然过程中一个孤立系统的熵总是增加或不变的C．热力学第二定律也叫做熵减小原理D．熵值越大代表着越无序答案 C解析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，这就是热力学第二定律的微观意义．系统的热力学过程就是大量分子向无序程度大的状态变化的过程．自然过程的方向性可以表述为：在任何自然过程中，一个孤立系统的熵值不会减小，因此热力学第二定律又称为熵增加原理．故A、B、D说法正确，C说法错误．二、能源和可持续发展1．能源开发和利用加强新能源，特别是清洁能源的开发和利用，控制化石能源开采，提高能源的利用率，降低对环境的污染．2．能源对环境的影响(1)常规能源对环境的影响：石油和煤燃烧产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，产生了“温室效应”，引发了一系列问题，如两极的冰雪融化、海平面上升，海水倒灌、耕地盐碱化……这些都是人类过度开发自然所产生的严重问题．(2)做好环境保护工作：目前的任务是采用能源新技术，解决突出的环境污染问题．例如，城市生活垃圾问题，变垃圾为能源；提高汽车发动机效率，解决尾气问题，达到废气“零”排放；环境污染的综合治理问题，解决废物、废水、废气等，变废为宝．例3关于能源的开发和节约，你认为下列哪些观点是错误的()A．常规能源是有限的，无节制地利用常规能源，如石油之类，是一种盲目的短期行为B．根据能量守恒定律，担心能源枯竭是一种杞人忧天的表现C．能源的开发和利用，必须要同时考虑其对环境的影响D．通过核聚变和平利用核能是目前开发新能源的一种新途径答案 B解析能量虽然守恒，但能量耗散导致能量的品质降低即不可再利用，也往往对环境产生破坏，从而应开发新型的清洁型的能源，故B选项错．能量与能源的区别(1)能量是守恒的，既不会增加也不会减少.(2)能源是可以提供可利用能量的物质.(3)能量耗散，能量总量不变，但能量品质会下降即能源减少，故我们要节约能源.针对训练2(多选)下列对能量耗散理解正确的是()A．能量耗散说明能量在不断减少B．能量耗散遵守能量守恒定律C．能量耗散说明能量不能凭空产生，但可以凭空消失D．能量耗散从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性答案BD解析在发生能量转化的宏观过程中，其他形式的能量最终转化为流散到周围环境的内能，无法再回收利用，这种现象叫能量耗散．能量耗散并不违反能量守恒定律，宇宙中的能量既没有减少，也没有消失，它从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性，故A、C错，B、D对.1．下列关于热力学第二定律微观意义的说法正确的是()A．从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律B．一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行C．有的自然过程沿着分子热运动无序性增大的方向进行，有的自然过程沿着分子热运动无序性减小的方向进行D．在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵会减小答案 A解析热力学第二定律是一个统计规律，A对；从热力学第二定律的微观本质看，一切不可逆过程总是沿着大量分子热运动无序程度增大的方向进行，B、C错；任何自然过程总是朝着无序程度增大的方向进行，也就是熵增加的方向进行，故D错．所以选A.2．(多选)对于孤立体系中发生的实际过程，下列说法中正确的是()A．系统的总熵可能增大或不变，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答案AC解析在孤立体系中发生的实际过程，其系统的总熵不可能减小，故选项A正确，B错误．根据熵增加原理，该系统只能是从比较有序的状态向更无序的状态发展，故选项C正确，D错误．3．(多选)热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象．所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把流散的能量重新收集利用．下列关于能量耗散的说法中正确的是()A．能量耗散说明能量不守恒B．能量耗散不符合热力学第二定律C．能量耗散过程中能量仍守恒D．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答案CD解析能量耗散说明能量转化的宏观过程具有方向性，符合热力学第二定律，B错误，D正确；能量耗散过程中，能量并没有消失，能量仍然守恒，A错误，C正确．4．下列哪些现象属于能量耗散()A．利用水流能发电变成电能B．电能通过灯泡中的电阻丝转化为光能C．电池的化学能转化为电能D．火炉把房子烤暖答案 D解析能量耗散是指其他形式的能转化为内能，最终流散在周围环境中无法重新收集并加以利用的现象，能够重新收集并加以利用的不能称为能量耗散．本题中的电能、光能都可以重新收集并加以利用，如用光作为能源的手表等，只有当用电灯照明时的光能被墙壁吸收之后变为周围环境的内能，才无法重新吸收并加以利用，但本题没有告诉光能用来做什么，故不能算能量耗散，只有火炉把房子烤暖后使燃料的化学能转化成内能并流散在周围的环境中，无法重新收集并加以利用，才是能量耗散．故选D.一、选择题1．已知一个系统的两个宏观态甲、乙及对应微观态的个数分别为较少、较多，则下列关于对两个宏观态的描述及过程自发的可能方向的说法中正确的是()A．甲比较有序，乙比较无序，甲→乙B．甲比较无序，乙比较有序，甲→乙C．甲比较有序，乙比较无序，乙→甲D．甲比较无序，乙比较有序，乙→甲答案 A解析一个宏观态对应微观态的多少标志了宏观态的无序程度，从中还可以推知系统自发的方向，微观态数目越多，表示越无序，一切自然过程总沿着无序性增大的方向进行，A对，B、C、D错．2．作为新能源，从环保角度来看，氢气具有的突出特点是()A．在自然界里存在氢气B．氢气轻，便于携带C．燃烧氢气无污染D．氢气燃烧发热量高答案 C3．(多选)对“覆水难收”的叙述正确的是()A．盛在盆中的水是一种宏观态，因盆子的因素，对应的微观态数目较少，较为有序B．盛在盆中的水是一种宏观态，因盆子的因素，对应的微观态数目较多，较为无序C．泼出的水是一种宏观态，因不受器具的限制，对应的微观态数目较多，较为无序D．泼出的水是一种宏观态，因不受器具的限制，对应的微观态数目较少，较为有序答案AC4．(多选)下列说法中正确的是()A．一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆的B．一切不可逆过程总是沿着大量分子热运动无序程度增大的方向进行C．一切与热现象有关的宏观过程都是可逆的D．一切不可逆过程总是沿着大量分子热运动有序程度增大的方向进行答案AB5．(多选)关于熵，下列说法中正确的是()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”，也就是越有序答案AD6．(多选)下列关于熵的说法中正确的是()A．熵越大，系统的无序度越大B．对于一个不可逆的绝热过程，其熵增大C．气体向真空扩散时，熵值减小D．自然过程中熵总是增加的，是因为通向无序的渠道要比通向有序的渠道多很多答案ABD解析熵是系统内分子运动无序性的量度，熵越大，其无序度越大，A正确．不可逆的绝热过程，其宏观态对应的微观态数目增大，其熵会增加，不会减小，B正确．气体向真空中扩散时，无序度增大，熵值增大，C错误．自然过程中，无序度较大的宏观态出现的概率较大，因为通向无序的渠道多，D正确．7．(多选)下列关于能量耗散的说法中正确的是()A．能量耗散使能量的总量减少，违背了能量守恒定律B．能量耗散是指散失在环境中的内能再也不能收集起来并被人类利用C．各种形式的能量向内能的转化，是能够自动发生、全额发生的D．能量耗散导致能量的品质降低答案BCD。
人教版高中物理课件第十章热力学定律10.4热力学第二定律
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ03
现代科学技术在很多领域都涉及到热力学第二定律的应用。例如，制冷技术、能源利用、环境治理等方面都需要遵循热力学第二定律的原理，以提高效率和减少能耗。
热力学第二定律的表述
热力学第二定律的克氏表述
热量不可能自发地从低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化。
解释
这个表述说明了热量传递的一种不可逆性，即热量总是从高温向低温传递，而不是相反。这是热力学第二定律的一种表述方式，强调了热量的传递方向和不可逆性。
解释
热寂说是一种关于宇宙演化的假说，它认为宇宙最终将达到一个热平衡状态，即各个部分都具有相同的温度和熵值。这个假说虽然还没有被完全证实或否定，但它也是热力学第二定律的一种表述方式，强调了系统最终将趋向于达到平衡状态。
热力学第二定律的应用
根据热力学第二定律，热机效率不可能达到100%，因为能量在转换过程中会有损失。热机效率的最大值取决于其工作原理和设计，例如卡诺循环的效率为1-T2/T1，其中T1和T2分别为高温和低温热源的温度。
热现象的不可逆性
热现象具有不可逆性，即一旦发生热传递或热转化过程，就不能将其逆转。这是因为热量在传递过程中会不断分散和扩散，导致能量的损失和熵的增加。因此，热现象是不可逆的，不能被完全逆转或回收。
热现象的方向性
熵的增加与自然选择：在自然选择过程中，生物体通过适应环境来获得生存和繁衍的机会。然而，随着时间的推移，生物种群中的基因频率会发生变化，导致生物多样性的减少和熵的增加。这是因为适应环境的生物个体更容易生存下来并繁殖后代，而不太适应环境的个体则更容易被淘汰。因此，自然选择会导致生物种群中基因频率的变化和熵的增加。
在实际应用中，我们可以通过控制系统的边界条件和外界的能量输入，来改变系统的熵变情况。因此，在研究和应用过程中需要充分考虑系统的边界条件和外界因素的影响。
高中物理 第10章 热力学定律 5 热力学第二定律的微观解释课件3高二选修33物理课件
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3．熵增大原理
(1)由熵的定义可知，熵较大的宏观状态就是无序程度较大的宏观状 态，也就是出现概率较大的宏观状态．在自然过程中熵总是增加的，其原 因并非因为有序是不可能的，而是因为通向无序的渠道(qúdào)要比通向有序 的渠道(qúdào)多得多．把事情搞得乱糟糟的方式要比把事情做得整整齐齐的 方式多得多．
答案：CD
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反思领悟：由于对热传递过程的微观解释不能真正理解，认为热 传递的自然过程是大量(dàliàng)分子从有序向无序的变化，而错选B．注 意大量分子都在做无规则运动，热传递使这种热运动由无序程度小变 为无序程度大．
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1．下面关于熵的有关说法错误的是( )
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(zǒnɡ shì)增加的 C．热力学第二定律也叫做熵减小原理 D．熵值越大代表越无序
【答案】C
【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．
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
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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
解析：分子热运动是大量分子的无规则运动，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(gènjiā)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正确．
物理选修3-3学案：第十章4热力学第二定律5热力学第二定律的微观解释含解析
4热力学第二定律5热力学第二定律的微观解释1．热传导的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进行(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“自发地”过程就是在不受外来干扰的条件下进行的自然过程。
②热量可以自发地从高温物体传向低温物体，却不能自发地从低温物体传向高温物体。
③要将热量从低温物体传向高温物体，必须有“外界的影响或帮助"，就是要由外界对其做功才能完成。
电冰箱、空调就是例子。
【例1】两个温度不同的物体接触时，热量会自发地从高温物体传向低温物体,直到两者温度相等；一个温度处处相等的物体,不可能自发地变得一部分温度高、另一部分温度低。
怎样从分子热运动的角度解释热传递的方向性？解析：两个物体温度不同，分子热运动的平均动能不同，一个物体分子平均动能大，另一个物体分子平均动能小，总体来看,分子热运动的分布较为有序，能量适当集中，而热量由高温物体传到低温物体的过程中，能量变得分散和退降，分子热运动的分布较为无序。
由于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。
所以热传递是由高温物体传向低温物体的，即热传递具有方向性.答案：见解析点技巧：热现象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。
无论是有生命的或是无生命的，所有的宏观自发过程都具有单向性，都有一定的方向性，都是不可逆过程。
如河水向下流，重物向下落，山岳被侵蚀，人的一生从婴儿到老年到死亡等.2．第二类永动机(1)定义：只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用的功而不引起其他变化的热机。
(2)第二类永动机不可能制成,因为尽管机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化成机械能而不引起其他变化.释疑点:第一类永动机和第二类永动机的比较它们都不可能制成，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.【例2】我们绝不会看到：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,其原因是(）A．违反了能量守恒定律B．在任何条件下内能不可能转化成机械能，只有机械能才能转化成内能C．机械能和内能的转化过程具有方向性，内能转化成机械能是有条件的D．以上说法均不正确解析:机械能和内能的相互转化必须通过做功来实现。
2024-2025学年高中物理第10章热力学定律5热力学第二定律的微观解释教案2新人教版选修3-3
3. 学生需了解实际生活中的热现象，如热传递、热能转化等，从而能够将理论知识与实际应用相结合。
教学内容主要包括：
1. 热力学第二定律的表述及意义。
2. 熵的概念及其在热力学第二定律中的应用。
3. 微观角度解释热力学第二定律，如分子运动规律、概率论等。
八、板书设计
① 热力学第二定律的表述及意义：
- 熵的概念及其在热力学第二定律中的应用。
- 熵增原理的表述及其意义。
② 微观角度解释热力学第二定律：
- 分子动理论的基本原理。
- 微观粒子的运动规律及其对热力学第二定律的影响。
- 概率论在热力学第二定律中的应用。
③ 热力学第二定律的实际例子分析：
- 生活中的热现象，如热传递、热能转化等。
3. 在线学习平台：利用在线学习平台提供丰富的学习资源和练习题，方便学生自主学习和巩固知识。
4. 互动式教学：通过问答、讨论等形式，鼓励学生积极参与课堂互动，提高学生的思维能力和解决问题的能力。
5. 实验教学：安排实验课程，让学生亲身体验热力学第二定律的应用，提高学生的实践操作能力和科学探究能力。
五、教学流程
2. 提升学生的科学探究能力，通过实例分析和讨论，培养学生运用热力学第二定律解决实际问题的能力。
3. 增强学生对物理学科的兴趣和热情，通过联系现代科学技术领域中的应用，使学生认识到热力学第二定律在现实生活中的重要性。
4. 培养学生良好的团队合作意识，通过小组讨论和合作，培养学生共同解决问题的能力。
三、学习者分析
- 结合实际例子，如冰箱、空调等，讲解热力学第二定律在这些设备中的应用。
高中物理选修3-3知识复习提纲：第十章 热力学定律(人教版)
高中物理选修3-3知识复习提纲：第十章热力学定律(人教版)高中物理选修3-3知识点总结：第十章热力学定律（人教版）冷热变化是最常见的一种物理现象，本章主要将的就是热力学的有关问题，其中热力学的第一和第二定律是比较重要得，对于能量守恒定律必须要深刻的理解。
考试的要求：Ⅰ、对所学知识要知道其含义，并能在有关的问题中识别并直接运用，相当于课程标准中的“了解”和“认识”。
Ⅱ、能够理解所学知识的确切含义以及和其他知识的联系，能够解释，在实际问题的分析、综合、推理、和判断等过程中加以运用，相当于课程标准的“理解”，“应用”。
要求Ⅰ：热力学第一定律、能量守恒定律、热力学第二定律、热力学第二定律的微观结构等内容。
要求Ⅱ：这一章这项要求考察比较少。
知识网络：内容详解：一、功、热与内能●绝热过程：不从外界吸热，也不向外界传热的热力学过程称为绝热过程。
●内能：内能是物体或若干物体构成的系统内部一切微观粒子的一切运动形式所具有的能量的总和，用字母U表示。
●热传递：两个温度不同的物体相互接触时温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，这个过程称之为热传递。
●热传递的方式：热传导、对流热、热辐射。
二、热力学第一定律、第二定律●第一定律表述：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所作的功的和。
表达式uWQ符号+-W外界对系统做功系统对外界做功Q系统从外界吸热系统向外界放热u系统内能增加系统内能减少●第二定律的表述：一种表述：热量不能自发的从低温物体传到高温物体。
另一种表述：（开尔文表述）不可能从单一热库吸收热量，将其全部用来转化成功，而不引起其他的影响。
●应用热力学第一定律解题的思路与步骤：一、明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统。
二、别列出物体或系统(吸收或放出的热量)外界对物体或系统。
三、据热力学第一定律列出方程进行求解，应用热力学第一定律计算时，要依照符号法则代入数据，对结果的正负也同样依照规则来解释其意义。
高中物理第十章热力学定律4热力学第二定律课件新人教版选修33
(2)第二类永动机：只有单一热源，从单一热源吸收 热量，可以全部用来做功的热机叫第二类永动机，它不 违背能量守恒定律，但违背热力学第二定律，所以不能 实现．
2．热力学第二定律的第二种表述，开尔文表述：不 可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生 其他影响．
判断正误
1．在有些情况下热机的效率可以达到 100%.(×) 2．第二类永动机不可能做成的原因，违反了能量守 恒定律．(×)
解析：能量转移和转化的过程都是具有方向性的，A 对．第二类永动机不违背能量守恒定律，但是不能实现， B 错．在热传递的过程中，能量可以自发地从高温物体传 到低温物体，但其逆过程不可能自发地进行，C 对、D 错．
答案：AC
知识点二 热力学第二定律的第二种表述
提炼知识 1．热机． (1)热机的效率 η：热机输出的机械功与燃料产生的热 量的比值，用公式表示为 η＝WQ 热机的效率不可能达到 100%．
(2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观 过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面 的影响．如吸热、放热、做功等．
(3)“ 单 一 热 库 ” ： 指 温 度 均 匀 并 且 恒 定 不 变 的 系 统．若一系统各部分温度不相同或者温度不稳定，则构 成机器的工作物质可以在不同温度的两部分之间工作， 从而可以对外做功．据报道，有些国家已在研究利用海 水上下温度不同来发电．
(4)“不可能”：实际上热机或制冷机系统循环终了 时，除了从单一热库吸收热量对外做功，以及热量从低 温热库传到高温热库以外，过程所产生的其他一切影响， 不论用任何的办法都不可能加以消除．
2．热力学第二定律的实质： 热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子 参与宏观过程的方向性，使人们认识到自然界中进行的 涉及热现象的宏观过程都具有方向性． 3．热力学第二定律的其他描述： (1)一切宏观自然过程的进行都具有方向性． (2)气体向真空的自由膨胀是不可逆的． (3)第二类永动机是不可能制成的．
人教版2020年高中物理选修3-3第十章《 热力学定律》测试试题有解析
人教版2020年高中物理选修3-3测试题第十章热力学定律一、选择题（共15小题，其中1-8小题为单项选择题，9-15小题为多项选择题。
）1.下列说法中正确的是（）A. 物体甲自发传递热量给物体乙，说明甲物体的内能一定比乙物体的内能大B. 温度相等的两个物体接触，它们各自的内能不变且内能也相等C. 若冰熔化成水时温度不变且质量也不变，则内能是增加的D. 每个分子的内能等于它的势能和动能之和2.下列有关热力学第二定律的说法正确的是（）A. 气体自发地扩散运动总是向着更为无序的方向进行，是可逆过程B. 第二类永动机虽然不违反能量守恒定律，但它是制造不出来的C. 空调既能制冷又能制热，说明热传递不具有方向性D. 一定质量的理想气体向真空自由膨胀时，体积增大，熵减小3.某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的，且车胎体积增大．若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体，那么下列说法正确的是()A. 外界对胎内气体做功，气体内能减小B. 外界对胎内气体做功，气体内能增大C. 胎内气体对外界做功，内能减小D. 胎内气体对外界做功，内能增大4.根据分子运动论，物体分子之间距离为r0时，分子所受的斥力和引力相等，以下关于分子势能的说法正确的是（）A. 当分子距离为r0时，分子具有最大势能；距离增大或减小时，势能都变小B. 当分子距离为r0时，分子具有最小势能；距离增大或减小时，势能都变大C. 分子距离越大，分子势能越大；分子距离越小，分子势能越小D. 分子距离越大，分子势能越小；分子距离越小，分子势能越大5.导热性能良好的气缸和活塞，密封一定质量的理想气体，气缸固定不动，保持环境温度不变，现用外力将活塞向下缓慢移动一段距离，则这一过程中（）A. 外界对缸内气体做功，缸内气体内能不变B. 缸内气体放出热量，内能增大C. 气缸内每个气体分子的动能保持不变D. 单位时间内撞击到器壁上单位面积的分子数减小6.对一些机械设备的科学性分析正确的是()A. 空调机既能制冷又能制热，说明热传递不存在方向性B. 第二类永动机不可能制成是因为它违反了能量守恒定律C. 即使科学技术有长足进步，将来的热机的效率也达不到100%D. 电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，违背了热力学第二定律7.一定质量的某种气体，在不同温度下的气体热运动速率的统计分布图如图所示，下列说法正确的是()A. 状态①的温度高于状态②的温度B. 气体分子在高温状态时的平均速率大于低温状态时的平均速率C. 不计分子势能，气体在状态①时具有的内能较大D. 温度升高时每个分子运动的动能都增大8.下列说法正确的是（）A. 温度是分子平均动能的宏观标志，所以两个物体只要温度相等，那么它们分子的平均速率就相等B. 热力学第二定律可描述为：“不可能使热量由低温物体传递到高温物体”C. 在自然界能的总量是守恒的，所以不存在能源危机D. 热力学第一定律也可表述为第一类永动机不可能制成9.一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其p -T图象如图所示，下列判断正确的是()A. 过程ab中气体一定吸热B. 过程bc中气体既不吸热也不放热C. 过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热D. a、b和c三个状态中，状态a分子的平均动能最小E. b和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同10.下列有关热现象的说法正确的是（）A.分子力随分子间距离增大而增大B.没有摩擦的理想热机也不可能把吸收的能量全部转化为机械能C.已知某物质的摩尔质量和密度，可求出阿伏加德罗常数D.内能不同的物体，它们分子热运动的平均动能可能相同E.瓶中充满某理想气体，且瓶内压强高于外界压强，在缓慢漏气过程中内外气体的温度均不发生改变．则瓶内气体在吸收热量且分子平均动能不变11.下述做法不能改善空气质量的是()A. 以煤等燃料作为主要生活燃料B. 利用太阳能、风能和氢能等能源替代化石能源C. 鼓励私人购买和使用汽车代替公交车D. 限制使用电动车E. 大量使用核能发电、风力发电和水力发电12.如图所示，两个相通的容器P、Q间装有阀门K，P中充满气体，Q内为真空，整个系统与外界没有热交换．打开阀门K后，P中的气体进入Q中，最终达到平衡，则()A. 气体体积膨胀，内能不变B. 气体分子势能减少，内能增加C. 气体分子势能增加，压强可能不变D. 气体分子势能可认为不变，气体分子的平均动能也不变E. Q中气体不可能自发地全部退回到P中13.下列说法中正确的是 .A. 布朗运动是在显微镜下看到的液体分子的无规则运动B. 自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性C. 分子质量不同的两种气体温度相同,它们分子的平均动能可能不相同D. 当分子间的引力和斥力平衡时,分子势能最小E. 一定质量的理想气体,吸热的同时外界对其做功,其内能一定增加14.如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上，甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示，F>0为斥力，F<0为引力．a、b、c、d为x 轴上四个特定的位置，现把乙分子从a处由静止释放，则()A. 乙分子从a至b做加速运动，由b至c做减速运动B. 乙分子由a至c加速度先增大，后减小，到达c时加速度为零C. 乙分子由a至c做加速运动，到达c时速度最大D. 乙分子由a至b的过程中，分子力一直做正功E. 乙分子由b至d的过程中，分子力一直做负功15.下列说法正确的是()A. 铁块熔化成铁水的过程中，温度不变，内能增大B. 物体运动的速度增大，则物体中分子热运动的平均动能增大，物体的内能增大C. A、B两物体接触时有热量从物体A传到物体B，这说明物体A的内能大于物体B 的内能D. A、B两物体的温度相同时，A、B两物体的内能可能不同，分子的平均速率也可能不同E. 两个系统处于热平衡时，它们一定具有相同的温度二、填空题16.如图所示，一圆柱形绝热气缸竖直放置，通过绝热活塞封闭者一定质量的理想气体，气体的温度为T。
高中物理(人教)选修33教学课：第十章 第4节 热力学第二定律 第5节 热力学第二定律的微观解释
态,叫作热力学系统的宏观态。若规定、规则不同,则同一宏观态对
应不同的微观态。
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
热源或从单一热源吸收热量全部用来做功,不需通过第三方的帮助,
这里的帮助就是第三方提供能量等方式。
2.热力学第二定律的实质:热力学第二定律的每一种表述,都揭
示了大量分子参与宏观过程的方向性,使人们认识到自然界中进行
的涉及热现象的宏观过程都是有方向性的。
3.两种表述是等价的。
如果克劳修斯表述不成立,则开尔文表述也不成立。
现象。因此,气体的自由扩散过程是沿着无序性增大的方向进行
的。综上可知,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,这就是热力学第二定律的微观意义。
典题例解
【例 2】 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
一滴墨水……这些现象说明什么道理?
答案:自然界的宏观过程不可能自动地逆向进行。要使它们逆
向进行,就必须由外界对它们施加作用。
•1、使教育过程成为一种艺术的事业。
•2、教师之为教，不在全盘授予，而在相机诱导。2021/10/272021/10/272021/10/2710/27/2021 4:06:21 PM
能情况是左 0 右 4 或左 4 右 0。
2.试着从无序的角度谈谈上面问题中为什么“左 2 右 2”这种均
高中物理 第十章 热力学定律 第5、6节 热力学第二定律
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 内能 ，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转化方向是 无序程度 较小的状态向 _无_序 __程__度____较大的状态的转化，是能自动发生、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 方向性 。 (4)能量耗散虽然不会导致能量总量的 减少 ，却会导致能量品 质的 降低 ，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。
1．[多选]下面关于热力学第二定律微观意义的说法正确的是( ) A．从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律 B．一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行 C．有的自然过程沿着分子热运动无序性增大的方向进行，有的 自然过程沿着分子热运动无序性减小的方向进行 D．在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小 解析：从热力学第二定律的微观本质看，一切不可逆过程总是 沿着大量分子热运动无序程度增大的方向进行，我们知道热力 学第二定律是一个统计规律，故 A 对，B、C 错。任何自然过 程总是朝着无序程度增大的方向进行，也就是朝着熵增加的方 向进行，故 D 对。 答案：AD
热量能从低温物体传到高温物体，但必须有外界的帮助；一
切涉及热现象的物量过程都具有方向性；在热力学定律的基
础上可以导出其他过程的方向性，如气体的扩散、气体向真
空的膨胀等。 答案：D
能源开发和利用及能源的分类 1．能源开发和利用的关系图
2．能源的分类
能源分 类方法
按形成 或转换 特点分
按利用 技术分
程度大的运动状态转化的过程。
(√)
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第五节热力学第二定律的微观解释
自我小测
1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
2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子底部有糖结晶，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
3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
4下列关于熵的说法中正确的是( )
A．熵是系统内分子运动的无序性的量度
B．在任何自然过程中熵总是增加的
C．热力学第二定律也可以叫熵减小原理
D．熵值增大代表着越无序
5关于能量耗散的说法正确的是( )
A．能量的耗散说明能量不在守恒
B．能量耗散并不违背能量的转化和守恒定律
C．能量耗散能说明能量不能凭空创造，但可以凭空消失
D．能量耗散从能量的角度反映自然界的宏观过程具有方向性
6下列说法正确的是( )
A．机械能和内能之间的转化是可逆的
B．气体向真空中的膨胀是可逆的
C．如果一个宏观态对应的微观态比较多，就说明这个宏观态是比较有序的
D．如果一个宏观态对应的微观态比较多，就说明这个宏观态是比较无序的
7下列说法正确的是( )
A．一切自然的过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行
B．一切自然的过程总是沿着分子热运动的有序性增大的方向进行
C．在任何自然过程中，一个孤立的系统的总熵一定不会增大
D．在任何自然过程中，一个孤立的系统的总熵可能会减小
8下列关于热现象的说法，正确的是( )
A．外界对物体做功，物体的内能一定增加
B．气体的温度升高，气体的压强一定增大
C．任何条件下，热量都不会由低温物体传递到高温物体
D．任何热机都不可能使燃料释放的热量完全转化为机械能
9下列说法中正确的是( )
A．无论用什么方法都不能使一个物体损失内能而对外做功
B．不可能使一低温物体放出热量而使一高温物体吸收热量
C．不可能从单一热源吸取热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化
D．不可能使一个物体通过降低自己的温度来获得动能
10(2007海南高考)有以下说法：
A．气体的温度越高，分子的平均动能越大
B．即使气体的温度很高，仍有一些分子的运动速度是非常小的
C．对物体做功不可能使物体的温度升高
D．如果气体分子间的相互作用力小到可以忽略不计，则气体的内能只与温度有关
E．一由不导热的器壁做成的容器，被不导热的隔板分成甲、乙两室。
甲室中装有一定质量的温度为T的气体，乙室为真空，如图所示。
提起隔板，让甲室中的气体进入乙室，若甲室中气体的内能只与温度有关，则提起隔板后当气体重新达到平衡时，其温度仍为T
F．空调机作为制冷机使用时，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，所以制冷机的工作是不遵守热力学第二定律的
G．对于一定量的气体，当其温度降低时，速度大的分子数目减少，速率小的分子数目增加
H．从单一热源吸取热量使之全部变成有用的机械功是不可能的
其中正确的是________。
11(2008广东高考)(1)如图所示，把一块洁净的玻璃板吊在橡皮筋的下端，使玻璃板水平地接触水面，如果你想使玻璃板离开水面，必须用比玻璃板重力________的拉力向上拉橡皮筋，原因是水分子和玻璃的分子间存在________作用。
(2)往一杯清水中滴入一滴红墨水，一段时间后，整杯水都变成了红色，这一现象在物理学中称为______现象，是由于分子的________而产生的，这一过程是沿着分子热运动的无序性的方向进行的。
12一定质量的气体被压缩，从而放出热量，其熵怎样变化？
13保持体积不变，将一个系统冷却，熵怎样变化？
14自然过程的方向性是从有序状态自发地转向无序状态。
如何根据这种理论说明热传递和功改变内能的两种过程的不可逆性？
参考答案
1答案：ABD
2解析：若系统是封闭的，则不会出现结晶的过程，结晶是由于水分的蒸发，是外界因素的影响。
答案：BD
3答案：AD
4解析：如果过程是可逆的，则熵不变，如果过程是不可逆的，则熵增加。
而是一切自然过程都是向着分子热运动的无序的方向进行。
故ABD正确。
答案：ABD
5解析：能量耗散说明能量的转化过程中仍遵守能量的守恒定律，只是具有方向性，不可逆。
答案：BD
6解析：一个宏观态对应的微观态越多，说明这个宏观态是比较无序的，故D对。
答案：D
7答案：A
8答案：D
9答案：C
10答案：ABEG
11答案：(1)大引力(2)扩散无规则运动
12解析：气体被压缩过程中，体积减小，分子间的相对位置越来越确定，系统的无序程度越来越小，所以熵减小。
13解析：系统冷却，温度降低，系统内分子无规则运动减弱，所以熵减小了。
14解析：在热传递过程中，热量总是从高温物体自发地流向低温物体，直到两个物体的温度相同。
初始状态，进行热传递的两个物体所组成的系统温度不同，这是比较不均匀的状态，也是比较有序的状态；末状态，系统的温度相同，是比较均匀的状态，也就是比较无序的状态，所以热传递的过程是从比较有序的状态向着比较无序的状态转化的。
即向熵增加的方向转化的，是不可逆的。
同样，功改变内能的过程也是不可逆的，这种不可逆是指功(机械能)可以全部转化为内能，而内能却不能全部转化为机械能(功)。
具有机械能的物体是比较有序的状态，随着功转变成内能，物体无序化的程度增加，这种从有序到无序的自发的转化过程，体现了自然过程的方向性，即熵增加的方向进行，所以不可逆。