最新 高中物理 公开课课件 2.5有序、无序和熵课件 新人教版选修1-2

探究一
探究二
题后反思 解此题应抓住以下几条进行分析 :
(1)热传导的方向性。 (2)正确理解热力学第二定律。 (3)对能量耗散的理解。这是因为能量耗散过程中,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。
探究一
探究二
【例题 1】 下列说法中正确的是( 多 B.热机的效率从原理上讲可达到 100%
)
A.从甲物体能自发传递热量给乙物体,说明甲物体的内能比乙物体的
C.因为能量守恒,所以 “能源危机 ”是不可能的 D.以上说法均不正确
探究一
探究二
解析:自发的热传递的条件是必须存在温差,而不是内能差。甲物体能 传递热量给乙物体,说明甲物体的温度比乙物体的高,所以 A 项错。由热力 学第二定律 “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 他变化 ”可知,任何热机的机械效率都不可能达到 100%,因此 B 项错。关于 “能源危机 ”必须明确几点 :(1)能源是提供能量的资源,如煤、石油等。(2)人 们在消耗能源时,放出的能量,有的转化为内能,有的转化为机械能等,但是 最终基本上都转化成了内能,人们无法把这些内能收集起来再利用( 能量耗 散),而可供利用的能源是有限的,不可能再生(或短时间内不可再生),因 此,“能源危机 ”并非说明能量不守恒,所以 C 项错。故正确选项为 D。 答案:D
探究一
探究二
对能量的耗散与退化的理解
●问题导引● 既然能量是守恒的,我们为什么还要节约能源 ?
提示:能量是守恒的,但能量耗散却导致能量品质的降低,高品质的能量 释放出来并最终转化为低品质的能量。可见,虽然能量不会减少,但方便使 用的能源会越来越少,所以要节约能源。
探究一
探究二
●名师精讲● 1.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,这种现象叫作能 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。
提示:前者是有序的,后者是无序的。自发的过程 是从有序向着无序发展。
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一、能量的耗散与退化
1.概念 :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不断降低,这就是能 量的耗散与退化。 2.理解 能量的耗散过程,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。
1.熵 :熵是表征系统无序程度的物理量,熵越大,系统的无序程度越高。 2.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,这就是熵增加原理。
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四、有序向无序的转化
1.有序和无序 有序是指各处都不一样,不平均、有差别;无序是指各处都一样,平均、 没有差别。 2.有序向无序的转化 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
思考“在新疆某些地区夏季昼夜温差达 15 ℃”“在我国东部沿海地 区秋冬两季最高气温相差 15 K ”,这两种叙述中的温度差哪种说法大些? 提示:一样大。因为用热力学温度和摄氏温度表示温度变化时,每变化 1 ℃和每变化 1 K 数值上是相等的,只是它们的零值规定不同。
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三、熵增加原理
探究一
探究二
2.对能量的耗散与退化的理解 (1)在利用能源的实际过程中,由于摩擦、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。 由于宏观过程的不可逆性,导致这 些能量无法重新收集而加以利用,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。
五、有序、无序和熵
情境导入 如图所示,威武的解放军在国庆 60 周年阅兵 式上整齐地行进;春运中拥挤的人群杂乱无章。 这两个例子中,哪个是有序的,哪个是无序的?自 发的过程是从有序向着无序发展还是从无序向 着有序发展?
课程目标 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.初步了解熵及熵增加原 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。
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探究二
●名师精讲● 1.热力学温度与摄氏温度的关系 (1)热力学温度与摄氏温度的关系 T=t+273.15 K,一般可表示为 T=t+273 K。 (2)热力学温标与摄氏温标的区别和联系 用热力学温标表示的温度和用摄氏温标表示的温度,虽然起点不同,但 是表示的温度的间隔是相同的,即 ΔT=Δt 。 由于热力学温度的单位大小等于摄氏温度的 1 ℃,在表示温差时,1 K=1 ℃。 即摄氏温标的 1 ℃的分格与绝对温标的 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,而不能说前者升高 10 ℃后 者就升高了 283 K。
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思考在机械能、 内能、 电能中,哪一种形式的能量品质最低?为什么 ? 提示:内能,这是因为内能不如机械能、电能好用,它只能部分用于做功, 而总有一部分内能要散发到温度较低的环境中。
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二、绝对零度不可达到
1.绝对零度 热力学温标的零度(-273.15 ℃),是宇宙中温度的下限,叫作绝对零度。 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,这个结论叫热力学第三定律。
探究一
探究二
对熵和熵增加原理的理解
●问题导引● 质量相同、温度相同的水,如图所示分别处于固态、液态和气态三种状 态下,它们的熵的大小有什么关系 ?为什么 ?
探究一
探究二
提示:气态时的熵最大,其次是液态,固态时熵最小。这是因为质量相同 的水,可以由固态自发地向液态、气态转化,也可由液态自发地向气态转化, 根据熵增加原理,任何一个系统自发变化时,系统的熵要么增加,要么不变, 但不会减少,所以,气态时的熵最大,其次是液态,固态时的熵最小。