物理选修3-3自主练习：第十章第五节热力学第二定律的微观解释 含解析 精品
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。
(√)
人教版 物理 选修3-3 高二 10.5 热力学第二定律的微观解释(共26张PPT)
玻尔兹曼为捍卫自己的学术成就和哲学观点， 与其他科学家进行了激烈的论战.可能由于毕生的 学术成就和执著追求被科学团体抛弃，以及令人 厌倦的长期论战和疾病的折磨， 使玻尔兹曼心灰意冷，陷入孤 独、犹豫和绝望的境地，1906 年玻尔兹曼自杀身亡，其墓碑 上刻着他最著名的公式.
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麦克斯韦妖(Maxwell’s demon)
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机械能转化为内能
对系统做功使系统发生宏观位移，做 功与分子群体的有序运动相联系. 内能是所有分子热运动动能和分子势 能之和，与分子的无序运动联系. 机械能转化为内能，从微观上来看， 是大量分子的有序运动朝无序运动的方的转 化的过程。
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热传导过程
未接触前，动能大的分子分布在高温 物体，动能小的分子分布在低温物体，体现 出一种按动能大小有序分布的状态.达到热 平衡后，所有分子处于相同的无序运动状态. 热传导过程是物体内部分子的热运动 由比较有序的状态向无序的状态转化的过程.
一切自发进行的过程沿着分子热运动无序 性增大的方向进行
熵和熵增加原理 热力学第三定律
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热力学第三定律
热力学第三定律是人们继热力学第一、 第二定律之后对低温现象进行大量的实验研 究基础上，总结归纳而成又一具有普遍意义 的热力学定律. 不可能通过有限次的过程使系统的温 度达到绝对零度. 绝对零度只能逐渐逼近而不能达到.
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小结
微观态和宏观态 有序和无序 热力学第二定律的微观意义
5
热力学第二定律的微观解释
郭雪鹏 临泉一中
热力学第二定律是从大量实验事实总 结出来的客观规律，指出一切与热现象有关 的宏观过程都是不可逆的。但各种文字表述 只能让人知其然却不知其所以然。 热现象是与大量分子无规则的热运动 相联系的。从分子微观角度，热力学第二定 律有何更深层次的解读？ 本节课阐述热力学第二定律的统计意义.
选修3-3第十章 第五节热力学第二定律的微观解释课件
第五节 热力学第二定律的微观解释
热力学第二定律指出，一切与热现象有关的 宏观自然过程都是不可逆的。在一定条件下，系 统有从非平衡态过渡到平衡态的自然倾向，这种 倾向总是单向不可逆的。从微观上看，过程的不 可逆性与系统的大量分子的无规则运动是分不开 的。今以气体向真空的自由膨胀为例，用微观的 统计平均方法 ，从本质上说明热力学第二定律的 统计意义。
一、有序与无序 宏观态与微观态
请说说下列哪些是有序的，哪些是无序的？
1. 有序和无序 只要确定了某种规则，符合这个规则的就是有序的。 有序和无序是相对的。
2. 宏观态和微观态 把满足某种“规定”的状态称之为“宏观态”，
满足这个“规定”的各种排列称之为“微观态”。
如：学生做完电学实验时整理器材：若规定：将5个电阻 （大滑动变阻器，小滑动变阻器，热敏电阻，定值电阻） 按顺序摆好，并且放在桌子左上角；将两个电表（电压表， 电流表）按顺序摆好并且放在桌子右上角；10根导线按顺 序摆好并且放在桌子左下角；两个电池按顺序摆好并且放 在桌子右下角。按上述“规定”摆放的器材组成一个系统， 所处的状态就是一个“宏观态”，这个“宏观态”也只包 含着一个“微观态”。
三、热力学第二定律的微观意义
左2右2的几率是最大的，也是最均匀的，最无序的。 这与我们日常的感觉一致，即无序指一种“平 均”“各处都一样”“没有差别”。一切自发过程的 发展总是倾向于出现概率较大的宏观态。 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
四、熵和熵增加原理
1.熵
S k ln
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。
五、热力学第三定律
不可能通过有限的过程把一个物体冷却到绝对零度。 （绝对零度不可达到）
人教版高中物理选修3-3 第10章第5节热力学第二定律的微观解释(共32张PPT)(优质版)
课后习题
1. 解析：(1)概率
p111 1 222 8
(2)概率
p12(12A244
)
1 48
(3)概率
p
A33 A66
1 120
(4)无序性增大了 2. 道理与气体扩散相近
思考与讨论答案
“左右各有2个分子”的微观态有6个； “左室有1个分子右室有3个分子”的微观 态有4个。
。2. 一份耕耘，份收获，努力越大，收获越多，奋斗!奋斗!奋斗!3. 让我们将事前的忧虑，换为事前的思考和计划吧！4. 世界上那些最容易的事情中，拖延时间最不费力5. 不管现在有多么艰辛，我们也要做个生活的舞者。6. 奋斗是万物之父。— —陶行知7. 上帝制造人类的时候就把我们制造成不完美的人，我们一辈子努力的过程就是使自己变得更加完美的过程，我们的一切美德都来自于克服自身缺点的奋斗。8. 不要被任何人打乱自己的脚步，因为没有谁会像你一样清楚 和在乎自己的梦想。9. 时间不在于你拥有多少，只在于你怎样使用10. 水只有碰到石头才能碰出浪花。11. 嘲讽是一种力量，消极的力量。赞扬也是一种力量，但却是积极的力量。12. 在我们成长的路上也会遇到一些挫折，一些困 难，那韩智华就是我们的榜样，永不认输，因为我知道挫折过后是一片晴朗的天空，瞧，成功就在挫折背后向我们招手，成功就是在努力的路上，“成功就在努力的路上”！让我们记住这句话，向美好的明天走去。13. 销售世界上 第一号的产品——不是汽车，而是自己。在你成功地把自己推销给别人之前，你必须百分之百的把自己推销给自己。14. 不要匆忙的走过一天又一天，以至于忘记自己从哪里来，要到哪里去。生命不是一场速度赛跑，她不是以数量 而是以质量来计算，知道你停止努力的那一刻，什么也没有真正结束。15. 也许终点只有绝望和失败，但这绝不是停止前行的理由。16. 有事者，事竟成；破釜沉舟，百二秦关终归楚；苦心人，天不负；卧薪尝胆，三千越甲可吞吴。 17. 我颠覆了整个世界。只为了摆正你的倒影18. 好的想法是十分钱一打，真正无价的是能够实现这些想法的人。19. 伤痕是士兵一生的荣耀。20. 只有一条路不能选择——那就是放弃的路；只有一条路不能拒绝——那就是成长的路。 21. 多对自己说“我能行，我一定可以”，只有这样才不会被“不可能”束缚，才能不断超越自我。22. 人生本来就充满未知，一切被安排好反而无味——坚信朝着目标，一步一步地奋斗，就会迈向美好的未来。23. 回避现实的人， 未来将更不理想。24. 空想会想出很多绝妙的主意，但却办不成任何事情。25. 无论什么思想，都不是靠它本身去征服人心，而是靠它的力量；不论靠思想的内容，而是靠那些在历史上某些时期放射出来的生命的光辉。——罗曼·罗 兰《约翰·克利斯朵夫》26. 上帝助自助者。27. 你的爸妈正在为你奋斗，这就是你要努力的理由。28. 有很多人都说：平平淡淡就福，没有努力去拼博，又如何将你的人生保持平淡?又何来幸福?29. 当事情已经发生，不要抱怨，不 要沮丧，笑一笑吧，一切都会过去的。30. 外在压力增加时，就应增强内在的动力。31. 我们每个人都应微笑面对人生，没有了怨言，也就不会有哀愁。一个人有了希望，就会对生活充满信心，只要你用美好的心灵看世界，总是以 乐观的精神面对人生。32. 勇敢的人。——托尔斯泰《袭击》33. 昨天下了雨，今天刮了风，明天太阳就出来了。34. 是的，成功不在于结果，更重要的是过程，只要你努力过，拼搏过，也许结果不一定是最好的那也走过了精彩的过 程，至少，你不会为此而后悔。35. 每一天的努力，以后只有美好的未来。每一天的坚持，换来的是明天的辉煌。36. 青年最要紧的精神，是要与命运奋斗。——恽代英37. 高峰只对攀登它而不是仰望它的人来说才有真正意义。38. 志不可立无可成之事。如无舵之舟，无衔之马，飘荡奔逸，何所底乎？--王守仁39. 拿望远镜看别人，拿放大镜看自己。40. 顽强的毅力可以征服世界上任何一座高峰。——狄更斯41. 士人第一要有志，第二要有识，第三要有恒。— —曾国42. 在我们能掌控和拼搏的时间里，去提升我们生命的质量。43. 我们不是等待未来，我们是创造未来，加油，努力奋斗。44. 人生如画，一笔一足迹，一步一脚印，有的绚丽辉煌，有的却平淡无奇。45. 脚跟立定以后，你必 须拿你的力量和技能，自己奋斗。——萧伯纳46. 一个能从别人的观念来看事情，能了解别人心灵活动的人，永远不必为自己的前途担心。
高中物理选修3-3-热力学第二定律的微观解释
热力学第二定律的微观解释知识元热力学第二定律的微观解释知识讲解1．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2．熵（1）物理意义：系统内分子运动无序程度的量度；（2）表达式：S=klnΩ,S表示熵，k表示玻耳兹曼常数，Ω表示微状态的数目（3）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3．第二类永动机不可制成（1）定义：从单一热源吸收的热量，可以全部用来做功，而不引起其他变化的机器．即：效率η=100%的机器．（2）原因：违背了热力学第二定律，但没有违背能量守恒定律例题精讲热力学第二定律的微观解释例1.下列说法正确的是（）A．熵增加原理说明一切自然过程总是向着分子热运动的无序性减少的方向进行B．密闭容器中液体上方的饱和汽压随温度的升高而增大C．一种溶液是否浸润某种固体，与这两种物质的性质都有关系D．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量E．有的物态变化中虽然吸收热量但温度却不升高例2.下列说法正确的是（）A．布朗运动说明了液体分子与悬浮颗粒之间存在着相互作用力B．物体的内能在宏观上只与其所处状态及温度有关C．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D．分子间的吸引力和排斥力都随分子间距离增大而减小E．气体对器壁的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力例3.下列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．在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小C．热力学第二定律也叫做熵减小原理D．熵值越大，代表系统内分子运动越无序例4.下列关于熵的观点中正确的是（）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，其熵总不会减小C．气体向真空扩散时，熵值减小D．自然过程中熵总是增加，是因为通向无序的渠道要比通向有序的渠道多得多。
(选修3-3)10.5热力学第二定律的微观解释教案
五、热力学第二定律的微观解释［要点导学］1．我们已经知道，系统的宏观表现源于组成系统的微观粒子的统计规律．本节就是从微观的角度说明为什么涉及热运动的宏观过程会有一定的方向性．2．有序与无序是相对的．对应于要求较高的宏观态下的微观态的个数，对应于要求较低的宏观态下的微观态的个数．对应于微观态个数较少的宏观态比对应于微观态个数较多的宏观态显得．（填“有序”或“无序”）如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说这个“宏观态”是比较的．3．根据课本上四个气体分子向真空扩散的例子可得，“左2右2”这种宏观上看来均匀分布的情况，所对应的微观态的个数，“左0右4”、“左4右0”这种极端不均匀的宏观态所对应的微观态的个数．“左2右2”是一种更为无序的状态，这也与我们日常的感觉一致，即无序指一种“平均”“各处都一样”“没有差别”．4．热力学第二定律的微观意义：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．自发过程总是从有序向着无序发展的．5．一个宏观状态对应的微观状态的多少是个很重要的物理量，它标志着这个宏观态的无序程度，从中还可以推知系统将朝什么方向变化．物理学中用字母Ω表示该物理量．6．玻耳兹曼在1887年提出了熵Ｓ与微观态的数目Ω的关系，即Ｓ∝lnΩ，后来普朗克把它写成Ｓ＝klnΩ，式中k叫做玻耳兹曼常数．熵Ｓ是系统内分子运动的量度．7．用熵的概念表示的热力学第二定律是，我们把热力学第二定律也叫做熵增加原理．8．从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律：一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序度更大的方向发展．9．熵增加原理、不可逆过程与自然界和社会是相关联的．任何事情都是自发地变得糟糕（无序或叫熵增加）．例如：小孩的房间倾向于脏乱，不会倾向于整洁；头发总会自发地变得脏，变得蓬乱；人老了皮肤会变皱，花会枯萎，山会风化等等，这些都反映的是一种不可逆．同时热力学第二定律也告诉我们，要获得（有序）就必须付出（能量）．例如要让学习一塌糊涂（无序），非常容易，若要让学习成绩不断提高（有序），需要付出努力（能量）．要使小孩的房间保持整洁，就必须经常整理．要保持头发柔顺、飘逸，就必须经常护理．［范例精析］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．请从熵增加原理角度解释热传递的这种方向性．解析我们知道温度是物体分子热运动的平均动能的标志，也就是说，温度高就表示物体分子热运动的平均动能大．两个温度不同的物体接触时，两个物体所在处的分子平均动能是不一样的，也就是这样的宏观态相对于分子平均动能处处相等的宏观态来说是有序的．根据熵增加原理，宏观过程总是向无序度更大的方向发展，最后就会变成分子的平均动能处处相等．也即温度相等．分子在碰撞过程中传递热量，因此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．同样地，一个温度处处相等的物体，其各处的分子平均动能都是相等的，这样的宏观态相对于一部分分子平均动能大另一部分分子平均动能小的宏观态来说是无序的，根据熵增加原理知，这不可能自发地进行．拓展自然界的一切宏观过程都是自发地向着“平均”“各处都一样”“没有差别”这个方向发展．如果要倒过来，则必须要引起其它变化．例2成语“覆水难收”指的是一盆水泼出后是不可能再回到盆中的．请从不同宏观态所对应的微观态数目不同这个角度，解释为什么水不会自发地聚到盆中．解析一盆水构成一定形状的水体，水分子在这水体中的活动空间受到一定限制．把这盆水泼出去，水分子可以到达许多不同的位置，而且水分子到达不同位置的机会几乎相等，这样的宏观态下的微观态的数目远远大于整盆水这一宏观态下的微观态的数目．根据熵增加原理可知“覆水难收”的道理．拓展对这类问题的分析要从分子动理论的角度出发，比较各个宏观态下的微观态情况．例3．试分析说明气体自由膨胀的不可逆性和功热转换过程的不可逆性．先分析气体的自由膨胀．在膨胀过程中，原来被封闭在容器左侧的分子在抽掉隔板后的一瞬间仍聚集在左侧．对于左、右两侧这一整体来讲，这显然是一种高度有序的分布．自由膨胀后，气体系统就变得更加无序了．因此，气体的自由膨胀过程是沿着无序性增大的方向进行的．再看看功热转换和热传导的情形．功变热是机械能转变为内能的过程．从微观上看，机械能是大量分子有序运动的能量，而内能则是分子作无序运动时所具有的能量，所以功变热是分子的有序运动转化为无序运动的过程．相反的过程，即分子的无序运动转化为有序运动，不可能发生．这就表明，功热转换过程是沿着无序性增大的方向进行的．两者均是向着无序性增大的方向进行．。
物理版选修33课件第十章5热力学第二定律的微观解释
1．下列过程中，可能发生的是( C )
A．某工作物质从高温热源吸收 20 kJ 的热量，全部转化为 机械能，而没有其他任何影响
B．打开一高压密闭容器，其内气体自发逸出后又自发跑进 去，恢复原状
C．利用其他手段，使低温物体的温度更低，高温物体的温 度更高
D．将两瓶不同的液体自发互溶，然后又自发地各自分开 解析：根据热力学第二定律，热量不可能从低温物体自发 地传给高温物体，而不引起其他的变化，但通过其他手段是可 以实现的，故 C 项对；内能自发地全部转化为机械能是不可能 的，故 A 项错；气体膨胀具有方向性，故 B 项错；扩散现象也 有方向性，D 项也错．
名师点睛：有序态指的是对应着较少微观态那样的宏观态. 二、热力学第二定律的微观解释
1．微观意义 一切自然过程总是沿着分子热运动的___无__序__性_____增大的 方向进行的．
2．熵 (1)概念：表示系统___无__序__程__度_____的物理量，其微小变化
量为热量与温度的比值，即ΔS＝
ΔQ T.
2．以下说法不正确的是( C ) A．电冰箱的食品温பைடு நூலகம்比室内温度低，说明在一定条件下热 传导也可以由低温物体向高温物体进行
B．内能可以转化为机械能 C．能量的耗散否定了能量的转化与守恒定律 D．能量的耗散说明自然界的宏观过程具有方向性 解析：热量在外界条件下可以由低温物体向高温物体传递； 自然界的宏观过程都具有方向性．
一、有序和无序 宏观态和微观态
1．有序和无序 (1)有序：只要确定了某种规则，则符合它的就叫有序． (2)无序：不符合某种确定规则的称为无序． 2．宏观态和微观态 (1)宏观态：符合某种规定、规则的状态． (2)微观态：在宏观态下符合另外的规定、规则的状态叫这 个宏观态的微观态．
人教版选修3-3课后作业第十章 热力学第二定律的微观解释
热力学第二定律的微观解释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.一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行2.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3.(多选)下列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4.已知一个系统的两个宏观态甲、乙,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自发过程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5.(多选)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6.(多选)以一副扑克牌为例,下列关于有序和无序、宏观态和微观态的认识中不正确的是( )A.按黑桃、红桃、草花、方块的顺序,而且从大到小将扑克牌排列起来,扑克牌这时是有序的B.将扑克牌按偶数和奇数分成两部分,扑克牌是无序的,每部分内部是有序的C.一副扑克牌是一个宏观态,将牌洗动一次就是一个微观态D.一副扑克牌按偶数和奇数分成两部分,这是一个宏观态,从偶数部分抽出一张插入到奇数部分,它是该宏观态对应的一个微观态7.(多选)从微观角度看,下列说法正确的是( )A.一个非孤立系统可能从熵大的状态向熵小的状态发展B.一个非孤立的系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展C.一个宏观态所对应的微观态越多,越是无序,熵值越大D.出现概率越小的宏观状态,熵值越大E.出现概率越大的宏观状态,熵值越大8.(多选)下列关于熵的观点中,正确的是( )A.熵越大,代表系统分子运动越无序B.熵较大的宏观状态就是无序程度很小的宏观状态,也就是出现概率较小的宏观状态C.在孤立系统中,一个自发的过程总是向熵减小的方向进行D.热力学第二定律的微观实质是熵是增加的,因此热力学第二定律又叫熵增加原理9.(多选)下列关于熵的观点中正确的是( )A.熵越大,系统的无序程度越大B.对于一个不可逆绝热过程,其熵总不会减小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得多10. (多选)关于热力学定律,下列说法正确的是( )A.热力学第二定律也叫做熵减小原理B.对气体做功可以改变其内能C.一定质量的理想气体等压膨胀过程一定吸热D.热量不可能从低温物体传到高温物体E.如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡,那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡11. (多选)关于热力学定律,下列说法正确的是( )A.根据热力学第一定律可知,一定质量的理想气体等压膨胀对外做功,内能一定减少B.第一类永动机制不成,是因为它违反了能量守恒定律C.热力学第二定律是从另一个角度阐述能量守恒定律D.从微观意义上讲,热力学第二定律是一个统计规律E.熵是系统内分子运动无序性的量度,一个孤立的系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展12. (多选)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13.如图所示,质量、温度相同的酒精,分别处于气态、液态和固态三种状态下,它们的熵的大小有什么关系?为什么?14. (多选)下列说法正确的是( )A.扩散现象说明分子总在做无规则热运动B.物体吸热,物体分子平均动能必定增大C.内能可以全部转化为机械能而不引起其他变化D.分子间距等于分子间平衡距离时,分子势能最小E.一切热现象的自发过程总是向着分子热运动的无序性增大的方向进行15. (多选)理想气体在真空中绝热膨胀时( )A.气体对外界做功B.气体内能不变C.气体温度降低D.分子热运动的无序性增大16. (多选)下列说法中正确的是( )A.达到热平衡的两物体的内能一定相等B.民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病,方法是将点燃的纸片放入火罐内,当纸片燃烧完时,迅速将火罐开口端紧压在皮肤上,火罐就会紧紧地“吸”在皮肤上。
人教版高中物理选修3-3--热力学第二定律的微观解释 例题解析(含解析)
人教版高中物理选修3-3热力学第二定律的微观解释例题解析1．电冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气，这说明了A．热量能自发地从低温物体传给高温物体B．在一定条件下，热量可以从低温物体传给高温物体C．热量的传导过程不具有方向性D．在自发地条件下热量的传导过程具有方向性[精与解]我们知道，一切自发过程都有方向性，如热传导，热量总是由高温物体传向低温物体；又如扩散，气体总是由密度大的地方向密度小的地方扩散。
如果在外界帮助下气体可以由密度大的地方向密度小的地方扩散，热量可以从低温物体传向高温物体，电冰箱就是借助外力做功把热量从低温物体─冷冻食品传向高温物体─周围的大气。
所以，在回答热力学过程的方向问题时，要区分是自发过程还是非自发过程，电冰箱内热量传递的过程是有外界参与的。
本题答案是A错B对C错D对。
[解后思]热力学第二定律的克劳修斯表述说明了内能转移过程的方向性；开尔文表述体现了机械能和内能之间转化的方向性，得出了第二类永动机是不可能制成的结论。
定律的实质是说明了一切自发过程的方向性、不可逆性，其功用是可以判断一切过程进行的方向和限度。
热力学第一定律说的是过程必须满足能量守恒定律，而热力学第二定律则说明过程能否实现。
二者是相辅相成、缺一不可的。
2．下面关于熵的说法错误的是A．熵是物体内分子运动无序程度的量度B．在孤立系统中，一个自发的过程总是向熵减少的方向进行C．热力学第二定律的微观实质是熵是增加的，因此热力学第二定律又叫熵增加原理D．熵值越大，代表系统分子运动越无序[精与解]热力学第二定律提示：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。
例如，功转变为热是机械能或电能转变为内能的过程是大量分子的有序运动向无序运动转化，气缸内燃气推动活塞做功燃气分子作有序运动，排出气缸后作越来越无序的运动。
物理学中用熵来描述系统大量分子运动的无序性程度。
热力学第二定律用熵可表述为：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小，也就是说，一个孤立系统的熵总是从熵小的状态向熵大的状态发展。
2020高中物理选修3-3同步第十章 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意义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．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，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]1．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)熵值越大代表着越有序．(×)(3)孤立系统的总熵可能增大，也可能减小．(×)(4)能源是取之不尽、用之不竭的．(×)(5)大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源．(√)2．两个温度不同的物体接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，直到两者温度相等；一个温度处处相等的物体，不可能自发地变成一部分温度高，另一部分温度低．这一事实说明，一切自然过程总是沿着分子热运动________的方向进行．答案无序性增大一、热力学第二定律的微观意义[导学探究](1)如图1所示，一幅是阅兵式的图片，另一幅是清明上河图(局部)，从这两幅图中我们看出了什么？图1(2)①如图2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2②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)阅兵式图片较有序，清明上河图较无序．(2)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．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．[知识深化]1．热力学第二定律的微观解释(1)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．(2)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．(3)换一种角度看，初始状态我们根据温度的高低来区分两个物体，而终了状态两个物体上的温度处处相同，无法区别，我们就说系统的无序程度增加了．(4)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(1)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．(2)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”．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，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，即无序性增大的过程．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．例2(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．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3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3(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．[知识深化]1．能源的分类2.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．3．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．能源是能够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．例4(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.(热力学第二定律的微观意义)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．2．(熵增加原理)(多选)关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，其系统的总熵总是增加的，它不可能减小，故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C 正确，D错误．3．(能源开发与利用)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 D4．(能源与环境)(多选)关于“温室效应”，下列说法正确的是()A．太阳能源源不断地辐射到地球上，由此产生了“温室效应”B．石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，由此产生了“温室效应”C．“温室效应”使得地面气温上升，两极冰雪熔化D．“温室效应”使得土壤酸化答案BC解析“温室效应”的产生是由于石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量．它的危害是使地面气温上升、两极冰雪熔化、海平面上升淹没沿海城市等，故正确答案为B、C.一、选择题考点一热力学第二定律的微观解释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、没有差别答案BD解析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”，所以B项正确，C项错误．2．已知一个系统的两个宏观态甲、乙，其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．3．(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AC解析一切自然过程总是从有序转化为无序，因此盆中的水是较为有序的，泼出的水是较为无序的．考点二熵增加原理4．(多选)下列关于晶体熔化的说法中正确的是()A．在晶体熔化的过程中，温度不变，分子热运动的平均速率不变，则无序程度不变B．晶体熔化时，由分子的平衡位置在空间较为规则排列，变为分子的平衡位置较为无序排列，则无序度增大C．在晶体熔化的过程中，熵将保持不变D．在晶体熔化的过程中，熵将增加答案BD5．(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AD考点三能源的开发与利用6．(多选)下面关于能源的说法中正确的是()A．一切能源都是取之不尽，用之不竭的B．能源是有限的，特别是常规能源，如煤、石油、天然气等C．大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源D．核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭大答案BC7．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 C8．(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二、非选择题9．(能源的开发和利用)(1)关于能量耗散，下列说法中正确的是________．A．能量耗散是指在一定条件下，能量在转化过程中总量减少了B．能量耗散表明能量守恒定律是不正确的C．能量耗散表明在能源的利用过程中，能量在数量上并未减少，但是在可利用的品质上降低了D．能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性E．煤炭中常常含有较多的硫，大量燃烧形成的二氧化硫等物质使雨水中酸度升高，形成“酸雨”(2)某地的平均风速为5 m/s，已知空气密度是1.2 kg/m3，有一风车，它的车叶转动时可形成半径为12 m的圆面，如果这个风车能将此圆内10%的气流的动能转变为电能，则该风车带动的发电机功率是多少？答案(1)CDE(2)3.4 kW解析(1)能量耗散的过程是能量向品质低的内能转变的过程，但是总的能量是守恒的，能量不能凭空产生，也不能凭空消失，故A、B错误；能量耗散表明在能源的利用过程中，能量在数量上并未减少，但是在可利用的品质上降低了，C正确；根据热力学定律可知，宏观自然过程自发进行是有其方向性的，能量耗散就是从能量的角度反映了这种方向性，故D 正确；煤炭中常常含有较多的硫，大量燃烧形成的二氧化硫等物质使雨水中酸度升高，形成“酸雨”，选项E正确．(2)在时间t内作用于风车的气流质量为m＝πr2v tρ这些气流的动能为122m v转变的电能为E＝12×10%2m v故风车带动的电动机功率为P ＝E t ＝12πr 2ρv 3×10% 代入数据得P ≈3.4 kW.。
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我夯基 我达标
1.a 、b 两个分子分配在容器A 、B 里共有________个微观态，每个微观态出现的几率为________.那么N 个分子分配在l 个容器中，共有________个微观态，每个微观态出现的几率为________.
思路解析：将A 、B 容器看作一个孤立系统，则每种分配情况可看作一个微观态，如下表：
那么共有4个微观态，且出现微观态的几率为4
，依次推广，可知N 个分子在l 个容器中共有l N 个微观态，每种微观态出现的几率为N
l 1. 答案：4
41 l N N l
1 2.热力学第二定律指出了热量传递方向和热功转化方向的不可逆性，这一结论可以从微观角
度出发，从统计意义来进行解释.
图10-5-1
气体自由膨胀的不可逆性可以用几率来说明.
图10-5-2
(2)a 、b 、c 三分子全部回到A 室的几率为_________ (3)N 0个分子全部自动收缩到A 室的几率为_________.
思路解析：a 分子在自由运动后，在A 室、B 室的几率分别为
2
1
，b 分子在A 室、B 室的几率分别为21，c 分子在A 室、B 室的几率为21，则a 、b 、c 在A 室的几率为21×21×21=32
1
=8
1 假设有N 个分子，则在A 室的几率为N 2
1
.
答案：21 81 N 2
1
→0
我综合我发展
3.把a、b、c、d四个分子分别放在甲、乙两个容器时，使“甲、乙容器各有2个分子”的微观状态有多少个？
思路解析：我们可以把这个系统看作是孤立的系统，a、b、c、d四个分子可以随意地放在
那么，“甲乙容器各有2个分子”的微观状态有6个.
答案：6
我创新我超越
4.参与不可逆过程的所有物体的熵的总和总是增加的，这种演变规律说明了什么？
答案：从热力学意义上讲，熵是不可用能量度的，熵增加意味着系统的能量数量不变，但质量却越变越坏，转变成功的可能性越来越低，不可用程度越来越高.因此熵增加意味着能量在质方面的耗散.
从统计意义上讲，熵反映分子运动的混乱程度或微观态数的多少.熵增加反映出自发过程总是从热力学几率小的或微观状态数少的宏观状态向热力学几率大的或微观状态数多的宏观状态演变.系统的最终状态是对应于热力学几率最大，也就是说是最混乱的那种状态，即平衡态.。