2022-2023年高考物理一轮复习 热力学第二定律的微观解释 能源和可持续发展

热力学第二定律的微观解释能源和可持续发展\n1．一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.2．在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会减小.3．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低为不大可用的低品质形式.\n1．有序、无序一个系统的个体按确定的,有顺序地排列即有序；个体分布确定的要求,“怎样分布都可以”即无序.2．宏观态、微观态系统的状态即宏观态,系统内个体的状态即微观态.某种规则没有不同分布宏观\n3．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增大的方向进行.4．熵及熵增加原理(1)熵：表达式S＝klnΩ,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.无序性无序性不会减小\n1．有序、无序的含义“无序”意味着各处一样、平均、没有差别,而有序则正好相反.2．熵的含义“有序”和“无序”是相对而言的,是从有序程度上讲的,熵是宏观态无序程度的量度,熵越高,意味着宏观态所对应的微观态数目越多,即越无序,熵越低即越有序.\n3．热力学第二定律的微观解释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.换一种角度看,初始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.\n同理可知,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.4．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的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”.\n1．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\n解析：无序意味着各处都一样,平均没有差别,有序则相反.有序和无序是相对的.系统的宏观状态对应的微观态的多少表现为宏观态无序程度的大小,一个“宏观态”可能对应着许多的“微观态”.故A、B、D正确.答案：ABD\n1.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,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、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.内能自动发生方向性\n(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.2．能源和环境\n2．下列关于能量耗散的说法,正确的是()A．能量耗散使能的总量减少,违背了能量守恒定律B．能量耗散是指耗散在环境中的内能再也不能被人类利用C．各种形式的能量向内能的转化,是能够自动全额发生的D．能量耗散导致能量品质的降低\n解析：能量耗散是能量在转化的过程中有一部分以内能的形式被周围环境吸收,遵守能量守恒定律,但使得能量的品质降低,故A错,D对；耗散的内能无法再被利用,B项对；其他形式的能在一定的条件下可以全部转化为内能,但相反过程却不能够全额进行,C项对.答案：BCD\n[例1]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比较有序运动状态向比较无序运动状态转变的过程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变的过程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\n[思路点拨]热力学第二定律在微观上看是大量分子运动总是沿着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变的过程,B、C、D项正确.[答案]BCD\n[借题发挥]热力学第二定律的实质是自然界中进行的涉及热现象的宏观过程具有方向性.热力学第二定律是一个统计规律：自发的宏观过程总是向无序程度更大的方向即熵增大的方向发展.\n1．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：一切自然过程总是向着无序性增大(熵增大)的方向进行,故选项A、D正确.答案：AD\n[例2]下列对能量耗散的理解正确的有()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[思路点拨]能量转化过程中总能量守恒,但散失到空气中的内能不可能收集起来用来做功,在热现象中应遵循热力学第二定律.\n[解析]在发生能量转化的宏观过程中,其他形式的能量最终会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,宇宙的能量既没有减少,也没有消失,它只从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性,故A、C错误,B、D正确.故选BD.[答案]BD[借题发挥](1)能量耗散是能量从高品质能源向低品质能源转化转移的过程；(2)能量耗散是指能量的可利用程度降低.\n2．下列关于能源的说法中正确的是()A．能源是取之不尽,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、煤炭大解析：尽管能量守恒,但耗散能量无法重新收集利用,所以能源是有限的,特别是常规能源,A错,B对；常规能源的利用比新能源核能的利用对环境影响大,C对,D错.答案：BC