選修3-3
第十章
10.5 熱力學第二定律的微觀解釋
10.6 能源和可持續發展
一、教材分析
熱力學第二定律以宏觀事實為基礎，告訴我們熱學現象和熱學過程應該遵循的規律，本節要從微觀的角度說明，為什么涉及熱運動的宏觀過程會有這樣的方向性。
二、目標
1.了解有序和無序，宏觀態和微觀態的概念。
2.了解熱力學第二定律的微觀意義。
3.了解熵的概念，知道熵是反映系統無序程度的物理量。知道隨著條件的變化，熵是變化的。
4. 理解能量耗散和品質降低的概念。.理解能源的利用實際上是能量的轉化和轉移過程。
5. 了解常規能源的使用帶來的環境污染。.了解開發新能源的方法和意義。
三、重難點
1.了解熱力學第二定律的微觀意義。
2.了解熵的概念，知道熵是反映系統無序程度的物理量。
3..理解能量耗散和品質降低的概念。
四、學情分析
學生掌握了熱力學第二定律，但不知道它的微觀解釋。本節中的概念“有序”、“無序”、“熵”不易理解。熱力學第二定律的微觀解釋較抽象。“能源和可持續發展”內容簡單，易于掌握。
五、教學方法
思考、討論、總結發言，多媒體。
六、課前準備
預習學案 閱讀課本
七、課時安排 1課時
八、教學過程
（一）預習檢查、總結疑惑
（二）情景引入、展示目標
（三）合作探究、精講點撥
1.有序和無序
有序：只要確定了某種規則，符合這個規則的就叫做有序。
無序：不符合某種確定規則的稱為無序。
無序意味著各處都一樣，平均、沒有差別，有序則相反。
有序和無序是相對的。
2.宏觀態和微觀態
宏觀態：符合某種規定、規則的狀態，叫做熱力學系統的宏觀態。
微觀態：在宏觀狀態下，符合另外的規定、規則的狀態叫做這個宏觀態的微觀態。
系統的宏觀態所對應的微觀態的多少表現為宏觀態無序程度的大小。如果一個“宏觀態”對應的“微觀態”比較多，就說這個“宏觀態”是比較無序的，同時也決定了宏觀過程的方向性——從有序到無序。
3.熱力學第二定律的微觀意義
一切自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行。
4.熵和系統內能一樣都是一個狀態函數，僅由系統的狀態決定。從分子運動論的觀點來看，熵是分子熱運動無序(混亂)程度的定量量度。
一個系統的熵是隨著系統狀態的變化而變化的。在自然過程中，系統的熵是增加的。
在絕熱過程或孤立系統中，熵是增加的，叫做熵增加原理。對于其它情況，系統的熵可能增加，也可能減小。
從微觀的角度看，熱力學第二定律是一個統計規律：一個孤立系統總是從熵小的狀態向熵大的狀態發展，而熵值較大代表著較為無序，所以自發的宏觀過程總是向無序程度更大的方向發展。
典例探究
例： 一個物體在粗糙的平面上滑動，最后停止。系統的熵如何變化？
解析：因為物體由于受到摩擦力而停止運動，其動能變為系統的內能，增加了系統分子無規則運動的程度，使得無規則運動加強，也就是系統的無序程度增加了，所以系統的熵增加。
友情提示：本題考查的是對熵增加原理的理解和應用。
1.能量耗散：系統的內能流散到周圍環境中，沒有辦法把這些內能收集起來加以利用，這種現象叫做能量耗散。
2.品質降低：能量從高度有用的形式降級為不大可用的形式叫品質降低。
能量在利用過程中，總是由高品質的能量最終轉化為低品質的內能。
3.能源：能源是指能夠提供可利用能量的物質，它是現代社會生活的重要物質基礎。
常規能源：指已被廣泛應用的能源，如煤、石油、天然氣、水力等。
4.能源危機與環境污染
(1).近一百年，地球人口由16億增加到目前的50億，凈增了2倍多，而能源消耗據統計卻增加了16倍。按目前的消耗量，專家預測石油、天然氣最多只能維持半個世紀，煤炭尚可維持一二百年。
(2).能源利用的過程也直接污染著地球環境
①溫室效應：化石燃料燃燒放出的大量二氧化碳，使大氣中二氧化碳的含量大量增高，導致“溫室效應”，造成地面溫度上升，兩極的冰雪融化，海平面上升，淹沒沿海地區等不良影響。
②酸雨污染：排放到大氣中的大量二氧化硫和氮氧化物等在降水過程中溶入雨水，使其形成酸雨，酸雨進入地表、江河，破壞土壤，影響農作物生長，使生物死亡，破壞生態平衡。同時腐蝕建筑結構、工業裝備、動力和通訊設備等，還直接危害人類健康。
③臭氧層的破壞：臭氧層的存在對吸收紫外線方面起著舉足輕重的作用，一旦臭氧層遭到破壞，對生物有害的紫外線會毫無遮攔地照射到地面上，會提高皮膚癌和白內障的發病率，也會影響我們的免疫系統。同時對不同生態系統中生物的生長、發育、繁殖、分布和生物地球化學循環都會造成一系列危害。
5.新能源的開發
（1）.新能源：指目前尚未被人類大規模利用而有待進一步研究、開發和利用的能源，如核能、太陽能、風能、地熱能、海洋能、氫能等。
（2）.無窮無盡的太陽能：
九、板書設計：
熱力學第二定律的微觀意義：
1.有序和無序
2.熱力學第二定律的微觀意義：
3.熵增加原理
能源和持續發展：
1.能量耗散：
2.品質降低：
3.能源：
十、教學反思
能源和環境是社會關注的兩個問題。通過本節的學習，是學生理解這兩個社會問題產生的原因，使學生理解開發利用清潔能源的價值，讓學生提高科學觀念，提高社會責任感。

10.5熱力學第二定律的微觀解釋
10.6 能源和可持續發展學案
一、預習目標：
1.了解有序和無序，宏觀態和微觀態的概念。
2.了解熱力學第二定律的微觀意義。
3.了解熵的概念，知道隨著條件的變化，熵是變化的。
4.理解能量耗散和品質降低的概念，能源的利用實際上是能量的轉化和轉移過程。
5.了解常規能源的使用帶來的環境污染。
二、預習內容：
（一）熱力學第二定律的微觀解釋：
1.有序和無序
有序： 。
無序： 。
2.熱力學第二定律的微觀意義：
。
3.熵和系統內能一樣都是一個 函數，僅由系統的狀態決定。從分子運動論的觀點來看，熵是分子熱運動無序(混亂)程度的定量量度。
一個系統的熵是隨著系統狀態的變化而變化的。在自然過程中，系統的熵是增加的。
熵增加原理的內容： 。
從微觀的角度看，熱力學第二定律是一個統計規律：一個孤立系統總是從熵小的狀態向熵大的狀態發展，而熵值較大代表著較為無序，所以自發的宏觀過程總是向無序程度更大的方向發展。
（二）能源和持續發展：
1.能量耗散： 。
2.品質降低：能量從高度有用的形式降級為不大可用的形式叫品質降低。
能量在利用過程中，總是由高品質的能量最終轉化為低品質的內能。
3.能源：能源是指能夠提供可利用能量的物質，它是現代社會生活的重要物質基礎。
常規能源：指已被廣泛應用的能源，如煤、石油、天然氣、水力等。
三、提出疑惑、

課內探究學案
一、學習目標
1.理解熱力學第二定律的微觀意義。了解熵的概念，知道熵是反映系統無序程度的物理量。
2.理解能量耗散和品質降低的概念。
二、學習過程
典例探究
例1 一個物體在粗糙的平面上滑動，最后停止。系統的熵如何變化？
解析：因為物體由于受到摩擦力而停止運動，其動能變為系統的內能，增加了系統分子無規則運動的程度，使得無規則運動加強，也就是系統的無序程度增加了，所以系統的熵增加。
例2.某地的平均風速為5m/s，已知空氣密度是1.2kg/m3，有一風車，它的車葉轉動時可形成半徑為12m的圓面，如果這個風車能將此圓內10%的氣流的動能轉變為電能，則該風車帶動的發電機功率是多大？
解析：首先可以求出在時間t內作用于風車的氣流質量為 m=лr2υtρ，這些氣流的動能為 mυ2；轉變的電能為 ，故風車帶動發電機發電的功率為

代入數據以后得P=3.4kW
友情提示：從能量守恒定律入手，注意能量轉移的方向性是解答本題的關鍵。
例 某地的平均風速為5m/s，已知空氣密度是1.2kg/m3，有一風車，它的車葉轉動時可形成半徑為12m的圓面，如果這個風車能將此圓內10%的氣流的動能轉變為電能，則該風車帶動的發電機功率是多大？
解析：首先可以求出在時間t內作用于風車的氣流質量為 m=лr2υtρ，這些氣流的動能為 mυ2；轉變的電能為 ，故風車帶動發電機發電的功率為
代入數據以后得P=3.4kW
友情提示：從能量守恒定律入手，注意能量轉移的方向性是解答本題的關鍵。
三、反思總結

四、當堂檢測
1.一定質量的氣體被壓縮，從而放出熱量，其熵怎樣變化？

2.保持體積不變，將一個系統冷卻，熵怎樣變化？
增加
3、.能源可劃為一級能源和二級能源。自然界以現成形式提供的能源稱為一級能源；需要依靠其他能源的能量間接制取的能源稱為二級能源。氫氣是一種高效而沒有污染的二級能源，它可以由自然界中大量存在的水來制�。�2H2O=2H2+O2-517.6，下列敘述正確的是（ ）
A.電能是二級能源 B.水力是二級能源
C.天然氣是一級能源 D.焦爐氣是一級能源
課后練習與提高
1、.下面的敘述中正確的是（ ）
①不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化
②不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化
③所謂“能源”，指的就是能夠提供可利用能量的物質
④能量耗散是從能量轉化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有的方向性
A.①② B. ①②③④ C.③④ D.②③
2、.常規能源的利用帶來很多環境問題，如煤和石油的燃燒會產生大量的二氧化碳，其主要危害是 。
3、.煤在燃燒時產生的二氧化硫等物質對環境的主要危害是 。
當堂檢測
1、減少
2、增加
3、AC
課后練習與提高
1、B
2、產生“溫室效應”
3、形成酸雨、腐蝕建筑物、酸化土壤。

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