第6章第3节 珍惜大自然
内容索引0102基础落实•必备知识全过关重难探究•能力素养全提升03学以致用•随堂检测全达标
课标要求1.知道能量的转化具有方向性。(物理观念)2.了解熵的概念。知道自然界的宏观过程最可能向着熵增加的方向进行。(物理观念)3.能主动关心能源与可持续发展问题,能认识能源的过度开发和利用对环境的影响,具有力所能及的节约能源、保护环境的自觉行为。(科学态度与责任)
基础落实•必备知识全过关
一、自然过程的方向性1.能量转化和转移的方向性在大多数自发情况下,能量最终都转化为。例如,自由摆荡的秋千,摆动幅度会逐渐减小,直至停下。这个过程中,秋千的机械能最终都转化为内能,而这些内能不可能自发地转化为秋千的机械能。2.自然界的宏观过程具有,是不可能逆向进行的。要使它们逆向进行,就必须由对它们施加作用。例如,大自然中,在没有外界施加作用的情况下,水往低处流、树叶向下落……它们都遵从能量转化具有方向性的规律。内能方向性自动地外界
3.开尔文及克劳修斯的总结出的自然规律:自然发生的与现象有关的一切宏观过程都是有的不可逆过程。(1)机械能可自动转化为内能,反过来,内能不可能自动地、不引起任何变化地完全转化为机械能。(2)在热传递过程中,内能总是从高温物体向低温物体转移,而不可能自动地、不引起任何变化地从物体向物体转移。4.第二类永动机(1)概念:从单一热源(海洋、大气或宇宙)中吸热使之完全变成有用功而不产生其他影响的装置。(2)不能制成的原因:能量转化过程是有方向性的,内能不可能自动地、不引起任何变化地完全转化为机械能。热方向性自动地低温高温
二、熵与地球家园1.熵的概念:人们发现,处于不同状态的物体,分子运动的也不一样,为了描述这种差异,物理学中引入了熵这个物理量。熵越高,就意味着系统越;熵越低,就意味着系统越。2.熵增加:自然界的宏观过程最可能向着熵增加的方向进行。3.熵的增加就意味着无效能量增加,有效能量的减少。无序程度无序有序
易错辨析判一判(1)在一定的外界作用下内能可以转化为动能。()(2)第一类永动机不可能被制造出来,但是第二类永动机可能被制造出来。()(3)熵减少意味着系统更加无序。()√×第一类永动机和第二类永动机都是不可能被制造出来的。×熵减少意味着系统更加有序。
即学即用练一练下列说法错误的是()A.动能可以转化为内能B.电能可以转化为内能C.能量是守恒的,不能被创造或消灭D.大自然能量的总和不变,所以我们不需要珍惜大自然答案D解析大自然能量的总和不变,但是无效的能量会增加,有效能量会减少,所以我们需要珍惜大自然,故选D。
重难探究•能力素养全提升
探究自然过程的方向性与熵[情境探究]1.让操场上的一群学生按照班级、身高来排队。2.让已经站好队的学生解散。对于上面的2件事,哪件事更容易完成?从物理学“熵”的角度,这说明了什么?要点提示完成第2件事更容易,这说明自发的宏观过程总是向着无序程度更大的方向发展。
[知识归纳]1.对方向性的认识(1)机械能与内能转化的方向性:机械能不需要专门的装置可以全部转化为内能,但内能不可能自动地、并不引起任何变化地全部转化为机械能,必须通过热机才能实现。(2)热传递的方向性:在热传递过程中,热量可以自发地从高温物体向低温物体转移,但不能自发地从低温物体向高温物体转移;热量必须要通过做功的方式才能从低温物体向高温物体转移,如电冰箱、空调制冷等。散失在周围环境中的内能不能回收再利用。
2.对“自发”的认识自发是指不需要任何第三者的介入、不会对任何第三者产生影响,也就是没有任何外界的影响或帮助。3.熵是反映系统无序程度的物理量,系统越混乱,无序程度越大,系统的熵越大。4.对熵增加的理解:自发的宏观过程总是向着无序程度更大的方向发展。
[应用体验]典例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,则下列关于两个宏观态的描述及过程自发的可能方向的说法正确的是()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正确。
针对训练如图所示,质量、温度相同的水,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?
解析根据大量分子运动对系统无序程度的影响,由大量分子组成的系统自发变化时,总是向着无序程度增大的方向发展,至少无序程度不会减少。这也就是说,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。质量相同、温度相同的水,可以由固态自发地向液态、气态转化,所以,气态时的熵最大,其次是液态,固态时的熵最小。答案气态熵最大,液态次之,固态熵最小,原因见解析
学以致用•随堂检测全达标
1.下列过程可能发生的是()A.某工作物质从高温热源吸收20kJ的热量,全部转化为机械能,而没有引起其他变化B.打开一高压密闭容器,其内气体自发溢出后又自发溢进去,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.将两瓶不同液体互溶,然后又自发地各自分开答案C
2.下列说法不正确的有()A.热量只能自发地从高温物体传给低温物体而不能自发地从低温物体传给高温物体B.内能不能转化为动能C.内能不能自发地转化为动能D.自然界中涉及热现象的宏观过程都有方向性答案B
3.下列哪些物理过程是可逆的()A.在一绝热容器内盛有液体,通过不停地搅动使液体的温度升高B.在一个传热的容器内盛有液体,容器放在一恒温的大水池内,不停地搅动液体,但液体的温度不变C.用一根不可伸长的细轻绳悬挂一个小球,上端固定,把小球拉离平衡位置由静止释放(不计阻力),小球会摆动D.在一绝热容器内,不同温度的气体进行混合
答案C解析在A、B、D所述的三个过程中,都涉及了热现象,即A中是通过做功使机械能转化为内能,B中是通过做功使机械能转化为内能及“热传导”,D中是“热传导”,所有过程都不可逆,对于C中的过程,只涉及动能与势能的转化,不涉及热现象,此过程是可逆的。
4.(多选)下列关于熵的说法正确的是()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解析根据熵的意义可知,熵值越大,意味着系统越“混乱”和“分散”,无序程度越高。熵值越小,意味着系统越“整齐”和“集中”,也就是越有序,A、D正确。
本课结束
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