第3節(jié)

珍惜大自然一、自然過(guò)程的方向性【思考】

熱量能否從低溫物體向高溫物體傳遞?內(nèi)能能否全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能?提示:熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞,但不能自發(fā)進(jìn)行。內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。1.能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性:(1)在大多數(shù)自發(fā)情況下,能量最終都轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,說(shuō)明能量的轉(zhuǎn)化具有方向性。(2)內(nèi)能總是自動(dòng)地高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移,而不可能自動(dòng)地、不引起任何變化地從低溫物體向高溫物體轉(zhuǎn)移。2.第二類永動(dòng)機(jī):從單一熱源中吸熱使之完全變成有用功而不產(chǎn)生其他影響。3.自然過(guò)程的方向性:自然界實(shí)際進(jìn)行的與熱現(xiàn)象有關(guān)的一切宏觀過(guò)程都是有方向性的不可逆過(guò)程。機(jī)械能可以完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;反過(guò)來(lái),內(nèi)能不可能自動(dòng)地、并不引起任何變化地完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。二、熵與地球家園【思考】熵值越大代表越有序還是越混亂?提示:熵值越大說(shuō)明越混亂。1.定義:用來(lái)量度系統(tǒng)無(wú)序程度的物理量叫作熵。2.熵增加:在孤立系統(tǒng)中,一切不可逆過(guò)程必然朝著熵增加的方向進(jìn)行。3.熵增加的含義:意味著無(wú)效的能量增加,有效的能量減少。一自然過(guò)程的方向性1.方向性的認(rèn)識(shí)(1)機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性。機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,但內(nèi)能不可能自動(dòng)地、并不引起任何變化地全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能不需要專門的裝置,而內(nèi)能要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能必須通過(guò)熱機(jī)才能實(shí)現(xiàn)。(2)熱傳遞的方向性。①在熱傳遞過(guò)程中,熱量可以自發(fā)地從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移,但不能自發(fā)地從低溫物體向高溫物體轉(zhuǎn)移。自然界中能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有方向性。②熱量可以自動(dòng)地從高溫物體傳遞給低溫物體,但不能自動(dòng)地從低溫物體傳遞給高溫物體;熱量要從低溫物體傳到高溫物體,必須要通過(guò)做功的方式來(lái)進(jìn)行,如電冰箱、空調(diào)制冷等。散失到周圍環(huán)境中的內(nèi)能不能回收再重新利用。2.對(duì)于“自發(fā)”的認(rèn)識(shí)(1)“自發(fā)”是指不需要任何第三者的介入、不會(huì)對(duì)任何第三者產(chǎn)生任何影響,也就是指沒(méi)有任何外界的影響或幫助。熱量會(huì)從高溫物體傳向低溫物體,這就是“自發(fā)”的方向。(2)機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,這個(gè)過(guò)程是“自發(fā)”的方向,但相反的過(guò)程不可能自發(fā)地進(jìn)行而不引起任何變化。【思考·討論】舉例說(shuō)明自然界中能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有怎樣的方向性。 提示:熱量可以自動(dòng)地由高溫物體傳遞給低溫物體,但不能自動(dòng)地由低溫物體傳遞給高溫物體,熱量要從低溫物體傳到高溫物體,必須要通過(guò)做功進(jìn)行,如冰箱,空調(diào)制冷等。散失到周圍環(huán)境中的內(nèi)能不能回收再重新利用?！镜淅肯铝羞^(guò)程中,可能發(fā)生的是 (

)A.某工作物質(zhì)從高溫?zé)嵩次?0kJ的熱量,全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,而沒(méi)有引起其他變化B.打開一高壓密閉容器,其內(nèi)氣體自發(fā)溢出后又自發(fā)溢進(jìn)去,恢復(fù)原狀C.利用其他手段,使低溫物體的溫度更低,高溫物體的溫度更高D.將兩瓶不同液體互溶,然后又自發(fā)地各自分開【解析】選C。某工作物質(zhì)從高溫?zé)嵩次?0kJ的熱量,全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,而沒(méi)有引起其他變化,這是不可能的,則A錯(cuò)誤;能量傳遞具有方向性,則B、D錯(cuò)誤;可以利用其他手段,使低溫物體溫度更低,高溫物體的溫度更高,如空調(diào),則C正確?！疽?guī)律方法】利用能量轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移解題的思路方法(1)能量既可通過(guò)做功的方式實(shí)現(xiàn)不同形式能量之間的轉(zhuǎn)化,也可在同一物體的不同部分或不同物體間進(jìn)行轉(zhuǎn)移。(2)自發(fā)進(jìn)行的能量轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化都具有方向性。(3)熱機(jī)的效率總小于100%。(4)能量在轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移過(guò)程中,能量的總量保持不變,即遵循能量守恒定律。1.下列說(shuō)法中不正確的有 (

)A.熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體而不能自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體B.內(nèi)能不能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能C.內(nèi)能不能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為動(dòng)能D.自然界中涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都有方向性【解析】選B。自發(fā)熱傳播的條件是熱量由高溫物體傳向低溫物體,故A正確;內(nèi)能在一定條件下是可以轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的,只是不能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,故B錯(cuò),C正確;自然界中一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程都是不可逆的,具有方向性的,故D正確?！窘馕觥窟xC。在A、B、D所述的三個(gè)過(guò)程中,都涉及了熱現(xiàn)象,即A中是通過(guò)做功使機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,B中是通過(guò)做功使機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能及“熱傳導(dǎo)”,D中是“熱傳導(dǎo)”,所有過(guò)程都不可逆,對(duì)于C中的過(guò)程,只涉及動(dòng)能與勢(shì)能的轉(zhuǎn)化,不涉及熱現(xiàn)象,此過(guò)程是可逆的。二熵的含義1.熵的含義:(1)熵是反映系統(tǒng)無(wú)序程度的物理量,系統(tǒng)越混亂,無(wú)序程度越大,這個(gè)系統(tǒng)的熵就越大。(2)在任何自然過(guò)程中,一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)減小,如果過(guò)程可逆,則熵不變;如果過(guò)程不可逆,則熵增加。2.對(duì)熵增加的理解:熵值越大代表著越無(wú)序,所以自發(fā)的宏觀過(guò)程總是向無(wú)序程度更大的方向發(fā)展?！舅伎肌び懻摗拷煌ㄅc工業(yè)廢氣及噪聲對(duì)環(huán)境的污染;工業(yè)和生活垃圾、廢水對(duì)環(huán)境的污染;交通擁擠和堵塞造成的道路混亂。以上現(xiàn)象中的熵是怎么變化的? 提示:熵增加。系統(tǒng)越混亂,無(wú)序程度越大,這個(gè)系統(tǒng)的熵就越大?！镜淅?多選)對(duì)于孤立系統(tǒng)中發(fā)生的實(shí)際過(guò)程,下列說(shuō)法中正確的是(

)A.系統(tǒng)的總熵只能增大,不可能減小B.系統(tǒng)的總熵可能增大,可能不變,還可能減小C.系統(tǒng)逐漸從比較有序的狀態(tài)向更無(wú)序的狀態(tài)發(fā)展D.系統(tǒng)逐漸從比較無(wú)序的狀態(tài)向更加有序的狀態(tài)發(fā)展【解析】選A、C。根據(jù)熵增加原理,一個(gè)孤立系統(tǒng)發(fā)生的實(shí)際過(guò)程,總熵只能增大,A正確,B錯(cuò)誤;再根據(jù)熵的物理意義,它量度系統(tǒng)的無(wú)序程度,熵越大,無(wú)序程度越大,故C正確,D錯(cuò)誤?！疽?guī)律方法】有關(guān)熵增加的解題技巧(1)一切涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程是不可逆的,具有方向性。(2)熵增加原理是對(duì)自然過(guò)程的一種限制。(3)對(duì)于任何自然過(guò)程,總能量必定守恒,總熵必定增加?！居?xùn)練】1.下列說(shuō)法中正確的是 (

)A.一切涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性B.一切不違背能量守恒與轉(zhuǎn)化定律的物理過(guò)程都是可以實(shí)現(xiàn)的C.如果沒(méi)有外界的干擾,系統(tǒng)的熵總是減小的,直到減小到零為止D.一切物理過(guò)程都不可能自發(fā)地進(jìn)行【解析】選A。一切涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有熱量的損失,而熱量損失具有方向性,故一切涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性,A項(xiàng)正確;不違背能量守恒與轉(zhuǎn)化定律,違背熵增加原理,該物理過(guò)程也是不可能實(shí)現(xiàn)的,B項(xiàng)錯(cuò)誤;如果沒(méi)有外界的干擾,系統(tǒng)的熵總是增加的,C項(xiàng)錯(cuò)誤;很多物理過(guò)程都可以自發(fā)地進(jìn)行,如自由落體過(guò)程等,故D項(xiàng)錯(cuò)誤。2.一絕熱容器被隔板分成兩半,一半是真空,另一半是理想氣體,若把隔板抽出,氣體將進(jìn)行自由膨脹,達(dá)到平衡后,則 (

)A.溫度不變,熵增加 B.溫度升高,熵增加C.溫度降低,熵增加 D.溫度不變,熵不變【解析】選A。理想氣體自由膨脹,溫度不變,無(wú)序程度增大,熵增加。則A正確,B、C、D錯(cuò)誤。3.下列說(shuō)法正確的是 (

)A.一切自然過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性增大的方向進(jìn)行B.一切自然過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的有序性增大的方向進(jìn)行C.在任何自然過(guò)程中,一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵一定不會(huì)增大D.在任何自然過(guò)程中,一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵可能減小【解析】選A。功轉(zhuǎn)變?yōu)闊崾菣C(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過(guò)程,從微觀的角度看,在機(jī)械運(yùn)動(dòng)中,分子主要沿同一方向運(yùn)動(dòng);而在熱運(yùn)動(dòng)中,分子無(wú)規(guī)則地向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng),機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能的過(guò)程是大量分子從有序運(yùn)動(dòng)向無(wú)序運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化的過(guò)程,熱傳導(dǎo)的過(guò)程也是使無(wú)序程度增大的過(guò)程?？傊?一切不可逆過(guò)程總是沿著大量分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序程度增大的方向進(jìn)行。這是熱力學(xué)第二定律的微觀本質(zhì),選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤。因?yàn)椴豢赡孢^(guò)程總是沿著無(wú)序程度增大的方向進(jìn)行,而熵是無(wú)序程度大小的量度,所以在孤立系統(tǒng)中,一切不可逆過(guò)程總是沿著熵增加的方向進(jìn)行,這就是熵增加原理,選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。4.(多選)下列說(shuō)法正確的是 (

)A.機(jī)械能全部變成內(nèi)能是可能的B.第二類永動(dòng)機(jī)不可能制造成功的原因是能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生,也不會(huì)憑空消失,只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體,或從一種形式轉(zhuǎn)化成另一種形式C.熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體D.從單一熱源吸收的熱量全部變成功是可能的【解析】選A、D。機(jī)械能可以完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,摩擦生熱就是個(gè)例子,A正確;所謂的第二類永動(dòng)機(jī)是違背熱力學(xué)第二定律的機(jī)器,但不違背能量的轉(zhuǎn)化與守恒定律,B錯(cuò)誤;采取其他措施可以把熱量從低溫物體傳到高溫物體,如空調(diào),通過(guò)做功將熱量從低溫物體傳到高溫物體,C錯(cuò)誤;把吸收的熱量全部用來(lái)做功,但是卻產(chǎn)生了其他影響,D正確?！镜淅?多選)足球運(yùn)動(dòng)員在比賽中摔倒造成粉碎性骨折,關(guān)于這一過(guò)