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2020-2021学年高中物理-第6章-能源与可持续发展-3-珍惜大自然学案-鲁科版必修3.doc
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1、2020-2021学年高中物理 第6章 能源与可持续发展 3 珍惜大自然学案 鲁科版必修32020-2021学年高中物理 第6章 能源与可持续发展 3 珍惜大自然学案 鲁科版必修3年级:姓名:- 12 -第3节珍惜大自然新 课 程 标 准学 业 质 量 目 标1.知道能量转化是有方向性的。2.认识环境污染的危害,了解科学技术社会环境协调发展的重要性,具有环境保护的意识和行为。合格性考试1.了解自然过程及能量转化具有方向性,能在实际问题中解决相关问题。2.了解熵的概念。3.了解技术与社会及环境的关系。选择性考试1.知道能量转化的方向性,综合应用所学的物理知识解决实际问题。2.理解熵的概念,知道熵
2、在能量转化中的物理意义。3.知道科学技术对社会及环境的影响,具有保护大自然环境的责任感。必备知识自主学习一、自然过程的方向性冬天未安装暖气的室内,我们可以用如图所示的电暖气进行取暖,那么热量是怎样传递的?能否反向进行?提示:热量从较高温度的电暖气传向温度较低的房间,这个过程不可以反向进行。1.能量转化和转移的方向性:(1)在大多数自发情况下,能量最终都转化为内能,说明能量的转化具有方向性。(2)内能总是自动地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低温物体向高温物体转移。2.第二类永动机:从单一热源中吸热使之完全变成有用功而不产生其他影响。3.自然过程的方向性:自然界实际进
3、行的与热现象有关的一切宏观过程都是有方向性的不可逆过程。机械能可以完全转化为内能;反过来,内能不可能自动地、并不引起任何变化地完全转化为机械能。4.下列说法正确的是内能可以转化为机械能。能量不能创造,不能再生,能量只能进行转化和转移,但能量间的转化和转移没有方向。热机的效率可以达到100%。第二类永动机是做不成的。二、熵与地球家园如图所示是动画片小猪佩奇中整理房间的片段,从熵值的角度而言,哪幅图片的熵值大?熵值的大小代表了什么?提示:左边的图片熵值更大一些,熵值代表了无序程度,无序程度越大,熵值越大。1.熵的定义:处于不同状态的物体,分子运动的无序程度也不一样,为了描述这种差异,物理学中引入了
4、熵。2.熵的作用:熵越高,就意味着系统越无序;熵越低,就意味着系统越有序。3.能量中熵的含义:熵增加就意味着无效能量的增加,有效能量的减少。(1)热传递过程具有方向性。()(2)热量可以自发地从内能大的物体转移到内能小的物体。()(3)内能可以自发地转化为机械能。()(4)第二类永动机违背了能量守恒定律。()(5)熵值越大代表着越有序。()(6)孤立系统的总熵可能增大,也可能减小。()关键能力合作学习知识点一自然过程的方向性1.关于方向性的理解:(1)机械能与内能转化的方向性:机械能可以全部转化为内能,但内能不能全部转化为机械能而不引起其他变化。机械能转化为内能不需要特定的装置,而内能要转化为
5、机械能却很复杂。机械能内能(2)热传递的方向性:内能总是自发地从高温物体向低温物体转移,而不能自发地从低温物体向高温物体转移。高温物体低温物体2.对于“自发”的理解:(1)“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任何影响,也就是指没有任何外界的影响或帮助。热量会从高温物体传向低温物体,这就是“自发”的方向。(2)机械能可以全部转化为内能,这个过程是“自发”的方向,但相反的过程不可能自发地进行而不引起任何变化。3.热机的效率:任何热机都不可能把从高温热源吸收的热量全部用来对外做功,总要向低温热源放出一部分热量,因此热机的效率一定小于100%。夏天利用空调可以将热量从温度较低的室内
6、传递到温度较高的室外,这与自然过程的方向性存在矛盾吗?提示:不矛盾,空调制冷的过程中消耗一定的电能,并不是自发进行的,故不违背自然过程的方向性原理。【典例】(多选)关于自然过程的方向性,下列说法中正确的是()A.不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功,而不引起其他变化B.没有冷凝器,只有单一的热源,能将从单一热源吸收的热量全部用来做功,而不引起其他变化的热机是可以实现的C.制冷系统将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气中,而不引起其他变化D.不可能把热量从低温物体传递到高温物体,而不引起其他变化【解析】选A、D。热力学第二定律的开尔文表述:不可能从单一热源吸取热量,使之完全变为有用功而不引起
7、其他变化,A选项正确,B选项错误;热传递过程也具有方向性,热量能自发地从高温物体传到低温物体,但是热量要从低温物体传到高温物体,必然要引起其他变化(外界对系统做功),故C选项错误,D选项正确。能量转移与转化中的几点注意事项(1)自发进行的能量转移和转化都具有方向性。(2)能量的转移与转化可以逆向进行,但不是自发,需要引起其他变化(外界辅助进行)。(3)热机的效率总要小于100%。1.(多选)关于热传递的方向性,下列说法正确的是()A.热量能自发地由高温物体传给低温物体B.热量能自发地由低温物体传给高温物体C.在一定条件下,热量也可以从低温物体传给高温物体D.热量一定不可能从低温物体传给高温物体
8、【解析】选A、C。在有外力做功的情况下,热量可以从低温物体传给高温物体,而热量能自发地由高温物体传给低温物体,故A、C正确,B、D错误。2.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【解析】选C。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”
9、,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。【加固训练】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具有一定的局限性C.能量耗散表明在能源的利用过程中,能量在数量上越来越少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【解析】选D。能量耗散的过程是能量向品质低的大气内能转变的过程,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,能量在数量上虽未减少,但是在可利用的品质上降低了,故C错误;宏观
10、自然过程自发进行时有其方向性,能量耗散就是从能量的角度反映了这种方向性,故D正确。知识点二熵的含义1.熵的含义:(1)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,这个系统的熵就越大。(2)在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会减小,如果过程可逆,则熵不变;如果过程不可逆,则熵增加。2.对熵增加的理解:熵值越大代表着越无序,所以自发的宏观过程总是向无序程度更大的方向发展。3.熵和系统内能一样都是一个状态函数,仅由系统的状态决定。从分子运动论的观点来看,熵是分子热运动无序(混乱)程度的定量量度。4.熵的增加意味着无效能量的增加。交通与工业废气及噪声对环境的污染;工业和生活垃圾、废水对
11、环境的污染;交通拥挤和堵塞造成的道路混乱。以上现象中的熵是怎么变化的?提示:熵增加。系统越混乱,无序程度越大,这个系统的熵就越大。【典例】(多选)在下列叙述中,正确的是()A.熵是物体内分子运动无序程度的量度B.对孤立系统而言,一个自发的过程中熵总是向减少的方向进行C.熵值越大,表明系统内分子运动越无序D.能量耗散说明能量在不断减小【解析】选A、C。熵是物体内分子运动无序程度的量度,系统内分子运动越无序,熵值越大,故A、C正确;对孤立系统而言,一个自发的过程中熵总是向增加的方向进行,故B错误;能量耗散是指能量的可利用率越来越低,但能量仍然是守恒的,故D错误。熵的几点注意事项(1)熵是表示一个体
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