3.4 热力学第二定律(课时2) 课件-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

高中物理 选必3 第三章 热力学定律 第四节 热力学第二定律的 微观解释 14 十二月 2025 有序和无序、宏观态和微观态 等几率原理、热力学几率 热力学第二定律的微观解释 熵、熵增原理 热力学第二定律的第一种（克劳修斯）表述？ 热量不能自发从低温物体传到高温物体； 克劳修斯表述是按照热传递的方向性来表述的； 热力学第二定律的第二种（开尔文）表述？ 不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响； 开尔文表述是按照热现象的方向性来表述的； 第四节 热力学第二定律的微观解释 有序 无序、宏观态 微观态 有序和无序： 有序：符合某种确定规则的状态叫做有序； 无序：不符合某种确定规则的状态叫做无序； 无序有序区别、联系： ①无序意味着各处都一样，平均、没有差别； 有序意味着各处不一样，不平均、有差别； ②有序和无序是相对的，跟确定的规则（参考标准）有关； 宏观态： 符合某种规定、规则的状态； 微观态： 在宏观态下，符合另外的规定、规则的状态； 宏观态、微观态联系： 宏观态所对应的微观态的多少表现为宏观态无序程度的大小； “宏观态”的“微观态”越多，则系统越无序； “宏观态”的“微观态”较少，则系统越有序； 第四节 热力学第二定律的微观解释 热力学第二定律的统计意义 例：气体自由膨胀 一个被隔板分为A、B相等两部分的容器，装有4个涂有不同颜色的分子； 1 4 6 4 1 分布（宏观态） 详细分布（微观态） 微观态数量、出现可能性 A、B两边各有几个分子，表示系统可能的宏观态； 5种宏观态； 指明各分子具体处于A或B中， 表示系统宏观态的可能微观态； 1 1/4 1/6 1/4 1 例：气体自由膨胀 一个被隔板分为A、B相等两部分的容器，装有4个涂有不同颜色的分子； 分布（宏观态） 详细分布（微观态 A、B两边各有几个分子，表示系统可能的宏观态； 5种宏观态； 指明各分子具体处于A或B中， 表示系统宏观态的可能微观态； 宏观态有， 6中微观态→最无序； 宏观态有， 1中微观态→最有序； 结论： ①不同宏观态包含的 微观态数量不等； ②均匀分布时微观态 数最多 ； 例：气体自由膨胀 一个被隔板分为A、B相等两部分的容器，装有4个涂有不同颜色的分子； 非平衡态、平衡态和有序、无序联系： 系统处于非平衡态，则处于有序状态；系统处于平衡态，则处于无序状态； 分布（宏观态） 详细分布（微观态 宏观态有， 6种微观态→最无序； 宏观态有， 1种微观态→最有序； ↑ 非平衡态 ↑ 平衡态 例：气体自由膨胀 一个被隔板分为A、B相等两部分的容器，装有4个涂有不同颜色的分子； 热力学第二定律的微观意义： 一切自然过程总是沿着无序性增大的方向进行； 分布（宏观态） 详细分布（微观态 宏观态有， 6种微观态→最无序； 宏观态有， 1种微观态→最有序； ↑ 非平衡态 ↑ 平衡态 不可逆过程的统计性质： 分子个数 由B退回到A部的可能性 4个 N个 1023（1mol） 例：气体自由膨胀 自发过程：分子自A向B部自由膨胀的宏观过程不可逆； 逆过程：全部退回A边仅对应一种微观态，概率极小，接近0； 等几率原理：对于孤立系，各种微观态出现的可能性（或几率）是相等； 热力学几率：与同一宏观态相应的微观状态数称为热力学几率； 1 4 6 4 1 分布（宏观态） 详细分布（微观态） 微观态数量 热力学几率： 热力学第二定律的微观意义： 平衡态相应于一定宏观条件下最大的状态： 热力学第二定律的统计表述： 孤立系统内部发生的过程，总是从微观态数少的宏观态向微观态数多的宏观态过渡； 热力学第二定律的理解： 从热力学几率小的状态向热力学几率大的状态过渡； 从有序向无序状态进行； 第四节 热力学第二定律的微观解释 熵、熵增原理 “熵”是什么？ 德国物理学家克劳修斯在1850年创造的一个术语； “熵”是 ① 微观粒子的无序程度； ②能量差别的消除程度； 熵：S=KlnΩ 状态函数，仅由系统的状态决定； 熵增加原理： 自然界的自发过程总是向着熵增加的方向进行； 熵增原理： 例： 自发过程总是向着有序度程度降低、无序程度度升高方向进行； 把一块冰糖放入水中，结果整杯水都甜了。说明糖分子的运动扩展到了整杯水中，糖分子运动变得更加无序了； 例： 封闭系统能量差也总是倾向于消除； 连通装有水且液面不平齐的连通器。重力作用使高水面降低、低水面升高，直到水面平齐、直到连通器系统重力势能最小为止； 有序：符合某种确定规则的状态； 无序：不符合某种确定规则的状态； 宏观态：符合某种规定、规则的状态； 微观态：在宏观态下，符合另外的规定、规则的状态； 非平衡态、平衡态和有序、无序联系： 系统处于非平衡态，则处于有序状态；系统处于平衡态，则处于无序状态； 熵：S=KlnΩ 状态函数，仅由系统的状态决定； 熵增加原理： 自然界的自发过程总是向着熵增加的方向进行； 第四节 热力学第二定律的微观解释 课时练习 练1：（多选）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 ABD 练2：（多选）下列说法正确的是（ ） A、如果大量分子的集合从A分布进入B分布的概率大于从B分布进入A分布， 则B分布更无序 B、如果大量分子的集合从A分布进入B分布的概率大于从B分布进入A分布， 则A分布更无序 C、大量分子的集合能自发地从A分布进入B分布，则该过程是可逆的 D、大量分子的集合能自发地从A分布进入B分布，则该过程是不可逆的 AD 练3：下面关于熵的说法错误的是（ ） A、熵是物体内分子运动无序程度的量度 B、在孤立系统中，一个自发的过程总是向熵减少的方向进行 C、热力学第二定律的微观实质是熵是增加的，因此热力学第二定律又 叫熵增加原理 D、熵值越大，代表系统分子运动越无序 B 练3：（多选）倒一杯热水，然后加入适当的糖后，糖会全部溶于水中，但一段时间后又观察到杯底部有糖结晶，关于这个过程下列叙述正确的是（ ） A、溶解过程是自发的，结晶过程也是自发的，因此热力学第二定律是 错误的 B、溶解过程是有序向无序转变的过程 C、结晶过程是有序向无序转变的过程 D、结晶过程不是自发的，因为有外界的影响 BD 练5：（多选）一个密闭的容器内有稀薄气体，容器上开一个小口，外部的空气就会流入容器，在气体流入过程中，容器内靠近开口处的空气密度暂时变得比内部大，以下说法正确的是（ ） A、此时容器内气体处于不平衡状态，是最无序的状态 B、外界的影响破坏了容器内气体的平衡 C、上面事实说明热力学第二定律只适用于封闭系统 D、对一个开放系统并不一定是最无序的分布 BCD 练6：（多选）从微观角度看（ ） A、热力学第二定律是一个统计规律 B、一个孤立系统总是从熵大的状态向熵小的状态发展 C、一个宏观状态所对应的微观状态越多，越无序，熵值越大 D、出现概率越大的宏观状态，熵值越大 ACD 练7：（多选）下列说法正确的是（ ） A、与热现象有关的自发的宏观过程是有方向性的 B、与热现象有关的自发的宏观过程是熵增加的过程 C、气体扩散现象向着无序性增加的方向进行，是可逆过程 D、机械能转化为内能的过程是系统的熵增加的过程 ABD 结束页 B1 谢谢观赏！ $