新課標(biāo)人教a高中物理選修3-3教案10.5_熱力學(xué)第二定律的微觀解釋

《新課標(biāo)人教a高中物理選修3-3教案10.5_熱力學(xué)第二定律的微觀解釋》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書—物理選修3－3[人教版]第十章熱力學(xué)定律新課程學(xué)習(xí)第5節(jié)熱力學(xué)第二定律的微觀解釋★新課標(biāo)要求（一）知識(shí)與技能了解熱力學(xué)第二定律的微觀意義。（二）過程與方法通過對(duì)微觀狀態(tài)和宏觀狀態(tài)的分析，理解熵的意義。（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀通過對(duì)熱力學(xué)第二定律微觀意義的探究，激發(fā)學(xué)習(xí)物理的動(dòng)力。★教學(xué)重點(diǎn)熱力學(xué)第二定律的微觀意義。★教學(xué)難點(diǎn)對(duì)熵和熵增加原理的理解。★教學(xué)方法講練法、分析歸納法、閱讀法★教學(xué)用具：投影儀、投影片★教學(xué)過程（一）引入新課教師：（復(fù)習(xí)提問）用投影片出示下列問題1．什么是熱傳導(dǎo)的方向性？2．機(jī)械能和內(nèi)能之間相互轉(zhuǎn)化的方向性指的是什么？3．什么是

2、第二類永動(dòng)機(jī)？為什么第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成？4．熱力學(xué)第二定律的兩種表述方式是什么？學(xué)生思考回答后，教師指出：系統(tǒng)的宏觀表現(xiàn)源于組成系統(tǒng)的微觀粒子的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。本節(jié)課就要從微觀的角度說明為什么涉及熱運(yùn)動(dòng)的宏觀過程會(huì)有一定的方向性。（二）進(jìn)行新課1．有序和無序宏觀態(tài)與微觀態(tài)教師：先引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材有關(guān)內(nèi)容，以“撲克牌”為例，體會(huì)“有序”和“無序”的含義，從而進(jìn)一步體會(huì)“宏觀態(tài)”和“微觀態(tài)”的含義。教師：（講解）當(dāng)我們以系統(tǒng)的分子數(shù)分布而不區(qū)分具體的分子來描寫的系統(tǒng)狀態(tài)叫熱力學(xué)系統(tǒng)的宏觀態(tài)；如果使用分子數(shù)分布并且區(qū)分具體的分子來描寫的系統(tǒng)狀態(tài)叫熱力學(xué)系統(tǒng)的微觀態(tài)。在熱力學(xué)系統(tǒng)中，由于存

3、在大量粒子的無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，任一時(shí)刻各個(gè)粒子處于何種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全是偶然的，而且又都隨時(shí)間無規(guī)則地變化。系統(tǒng)中各個(gè)粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的每一種分布，都代表系統(tǒng)的一個(gè)微觀態(tài)，系統(tǒng)的微觀態(tài)的數(shù)目是大量的，在任意時(shí)刻系統(tǒng)隨機(jī)地處于其中任意一個(gè)微觀態(tài)。下面我們以上圖所示的情況為例來進(jìn)一步加以說明。假設(shè)容器中體積相等的A、B兩室內(nèi)具有a、b、c、d一共4個(gè)全同的分子，它們?cè)贏、B兩室內(nèi)的分布情況共有16種方式。具體分布如下：（0，4）（0，abcd）（l，3）［（a，bcd），（b，acd），（c，abd），（d，abc）］（2，2）［（ab，cd），（ac，bd），（ad，bc），（bc，ad），（

4、bd，ac），（cd，ab）］（3，l）［（bcd，a），（acd，b），（abd，c），（abc，d）］（4，0）（abcd，0）上面的分布表達(dá)中，如（2，2）表示一個(gè)宏觀態(tài)（即A、B兩室內(nèi)各有2個(gè)分子但不區(qū)分具體分子）而（ab，cd）表示一個(gè)微觀態(tài)（a和b分子在A室內(nèi)，c和d分子在B室內(nèi)）由上表可清楚地看出，不同的宏觀態(tài)包含著不同數(shù)量的微觀態(tài)，其中以A、B兩室各有2個(gè)分子的宏觀態(tài)包含的微觀態(tài)數(shù)目最多（6個(gè)）而以4個(gè)分子全部分布在A室或全部分布在B室的宏觀態(tài)所包含的微觀態(tài)數(shù)目最少（都是1個(gè)）。如果一個(gè)“宏觀態(tài)”對(duì)應(yīng)的“微觀態(tài)”比較多，就說這個(gè)“宏觀態(tài)”是比較無序的。2．氣體向真

5、空的擴(kuò)散教師：引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材有關(guān)內(nèi)容。教師講解：一個(gè)箱子被擋板分為左、右兩室，假設(shè)左室氣體只有a，b，c，d4個(gè)分子，右室為真空，撤去擋板后，氣體由左向右擴(kuò)散，由于各個(gè)微觀態(tài)出現(xiàn)的概率是一樣的，從宏觀上看，我們看到“左2右2”這種均勻分布的可能性最大，而分子重新集中在一個(gè)室中，另一個(gè)室變成真空的可能性小。而實(shí)際上，氣體系統(tǒng)中分子個(gè)數(shù)相當(dāng)多，因此，撤去擋板后實(shí)際上我們只能看到氣體向真空中擴(kuò)散，而不可能觀察到氣體分子重新聚集在一室的現(xiàn)象。從無序的角度上看，熱力學(xué)系統(tǒng)是由大量作無序運(yùn)動(dòng)的分子組成的，因?yàn)槿魏螣崃W(xué)過程都伴隨著分子的無序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化，當(dāng)撤去擋板的一瞬間，分子仍聚集在左

6、室，對(duì)于左右兩室這一個(gè)整體來講，這顯然是一種高度有序的分布，當(dāng)氣體分子自由擴(kuò)散后，氣體系統(tǒng)就變得無序了，因此，氣體的自由擴(kuò)散過程是沿著無序性增大的方向進(jìn)行的，因此，一切自然過程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無序性增大的方向進(jìn)行。這就是熱力學(xué)第二定律的微觀意義。3．熵教師：教師：引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材有關(guān)內(nèi)容。教師講解：對(duì)于由大量分子構(gòu)成的系統(tǒng)而言，宏觀態(tài)包含的微觀態(tài)數(shù)目往往很大，這不利于實(shí)際計(jì)算。為此，玻耳茲曼引進(jìn)了熵的概念，并定義系統(tǒng)的熵為Ω，后來普朗克把它寫成Ω，式中k叫做玻耳茲曼常數(shù)，S為系統(tǒng)的熵，Ω為一個(gè)宏觀狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的微觀狀態(tài)數(shù)目。引入熵后，關(guān)于自然過程的方向性就可以表述為：在任何自然

7、過程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)減小。從微觀角度看，熱力學(xué)的第二定律是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律。一個(gè)孤立系統(tǒng)總是從熵小的狀態(tài)向熵大的狀態(tài)發(fā)展，而熵值較大代表著較為無序，所以自發(fā)的宏觀過程總是向無序度更大的方向發(fā)展。因此，熱力學(xué)第二定律又叫做熵增加原理。（三）課堂總結(jié)、點(diǎn)評(píng)這節(jié)課我們學(xué)習(xí)了熱力學(xué)第二定律的微觀意義。從微觀上解釋，一切自然過程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無序性增大的方向進(jìn)行。在熱力學(xué)中，引入了熵的概念后，熱力學(xué)第二定律又稱為熵增加原理：在任何自然過程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)減小?！镎n余作