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《高中物理 10.5《熱力學(xué)第二定律的微觀解釋》學(xué)案 新人教版選修3-3》由會員上傳分享，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、課題：10、5熱力學(xué)第二定律的微觀解釋學(xué)習(xí)目標(biāo)：知識與技能：1、知道有序和無序，宏觀態(tài)和微觀態(tài)的概念2、知道熵的概念，知道熵是反映系統(tǒng)無序程度的物理量。知道任何自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的總熵不會減少3、了解熱力學(xué)第二定律的微觀意義。知道隨著條件的變化，熵是變化的。過程與方法：1、學(xué)會通過現(xiàn)象總結(jié)規(guī)律的科學(xué)方法2、知道熵的概念，知道任何自然過程中一個孤立系統(tǒng)的總熵不會減少情感態(tài)度和價值觀：培養(yǎng)分析、歸納、綜合能力重點(diǎn)：熱力學(xué)第二定律的微觀解釋難點(diǎn)：熵的概念知識鏈接：1、熱力學(xué)第一定律2、熱力學(xué)第二定律的第一種表述：3、熱力學(xué)第二定律的第二種表述：學(xué)習(xí)過程：1、舉例說明什么是
2、有序和無序。無序意味著各處都一樣，平均、沒有差別，有序則相反。有序和無序是相對的。1、簡述什么是宏觀態(tài)和微觀態(tài)。[來源:學(xué)科網(wǎng)]系統(tǒng)的宏觀態(tài)所對應(yīng)的微觀態(tài)的多少表現(xiàn)為宏觀態(tài)無序程度的大小。如果一個“宏觀態(tài)”對應(yīng)的“微觀態(tài)”比較多，就說這個“宏觀態(tài)”是比較無序的，同時也決定了宏觀過程的方向性——從有序到無序。3、什么樣的宏觀態(tài)是比較無序的？4、閱讀教材p64總結(jié)熱力學(xué)第二定律的微觀意義5、寫出熵與微觀態(tài)數(shù)目的定量關(guān)系6、寫出熵增加原理熵和系統(tǒng)內(nèi)能一樣都是一個狀態(tài)函數(shù)，僅由系統(tǒng)的狀態(tài)決定。從分子運(yùn)動論的觀點(diǎn)來看，熵是分子熱運(yùn)動無序(混亂)程度的定量量度。一個系統(tǒng)的熵是隨著系統(tǒng)
3、狀態(tài)的變化而變化的。在自然過程中，系統(tǒng)的熵是增加的。在絕熱過程或孤立系統(tǒng)中，熵是增加的，叫做熵增加原理。對于其它情況，系統(tǒng)的熵可能增加，也可能減小。從微觀的角度看，熱力學(xué)第二定律是一個統(tǒng)計規(guī)律：一個孤立系統(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程度更大的方向發(fā)展。例1一個物體在粗糙的平面上滑動，最后停止。系統(tǒng)的熵如何變化？[來源:學(xué)科網(wǎng)ZXXK]解析：因為物體由于受到摩擦力而停止運(yùn)動，其動能變?yōu)橄到y(tǒng)的內(nèi)能，增加了系統(tǒng)分子無規(guī)則運(yùn)動的程度，使得無規(guī)則運(yùn)動加強(qiáng)，也就是系統(tǒng)的無序程度增加了，所以系統(tǒng)的熵增加。[來源:學(xué)+科+網(wǎng)]
4、[來源:學(xué)*科*網(wǎng)]課堂小結(jié)：針對訓(xùn)練：1、課后練習(xí)1：（1）（2）（3）(4)2、課后練習(xí)2：課后閱讀：1.熵與熵增加原理“熵”是什么？“熵”是德國物理學(xué)家克勞修斯在1850年創(chuàng)造的一個術(shù)語，他用熵來表示任何一種能量在空間分布的均勻程度。能量分布得越均勻，熵就越大。如果對于我們所考慮的那個系統(tǒng)來說，能量完全均勻地分布，那么這個系統(tǒng)的熵就達(dá)到最大值。簡單的說，“熵”就是微觀粒子的無序程度、能量差別的消除程度。在克勞修斯看來，在一個封閉的系統(tǒng)中，運(yùn)動總是從有序到無序發(fā)展的。比如，把一塊冰糖放入水中，結(jié)果整杯水都甜了。這就是說，糖分子的運(yùn)動擴(kuò)展到了整杯水中，它們的運(yùn)動變得更加
5、無序了。對于一個封閉的系統(tǒng)，能量差也總是傾向于消除的。比如，有水位差的兩個水庫，如果把它們連接起來，那么，重力就會使一個水庫的水面降低，而使另一個水庫的水面升高，直到兩個水庫的水面均等，勢能取平為止?？藙谛匏箍偨Y(jié)說，自然界中的一個普遍規(guī)律是：運(yùn)動總是從有序到無序，能量的差異總是傾向變成均等，也即“熵將隨著時間而增大”。熵對于由大量分子構(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，這不利于實際計算。為此，玻耳茲曼引進(jìn)了熵的概念，并定義系統(tǒng)的熵為s∝klnΩ,后來普朗克把它寫成s=klnΩ，式中k叫做玻耳茲曼常數(shù)，s為系統(tǒng)的熵，Ω為一個宏觀狀態(tài)所對應(yīng)的微觀狀態(tài)數(shù)目。引入熵后
6、，關(guān)于自然過程的方向性就可以表述為：在任何自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的總熵不會減小，從微觀角度看，熱力學(xué)的第二定律是一個統(tǒng)計規(guī)律：一個孤立系統(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)第二定律也叫做熵增加原理。2.宇宙熱寂說克勞修斯把他的熵增加原理應(yīng)用到無限的宇宙中去，得出了“宇宙熱寂說”?！坝钪鏌峒耪f”主要有以下幾個結(jié)論：第一，宇宙的離散度不斷增加。第二，所有的機(jī)械運(yùn)動都轉(zhuǎn)化為熱運(yùn)動。第三，熱量停止傳遞。最后我們可以設(shè)想出這么一個宇宙的圖景：宇宙的有效生命將停止。能量還保存著，但已失去一切活動的能力
7、，它無力再使宇宙運(yùn)動，正如一潭死水不能使水車轉(zhuǎn)動起來一樣，我們將處在一個死寂的、熱的宇宙中。但宇宙真會熱寂嗎？首先，熱力學(xué)試驗成果是以有限的、孤立封閉的系統(tǒng)為研究對象的。以有限的范圍、有限的事件得出的規(guī)律能否推廣到全宇宙呢？其次，自然界的規(guī)律是否同樣適用于高級的生命運(yùn)動呢？第三，黑洞理論指出，宇宙的離散度并非不斷增加。宇宙中存在的黑洞在不斷地吸引物質(zhì)。所以說，克勞修斯的“宇宙熱寂說”僅僅是一種形而上學(xué)的自然觀，我們不必杞人憂天地?fù)?dān)心宇宙會進(jìn)入“熱寂”。3.大爆炸理論大爆炸宇宙理論認(rèn)為，宇宙的演化是從物質(zhì)分布為均勻的狀態(tài)演化到非
