2024-2025學(xué)年高中物理第十章熱力學(xué)定律5熱力學(xué)第二定律的微觀解釋教案1新人教版選修3-3

PAGE1-熱力學(xué)其次定律的微觀說(shuō)明課時(shí)課題熱力學(xué)其次定律的微觀說(shuō)明課型新授課課標(biāo)要求了解有序和無(wú)序是相對(duì)的；知道宏觀態(tài)與微觀態(tài)，知道宏觀態(tài)對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)的數(shù)目和無(wú)序程度的對(duì)應(yīng)關(guān)系；知道熵的概念，知道熵是描述系統(tǒng)無(wú)序程度的物理量，了解熵增加原理，知道它是熱力學(xué)其次定律的另一種表述；能用熵增加原理說(shuō)明生活中的一些現(xiàn)象。教學(xué)目標(biāo)學(xué)問(wèn)與實(shí)力1、知道有序和無(wú)序，宏觀態(tài)和微觀態(tài)的概念2、知道熵的概念，知道任何自然過(guò)程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)削減過(guò)程與方法學(xué)會(huì)通過(guò)現(xiàn)象總結(jié)規(guī)律的科學(xué)方法知道熵的概念，知道任何自然過(guò)程中一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)削減情感、看法與價(jià)值觀培育分析、歸納、綜合實(shí)力教學(xué)重點(diǎn)熱力學(xué)其次定律的微觀說(shuō)明教學(xué)難點(diǎn)熵的概念教學(xué)方法“探究法、分組法、講授法”等教學(xué)程序設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程及方法環(huán)節(jié)一明標(biāo)自學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)二次備課自主學(xué)習(xí)，完成下列題目：1、有序和無(wú)序，宏觀態(tài)和微觀態(tài)一切自然過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的________的方向進(jìn)行。熵在任何自然過(guò)程中一個(gè)孤立系統(tǒng)的_______不會(huì)削減。3熱力學(xué)其次定律的微觀說(shuō)明從微觀的角度看，熱力學(xué)其次定律是一個(gè)________規(guī)律；一個(gè)孤立系統(tǒng)總是從熵_______的狀態(tài)向熵_______的狀態(tài)發(fā)展，而熵較大代表著較為_(kāi)______，所以自發(fā)的宏觀過(guò)程總量向_______更大的方向發(fā)展。學(xué)問(wèn)聯(lián)系生活：（課本65頁(yè)做一做）自己動(dòng)手上網(wǎng)查找“熵”在生命科學(xué)、信息科學(xué)、社會(huì)科學(xué)中的延長(zhǎng)應(yīng)用，找出例子上課時(shí)進(jìn)行探討。教學(xué)過(guò)程及方法環(huán)節(jié)二合作釋疑過(guò)程設(shè)計(jì)二次備課有序和無(wú)序問(wèn)題思索1？暗紅色的氨氣和無(wú)色的空氣混合后會(huì)有什么現(xiàn)象？（老師演示)問(wèn)題思索2？暗紅色氨氣在以后的擴(kuò)散中是否還有全部退回原來(lái)所在容器的可能？問(wèn)題思索3？我們知道組成氣體的分子在永不停息的做無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，既然是無(wú)規(guī)則的，那么各種可能就有可能出現(xiàn)，氯氣全部退回原容器的可能性就存在。我們沒(méi)有觀測(cè)到，是否是時(shí)間不夠長(zhǎng)所致？依據(jù)圖片分析問(wèn)題第一組：交通信號(hào)正常的路口和交通信號(hào)損壞的路口的對(duì)比其次組：學(xué)生統(tǒng)一集會(huì)時(shí)人員分布和學(xué)生解散后的人員分布讓學(xué)生思索并找出兩組圖片反映出的問(wèn)題的共同點(diǎn)有序：假如確定了某種規(guī)則，符合這個(gè)規(guī)則的就叫做有序。無(wú)序：不符合某種確定規(guī)則（或沒(méi)有規(guī)則）的稱為無(wú)序。小組活動(dòng):每個(gè)小組把桌上打算好的撲克牌拿出來(lái)，視察牌的次序是否有序？請(qǐng)撲克牌排列有序的小組介紹牌的排列次序。通過(guò)對(duì)比可以發(fā)覺(jué)，不同小組的牌的排列盡管都有序，但牌的排列次序可能并不相同，這說(shuō)明有序和無(wú)序是相對(duì)的。二、宏觀態(tài)和微觀態(tài)1.事物類比：全體撲克牌一個(gè)系統(tǒng)（宏觀）每張撲克牌一個(gè)分子（微觀）小嬉戲：嬉戲規(guī)則：1.洗牌（各組將牌的次序盡可能的打亂，對(duì)應(yīng)組互換）2.挑牌（各組以最快速度把所要求花色的牌找出來(lái)）3.派一名代表把找好的牌放在投影儀上前三名有獎(jiǎng)，依先后次序?yàn)闇?zhǔn)，一切以聽(tīng)口令為準(zhǔn)嬉戲結(jié)束后，老師展示獲勝小組的撲克牌的次序，并提出思索？“外行看喧鬧，內(nèi)行看門道”，這些撲克牌所反應(yīng)的宏觀和微觀狀態(tài)有什么樣的關(guān)系？宏觀態(tài)：假如規(guī)定了一副撲克牌的花色和號(hào)碼依次，用物理統(tǒng)計(jì)術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，我們就規(guī)定了一個(gè)“宏觀態(tài)”（對(duì)應(yīng)熱力學(xué)系統(tǒng)的宏觀態(tài)）微觀態(tài)：假如規(guī)定了一副撲克牌的花色依次而號(hào)碼依次隨意，我們就規(guī)定了另一個(gè)“宏觀態(tài)”,此時(shí)每張撲克牌的排列位置就會(huì)有多種，我們就說(shuō)此“宏觀態(tài)”下的“微觀態(tài)”不唯一。宏觀態(tài)所對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)的多少表現(xiàn)為宏觀態(tài)無(wú)序程度的大小。假如一個(gè)“宏觀態(tài)”對(duì)應(yīng)的“微觀態(tài)”比較多，就說(shuō)這個(gè)“宏觀態(tài)”是比較無(wú)序的。三、熱力學(xué)其次定律的微觀說(shuō)明模擬探究：氣體向真空擴(kuò)散容器左右等體積，左部有氣體，右部為真空。抽去隔板氣體自由膨脹。系統(tǒng)宏觀態(tài)用分子左、右兩部分的分布數(shù)目表示(宏觀中只能區(qū)分?jǐn)?shù)目不能區(qū)分是哪個(gè)粒子）系統(tǒng)微觀態(tài)用不同分子處在某一部分的詳細(xì)分布位置狀況表示。（假定容器中只有4個(gè)分子，且分子是可識(shí)別的）每個(gè)小組利用桌上所給的器材（盒子、四個(gè)不同顏色的小球、隔板）進(jìn)行模擬探究總結(jié)規(guī)律學(xué)生展示統(tǒng)計(jì)規(guī)律總結(jié)熱力學(xué)其次定律的微觀說(shuō)明一般來(lái)說(shuō)，若有N個(gè)分子，則共2N種可能方式，而N個(gè)分子全部退回到A部的幾率1/2N.對(duì)于真實(shí)志向氣體系統(tǒng)N=1023/mol，這些分子全部退回到A部的幾率為。此數(shù)值微小，意味著此事務(wù)恒久不會(huì)發(fā)生。從任何實(shí)際操作的意義上說(shuō)，不行能發(fā)生此類事務(wù)。對(duì)單個(gè)分子或少量分子來(lái)說(shuō)，它們擴(kuò)散到B部的過(guò)程原則上是可逆的。對(duì)大量分子組成的宏觀系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，它們向B部自由膨脹的宏觀過(guò)程事實(shí)上是不行逆的。這就是宏觀過(guò)程的不行逆性在微觀上的統(tǒng)計(jì)說(shuō)明。熱力學(xué)其次定律的微觀意義一切自然過(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。熵四、自學(xué)熵和熵增加原理：自己看書中熵的學(xué)問(wèn)，依據(jù)預(yù)習(xí)提綱預(yù)習(xí)，并歸納相應(yīng)內(nèi)容①熵的符號(hào)是什么?熵是用來(lái)表示什么的？_____________________________________。②熵的表達(dá)式？______________________________________________________。③熵與熱力學(xué)其次定律之間的聯(lián)系？__________________________________________。學(xué)生小組間相互探討后總結(jié)：1．熵的物理意義熵是分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序(混亂)程度的______；熵_____，系統(tǒng)越無(wú)序2．熵的大小 ①式中k叫做______________②Ω表示一個(gè)宏觀狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的微觀狀態(tài)的__________， ．3．熵與熱力學(xué)其次定律①在任何自然過(guò)程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)_______．②熵增加原理，也是_______________的另一種表述．教學(xué)過(guò)程及方法環(huán)節(jié)三點(diǎn)撥拓展二次備課五、熵與生活事例1：覆水難收事例2：玻璃杯摔碎后會(huì)散落為很多碎片事例3：藝術(shù)美事例4：《熵:一種新的世界觀》1981年,美國(guó)人杰里米·里夫金和特德·霍華德出版了《熵:一種新的世界觀》一書，把熵定律用于對(duì)人與環(huán)境關(guān)系的視察和預(yù)料，認(rèn)為在人類居住的地表環(huán)境中，熵值的漸漸增長(zhǎng)是一個(gè)不行逆轉(zhuǎn)的自然內(nèi)在現(xiàn)象，特殊是隨著人類生產(chǎn)、生活方式的無(wú)節(jié)制發(fā)展，熵值的增長(zhǎng)還可能加快，最終將引起地表環(huán)境的全面崩潰。各小組探討以上事務(wù)與本課所學(xué)學(xué)問(wèn)（主要是熵的學(xué)問(wèn)）的聯(lián)系，并說(shuō)出自己的看法。課堂小結(jié)課后作業(yè)1．下列說(shuō)法，正確的是()A．機(jī)械能和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化是可逆的B．氣體向真空的自由膨脹是可逆的C．假如一個(gè)“宏觀態(tài)”對(duì)應(yīng)的“微觀態(tài)”比較多，就說(shuō)明這個(gè)“宏觀態(tài)”是比較有序的D．假如一個(gè)“宏觀態(tài)”對(duì)應(yīng)的“微觀態(tài)”比較多，就說(shuō)明這個(gè)“宏觀態(tài)”是比較無(wú)序的2．對(duì)于肯定質(zhì)量的志向氣體，下列說(shuō)法正確的是()A．溫度上升，分子的平均動(dòng)能增大，每次碰撞對(duì)容器壁的作用力增大，壓強(qiáng)肯定增大B．體積減小，單位體積內(nèi)的分子數(shù)增多，氣體的內(nèi)能肯定增大C．絕熱壓縮肯定質(zhì)量的志向氣體時(shí)，外界對(duì)氣體做功，內(nèi)能增加，壓強(qiáng)肯定增大D．肯定質(zhì)量的志向氣體向真空自由膨脹時(shí)，體積增大，熵減小3．下列關(guān)于熵的說(shuō)法中正確的是()A．熵值越大，意味著系統(tǒng)越“混亂”和“分散”，無(wú)序程度越高B．熵值越小，意味著系統(tǒng)越“混亂”和“分散”，無(wú)序程度越高C．熵值越大，意味著系統(tǒng)越“整齊”和“集中”，也就是越有序D．熵值越小，意味著系統(tǒng)越“整齊”和“集中”，也就是越有序4．下列關(guān)于熵的有關(guān)說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．熵是系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)無(wú)序性的量度B．在自然過(guò)程中熵總是增加的C．熱力學(xué)其次定律也叫做熵減小原理D．熵值越大代表越無(wú)序5．下列說(shuō)法正確的是()A．假如大量分子的集合從A分布進(jìn)入B分布的概率大于從B分布進(jìn)入A分布的概率，則B分布更無(wú)序B．假如大量分子的集合從A分布進(jìn)入B分布的概率大于從B分布進(jìn)入A分布，則A分布更無(wú)序C．大量分子的集合能自發(fā)地從A分布進(jìn)入B分布，則該過(guò)程是可逆的D．大量分子的集合能自發(fā)地從A分布進(jìn)入B分布，則該過(guò)程是