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2教案新人教版選修3-3

PAGE1-熱力學(xué)其次定律的微觀說(shuō)明教學(xué)目標(biāo)（一）學(xué)問(wèn)與技能1．了解序的概念，區(qū)分有序和無(wú)序。2．知道宏觀態(tài)與微觀態(tài)，知道微觀態(tài)的數(shù)目與無(wú)序程度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。3．知道熵的概念，初步了解熵是描述系統(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。4．體會(huì)現(xiàn)實(shí)生活中的熵增加原理。（二）過(guò)程與方法 1．學(xué)會(huì)通過(guò)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(guò)程中一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)削減（三）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)其次定律的微觀意義。教學(xué)難點(diǎn)熵的概念的建立教學(xué)方法小組探討，理論聯(lián)系實(shí)際，演繹和歸納教學(xué)過(guò)程教學(xué)內(nèi)容老師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)預(yù)期目標(biāo)引入前面我們學(xué)習(xí)了熱力學(xué)其次定律，知道了任何宏觀自發(fā)過(guò)程的進(jìn)行都具有方向性。請(qǐng)同學(xué)們列舉生活中自發(fā)過(guò)程的例子。思索，舉例。提出問(wèn)題，引發(fā)思索，與生活聯(lián)系起來(lái)。展示雞蛋破裂、牛奶溢出、氣體飛出等圖片。（講解并描述）物理學(xué)或廣義上的科學(xué)都是以規(guī)律為基礎(chǔ)，科學(xué)家們探討自然，總結(jié)規(guī)律，并用自然定律去說(shuō)明這些規(guī)律，構(gòu)建這樣一條規(guī)律的最笨的方法就是引進(jìn)雞蛋破裂定律或牛奶溢出定律，但是這樣的規(guī)律對(duì)我們毫無(wú)用處，它只是描述性的，只是簡(jiǎn)潔的告知我們觀測(cè)到了什么，而沒(méi)有供應(yīng)任何說(shuō)明，我們期望物理學(xué)最深邃的領(lǐng)域能有一個(gè)定律，給我們觀測(cè)到的不行逆過(guò)程一個(gè)基本說(shuō)明。介紹玻爾茲曼觀測(cè)、思索。加強(qiáng)對(duì)物理規(guī)律的識(shí)。了解物理學(xué)家的貢獻(xiàn)。１．概率（提問(wèn)）一副撲克牌按黑桃、紅桃、梅花、方塊的依次，并從小到大排列，洗牌之后會(huì)不會(huì)還是根據(jù)這個(gè)依次排列？（總結(jié)）撲克牌按肯定的規(guī)則排列只有一種排列方式，無(wú)規(guī)則的排列方式有許多種，洗牌后每種排列的方式的概率都是一樣的，而仍按肯定的規(guī)則排列的概率很小。思索、探討、溝通（生１）不會(huì)。因?yàn)閬y了就不會(huì)再按依次排列了。（生２）可能會(huì)。概率小而已。從生活中的例子理解概率的概念。２．序（問(wèn)）生活中我們常說(shuō)到有序和無(wú)序，那么什么叫序？舉例說(shuō)明有序和無(wú)序。思索、作答。（生３）序就是按肯定的規(guī)則排列。（生４）玩撲克牌。（生５）列隊(duì)。．．．．．．建立概念將相識(shí)從抽象到詳細(xì)。３．宏觀態(tài)和微觀態(tài)（講）假如規(guī)定一副撲克牌的花色依次與號(hào)碼依次，借用統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，我們就是規(guī)定了一個(gè)“宏觀態(tài)”。每張撲克牌的排列位置只有一種，我們就說(shuō)此時(shí)的微觀態(tài)唯一。假如我們規(guī)定花色的先后依次，而號(hào)碼依次隨意，我們就是規(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)此時(shí)“微觀態(tài)”的數(shù)目比較多。假如拿到一副撲克牌，我們對(duì)花色依次以及號(hào)碼依次不做任何規(guī)定，那么與這個(gè)“宏觀態(tài)”相對(duì)應(yīng)，每張撲克牌的排列位置就更多了，我們就說(shuō)此時(shí)“微觀態(tài)”的數(shù)目更多。思索、建立概念。將相識(shí)上升到理論。４．序與微觀態(tài)（提問(wèn)）從剛才的分析探討中你能不能建立序和微觀態(tài)之間的關(guān)系？（總結(jié)）“有序”和“無(wú)序”是相對(duì)的，是從序的程度上來(lái)說(shuō)的。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。推理、分析、作答。（生６）“有序”表明對(duì)于一個(gè)確定的宏觀態(tài)對(duì)應(yīng)于較少的“微觀態(tài)”。而“無(wú)序”表明對(duì)于一個(gè)確定的宏觀態(tài)對(duì)應(yīng)于較多的“微觀態(tài)”。（生７）“序”與“微觀態(tài)”數(shù)目相對(duì)應(yīng)。微觀態(tài)數(shù)目越多，說(shuō)明事物越無(wú)序。建立概念間的聯(lián)系，提升相識(shí)。５．氣體向真空的擴(kuò)散（講）現(xiàn)在我們以氣體向真空擴(kuò)散為例，探討與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自發(fā)過(guò)程的方向性。一個(gè)箱子被擋板分為左、右兩室，左室有氣體，右室為真空。撤去擋板后氣體要由左向右擴(kuò)散。我們將從分子熱運(yùn)動(dòng)的角度分析這個(gè)過(guò)程的方向性。為了簡(jiǎn)潔，假定氣體只由４個(gè)分子組成。請(qǐng)同學(xué)們分析擋板撤去后分子位置分布的宏觀態(tài)和對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)。（講解并描述）撤去擋板后，從微觀的角度來(lái)說(shuō)，由于分子的熱運(yùn)動(dòng)，１６種微觀態(tài)出現(xiàn)的概率是一樣，那么宏觀上視察到的現(xiàn)象是什么呢？從表中看出，“左２右２”這種宏觀上看來(lái)勻稱(chēng)分布的狀況，所對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)的個(gè)數(shù)最多，“左０右４”“左４右０”這種極端不勻稱(chēng)的宏觀態(tài)所對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)的個(gè)數(shù)很少。撤去擋板后，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”這種勻稱(chēng)分布的的可能性更大，而分子重新集中在一個(gè)室中，另一個(gè)變成真空的可能性最小。“左２右２”這種狀態(tài)對(duì)應(yīng)著６個(gè)微觀態(tài)，而一側(cè)有４個(gè)分子另一側(cè)為真空的狀態(tài)只對(duì)應(yīng)著２個(gè)微觀態(tài)。根據(jù)我們的前面的說(shuō)法，“左２右２”是一種更為無(wú)序的狀態(tài)，即無(wú)序指一種“平均”“各處都一樣”“沒(méi)有差別”。（分析容器中有６個(gè)分子、一百個(gè)分子，一千個(gè)分子，一萬(wàn)個(gè)分子的狀況）。（總結(jié)）熱力學(xué)其次定律的微觀意義：一切自發(fā)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。演繹、應(yīng)用（生８）撤去擋板后氣體分子的位置有５種“宏觀態(tài)”，分為“左０右４”對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)個(gè)數(shù)為１個(gè)，“左１右３”，對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)個(gè)數(shù)為４個(gè)，“左２右２”對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)個(gè)數(shù)為６個(gè)，“左３右１”對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)個(gè)數(shù)為４個(gè)，“左４右０”對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)個(gè)數(shù)為１個(gè)。分析、歸納、總結(jié)實(shí)際氣體系統(tǒng)中的分子數(shù)大的驚人，兩室中分子數(shù)密度相同和大致相同的可能性比兩室分子數(shù)相差許多的可能性大的多，因此，撤去擋板后，事實(shí)上我們只能視察到氣體向真空擴(kuò)散，而不行能視察到氣體分子重新聚集在一室的現(xiàn)象。鞏固應(yīng)用。將理論學(xué)問(wèn)詳細(xì)化。６．熵和熵增加原理（講解并描述）為了描述分子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序程度，物理學(xué)中引入物理量“熵”，玻爾茲曼用統(tǒng)計(jì)物理學(xué)將“熵”與“微觀態(tài)”數(shù)目聯(lián)系起來(lái)?！办亍本捅硎玖撕暧^態(tài)所對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目的多少，標(biāo)記著這個(gè)宏觀態(tài)的無(wú)序程度?！办亍痹礁撸鸵馕吨到y(tǒng)越無(wú)序；“熵”越低就意味著系統(tǒng)越有序。（講解并描述）在“氣體向真空的擴(kuò)散”中，微觀態(tài)數(shù)目增多了，即系統(tǒng)“熵”增加了。而且，一切不行逆過(guò)程必定朝著熵不斷增加的方向進(jìn)行，這就是熵增加原理。分析、歸納、總結(jié)。分析、歸納、總結(jié)。建立概念。經(jīng)過(guò)再次提煉，得出新的理論學(xué)問(wèn)。７．生活中的熵增加現(xiàn)象（講解并描述）“熵”這個(gè)詞現(xiàn)在已經(jīng)超出了物理學(xué)的范疇，深化到信息科學(xué)，生命科學(xué)和社會(huì)科學(xué)中。在這些場(chǎng)合中，有些用法是熵的原來(lái)意義的延長(zhǎng)，有些只是用做“無(wú)序程度”的代名詞，描述過(guò)程的發(fā)展方向。（提問(wèn)）結(jié)合生活中的事例，說(shuō)明自然界中的熵增加。（生９）一個(gè)玻璃杯摔碎后，玻璃碴散落一地，無(wú)序性增加，我們就說(shuō)熵增加。（生１０）將一滴紅墨水滴到一杯清水中，紅墨水分子快速擴(kuò)散，直至勻稱(chēng)，無(wú)序性增加了，我們就說(shuō)熵增加。．．．．．．學(xué)以致用。教學(xué)總結(jié)本節(jié)課從相識(shí)“序”動(dòng)身，區(qū)分有序和無(wú)序，引入描述系統(tǒng)無(wú)序程度的物理量—熵，相識(shí)熵增加原理，知