从熵增加原理的教学看新课程对社会人文的关注

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1、从熵增加原理的教学看新课程对社会人文的关注新课标普通高中物理选修1—2（司南版）（一）热现象与规律第三章不可逆的物理过程第3节不可逆过程与熵2．熵与熵增加原理厦门第六中学陈宗荣【教学目标】①初步了解熵是描述系统无序程度的物理量，知道熵增加原理，尝试用具体事例说明熵增加原理。②通过观察分析、动手实验、社会调查和讨论交流，提高学生自主学习的能力和实践能力。③利用身边物理和谚语，提高学生学习物理的兴趣，培养其理论联系实际和科学发展观的意识，培养学生的环境保护和可持续发展意识。【教学过程】问题引入：热力学第一定律告诉我们能量是守恒的、不灭的，只能从一种形式转变到另一种形

2、式。这是不是说我们就可以高枕无忧地滥用那万世不竭的物质和能源了呢？学生展示课前搜集的本地能源使用情况，提出自己的见解，交流探究计划。教师小结：正方认为既然能量是守恒的，使用能源就如把钱从左口袋转移到右口袋，总数是不会变化的；反方反驳，既然如此，何必强调节约能源呢？希望通过下面两节课的学习，能帮你进一步了解其中的关系。板书课题：2．熵与熵增加原理一、熵情景创设：分别播放国庆阅兵队伍和闹市人群的视频录像，让学生感受对比阅兵队伍整齐划一的步伐声和闹市嘈杂难忍的噪声，对有序和无序有个感性认识。图1阅兵队伍——有序图2闹市人群——无序问：这两个视频片段反差强烈，你觉得最大

3、的不同是什么？引导学生从视觉和听觉方面分析回答。学生阅读P59最后一段至P60第一段，说说物理学中引入熵这个物理量的意义，并指出上面两图所体现的熵的高低。教师小结并板书：一、熵（entropy）物理意义：为了描述分子运动的无序程度的差异。符号：S。定义：熵是系统无序程度的量度。指出：熵值越大，意味着系统越“混乱”和“分散”，无序程度越高；熵值越小，意味着系统越“整齐”和“集中”，也就越有序；提问：把一碗绿豆和一碗米搀和在一起煮成绿豆粥，请分析搀和前后系统的熵谁大谁小？你能再举出生活中类似的例子吗？师生共同评析。二、熵增加原理多媒体动画演示：教师讲述：假设一隔板将

4、盒子分为A、B两部分，A内装有高温气体，B内装有低温气体。以运动影迹长短表示分子运动速率的快慢，请认真观察隔板抽走前后A、B中分子运动情况的差异，描述有关现象，并从微观角度分析原因。学生观察后描述：从微观角度看，A中的大多数分子运动速率快，而B中的大多数分子运动速率慢。将隔板轻轻地抽走，让A、B中的分子自动混合，当速率较高的分子碰上速率较低的分子时，很大可能会将自己的一部分动能转移给速率较低的分子；大量分子的相互碰撞碰撞使A、B中的分子都达到一个中间的平均速率，从宏观结果看，两气体的温度都趋于相等，即都为某一个温度。从微观角度看，隔板抽走前A、B两部分的分子平均

5、速率不一样，抽走后A、B两部分的分子平均速率没有区别。教师小结：后者微观的无序程度增加了，因此，在这不可逆过程中，系统的熵增加了。高温隔板低温中间温度（a）A、B间有隔板（b）抽去隔板图3分子的微观运动与宏观表现学生实验：将红墨水滴进清水中，观察红墨水在清水中自然扩散过程。提问：能让已扩散的红墨水自动从清水中分离出来吗？红墨水扩散后熵增加还是减小了？为什么？（扩散前红墨水集中有序，扩散后混乱而分散）打开花露水瓶的盖子，让闻到花露水气味的学生举手示意。师生共同分析：显然，在这一过程中，由空气分子和花露水分子组成的系统也变得更加无序了。从统计的观点看，只要经过的时间

6、足够长，做无规则运动的每一个花露水分子都可能达到房间的任何一个地方，当然也包括回到瓶子里去。但是，不论经过多长时间，出现所有花露水分子都自动从空气中返回花露水瓶的可能性微乎其微；出现花露水分子均匀分布整个房间的可能性最大。前者的有序程度高，后者的有序程度低。可见，这个自发过程最可能向着系统熵增加的方向进行，而且花露水分子的数量越多，均匀分布到整个房间的可能性就越大，当花露水分子的数量极其巨大时，可能性就成了必然性。打开门窗，隔一段时间，房间里的香味越来越淡，追问：花露水分子到哪里去了，是否全部自发地回到瓶子里？教师小结并板书：二、熵增加原理：在孤立系统中，一切不

7、可逆过程必然朝着熵的不断增加的方向进行，这就是熵增加原理（principleofentropyincrease）。熵增加原理是热力学第二定律的又一种表述，它比开尔文、克劳修斯表述更为概括地指出了不可逆过程的进行方向；同时，更深刻地指出了热力学第二定律是大量分子无规则运动所具有的统计规律，因此只适用于大量分子构成的系统，不适用于单个分子或少量分子构成的系统。讨论与交流：机械能转化为内能的过程熵增加还是减少？内能转化为机械能的过程呢？请用熵增加原理说明内能与其他形式能的转化过程为什么是不可逆的，并据此讨论提高热机效率的意义。请将你的看法与同学讨论交流。教师：“每当你

8、点燃一支香烟的时候，世界