2020_2021学年高中物理第十章热力学定律5热力学第二定律的微观解释1教案新人教版选修3_3.doc

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1、优选热力学第二定律的微观解释【教学目标】一知识与技能1.了解有序和无序，宏观态和微观态的概念。2.了解热力学第二定律的微观意义。3.了解熵的概念，知道熵是反映系统无序程度的物理量。4.知道随着条件的变化，熵是变化的。二过程与方法1学会通过现象总结规律的科学方法。2 知道自然界任何一个孤立的系统的熵不会减少。三情感态度和价值观培养分析归纳综合的能力【教学重点】热力学第二定律的微观解释【教学难点】熵的概念【教学过程】复习引入问题1:往清水中加入一滴墨水，墨汁会不断扩散，直到在整杯水中分布均匀为止。有没有这种可能，散布在水里的小碳粒会自发聚集成一滴墨水，剩余的部分则变回清水呢？生：

2、不会-11-/11优选问题2:我们常说“覆水难收”，这是为什么？学生不知如何回答。师：生活中有很多这样的自然现象，他们的发生具有特定的方向，只能朝一个方向自发进行，逆过程则不行，这是什么原因呢？（停顿）这是本节课研究的课题。一、讲授新课（一）有序和无序师：生活中我们常说到有序和无序这两个词，那么究竟什么叫序？举例说明有序和无序。生1：序就是次序。例如上体育课排队，按从低到高的顺序排列。是有序，解散了变得无序了。生2：图书馆图书众多,会先按学科分类,同学科的书籍又按首字母先后顺序排列，很有序，学生还书的时候没有规律，是无序。-11-/11优选ppt展示生活中的有序和无序实例。p

3、pt展示-11-/11优选1.有序：只要确定了某种规则，符合这个规则的就叫做有序。2.无序：不符合某种确定规则的称为无序。3.无序意味着各处都一样，平均、没有差别，有序则相反。对比1对比2-11-/11优选4.有序和无序是相对的。（二）宏观态和微观态ppt展示-11-/11优选师：当我们规定了不同的规则或者序,系统就有了不同的宏观态.平常我们听讲座需要按座位做好,我们可以一排排坐好,也可以排成环形,还可以分成两组对立而坐,方便及时讨论,这样大家这个整体就呈现出不同的状态,借用物理统计学上的话说,就是规定了一个个“宏观态”，以一排排坐这种状态为例，如果我们将这两个同学的位置互换

4、一下，具体的排列形式虽然变了，但是整体的排布却没有变，这就是宏观态对应下的“微观态”。（PPT展示）1.宏观态：当我们以系统的分子数分布而不区分具体的分子来描写的系统状态叫热力学系统的宏观态。-11-/11优选2.微观态：如果使用分子数分布并且区分具体的分子来描写的系统状态叫热力学系统的微观态。师：以我们班听课的座位排列为例。现在我们八小组，分组按大家的学号来分，也就是一至八号为第一小组，九到十八为第二小组，同时每一小组的同学要按身高来坐，这样我们就规定了系统的一个宏观态，此时每位同学的排列位置只有一种，我们就说此时的微观态唯一。如果分组仍按大家的学号来，而身高排列不做要求，

5、我们就又规定了另一个“宏观态”。此时对应的微观态数目还是一种吗？生：很多种。师：如果分组不做要求，而身高排列同样不做要求，这样的微观态是不是更多？生：是的！师：系统的宏观态所对应的微观态越多的，宏观态是越有序还使无序？生：无序。（PPT展示）3.系统的宏观态所对应的微观态的多少表现为宏观态无序程度的大小。【实例探究】一箱子被挡板分成左右两室，4个气体分子都在左室，撤去挡板后气体将在整个容器内无规则运动。分析挡板撤去后，4个分子在容器中可能的分布情形。DACB-11-/11优选每一种情形出现的概率各是多少？微观态共有24=16种可能的方式，而且4个分子全部退回到左室的可能性即几

6、率为1/24=1/16。一般来说，若有N个分子，则共2N种可能方式，而N个分子全部退回到左部的几率1/2N。对于真实理想气体系统N~1023/mol，这些分子全部退回到A部的几率为。此数值极小，意味着此事件永远不会发生。从任何实际操作的意义上说，不可能发生此类事件。对单个分子或少量分子来说，它们扩散到B部的过程原则上是可逆的。对大量分子组成的宏观系统来说，它们向B部自由膨胀的宏观过程实际上是不可逆的。这就是宏观过程的不可逆性在微观上的统计解释。生：宏观态不是等几率的。宏观态左4右0左3右1左2右2左1右3左0右4-11-/11优选微观态数目14641出现概率1/164/166

7、/164/161/16师：在一定的宏观条件下，我们能观察到的是哪种宏观态？生：均匀分布这种宏观态，相应的微观态多，热力学几率大，实际观测到的可能性或几率大。（二）热力学第二定律的微观意义：1、内容：一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。2、理解：①不可逆过程的本质：系统从热力学概率小的状态向热力学概率大的状态进行的过程。②热力学第二定律的适用X围1）适用于宏观过程，对微观过程不适用。2）适用于孤立系统。重新让学生回答前面的两个问题的原因。问题1:往清水中加入一滴墨水，墨汁会不断扩散，直到