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2教案新人教版选修3_3.docx

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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．了解序的概念，区分有序和无序。2．知道宏观态与微观态，知道微观态的数目与无序程度的对应关系。3．知道熵的概念，初步了解熵是描述系统无序程度的物理量。了解熵增加原理，知道它是热力学第二定律的另一种表述。4．体会现实生活中的熵增加原理。（二）过程与方法1．学会通过现象总结规律的科学方法2．知道熵的概念，知道任何自然过程中一个孤立系统的总熵不会减少（三）情感、态度与价值观培养分析、归纳、综合能力。教学重点热力学第二定律的微观意义。教学难点熵的概念的建立-9-/9优选教学方法小组讨论，理论联系实际，演绎和归纳教学过程教学内容教师活动学生

2、活动预期目标引入前面我们学习了热力学第二定律，知道了任何宏观自发过程的进行都具有方向性。请同学们列举生活中自发过程的例子。思考，举例。提出问题，引发思考，与生活联系起来。　　展示鸡蛋破碎、牛奶溢出、气体飞出等图片。观测、思考。加强对物理规律的识。-9-/9优选　　（讲述）物理学或广义上的科学都是以规律为基础，科学家们研究自然，总结规律，并用自然定律去解释这些规律，构建这样一条规律的最笨的方法就是引进鸡蛋破碎定律或牛奶溢出定律，但是这样的规律对我们毫无用处，它只是描述性的，只是简单的告诉我们观测到了什么，而没有提供任何解释，我们期望物理学最深奥的领域能有一个定律，给我们观测到的不可逆过

3、程一个基本解释。　　介绍玻尔兹曼了解物理学家的贡献。１．概率（提问）一副扑克牌按黑桃、红桃、梅花、方块的顺序，并从小到大排列，洗牌之后会不会还是按照这个顺序排列？　（总结）扑克牌按一定的规则排列只有一种排列方式，无规则的排列方式有很多种，洗牌后每种排列的方式的概率都是一样的，而仍按一定的规则排列的概率很小。思考、讨论、交流（生１）不会。因为乱了就不会再按顺序排列了。（生２）可能会。概率小而已。从生活中的例子理解概率的概念。２．序（问）生活中我们常说到有序和无序，那么什么叫序？举例说明有序和无序。思考、作答。（生３）序就是按一定的规则排列。（生４）玩扑克牌。（生５）列队。　．．．．．．

4、建立概念将认识从抽象到具体。-9-/9优选３．宏观态和微观态　（讲）如果规定一副扑克牌的花色顺序与顺序，借用统计物理学的术语来说，我们就是规定了一个“宏观态”。每X扑克牌的排列位置只有一种，我们就说此时的微观态唯一。如果我们规定花色的先后顺序，而顺序任意，我们就是规定了另一个“宏观态”。此时每X扑克牌的排列位置就会有多种，我们就说此时“微观态”的数目比较多。如果拿到一副扑克牌，我们对花色顺序以及顺序不做任何规定，那么与这个“宏观态”相对应，每X扑克牌的排列位置就更多了，我们就说此时“微观态”的数目更多。思考、建立概念。　　将认识上升到理论。　　（提问）从刚才的分析讨论中你能不能建立序

5、和微观态之间的关系？推理、分析、作答。建立概念间的联系，提升认识。-9-/9优选４．序与微观态（总结）“有序”和“无序”是相对的，是从序的程度上来说的。如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说这个“宏观态”是比较无序的。（生６）“有序”表明对于一个确定的宏观态对应于较少的“微观态”。而“无序”表明对于一个确定的宏观态对应于较多的“微观态”。（生７）“序”与“微观态”数目相对应。微观态数目越多，说明事物越无序。５．气体向真空的扩散（讲）现在我们以气体向真空扩散为例，探讨与热现象有关的宏观自发过程的方向性。一个箱子被挡板分为左、右两室，左室有气体，右室为真空。撤去挡板后气体要由左向

6、右扩散。我们将从分子热运动的角度分析这个过程的方向性。为了简单，假定气体只由４个分子组成。请同学们分析挡板撤去后分子位置分布的宏观态和对应的微观态。演绎、应用　巩固应用。-9-/9优选（讲述）撤去挡板后，从微观的角度来说，由于分子的热运动，１６种微观态出现的概率是一样，那么宏观上观察到的现象是什么呢？从表中看出，“左２右２”这种宏观上看来均匀分布的情况，所对应的微观态的个数最多，“左０右４”“左４右０”这种极端不均匀的宏观态所对应的微观态的个数很少。撤去挡板后，由于各个微观态出现的概率是一样的，从宏观上看，我们看到“左２右２”这种均匀分布的的可能性更大，而分子重新集中在一个室中，另一

7、个变成真空的可能性最小。“左２右２”这种状态对应着６个微观态，而一侧有４个分子另一侧为真空的状态只对应着２个微观态。按照我们的前面的说法，“左２右２”是一种更为无序的状态，即无序指一种“平均”“各处都一样”“没有差别”。（生８）撤去挡板后气体分子的位置有５种“宏观态”，分为“左０右４”对应的微观态个数为１个，“左１右３”，对应的微观态个数为４个，“左２右２”对应的微观态个数为６个，“左３右１”对应的微观态个数为４个，“左４右０”对应的微观态个数为１个。分析