2015年高中物理 10.5热力学第二定律的微观解释教案 新人教版选修3-3
2024-2025学年高中物理第10章热力学定律5热力学第二定律的微观解释教案2新人教版选修3-3
3. 学生需了解实际生活中的热现象，如热传递、热能转化等，从而能够将理论知识与实际应用相结合。
教学内容主要包括：
1. 热力学第二定律的表述及意义。
2. 熵的概念及其在热力学第二定律中的应用。
3. 微观角度解释热力学第二定律，如分子运动规律、概率论等。
八、板书设计
① 热力学第二定律的表述及意义：
- 熵的概念及其在热力学第二定律中的应用。
- 熵增原理的表述及其意义。
② 微观角度解释热力学第二定律：
- 分子动理论的基本原理。
- 微观粒子的运动规律及其对热力学第二定律的影响。
- 概率论在热力学第二定律中的应用。
③ 热力学第二定律的实际例子分析：
- 生活中的热现象，如热传递、热能转化等。
3. 在线学习平台：利用在线学习平台提供丰富的学习资源和练习题，方便学生自主学习和巩固知识。
4. 互动式教学：通过问答、讨论等形式，鼓励学生积极参与课堂互动，提高学生的思维能力和解决问题的能力。
5. 实验教学：安排实验课程，让学生亲身体验热力学第二定律的应用，提高学生的实践操作能力和科学探究能力。
五、教学流程
2. 提升学生的科学探究能力，通过实例分析和讨论，培养学生运用热力学第二定律解决实际问题的能力。
3. 增强学生对物理学科的兴趣和热情，通过联系现代科学技术领域中的应用，使学生认识到热力学第二定律在现实生活中的重要性。
4. 培养学生良好的团队合作意识，通过小组讨论和合作，培养学生共同解决问题的能力。
三、学习者分析
- 结合实际例子，如冰箱、空调等，讲解热力学第二定律在这些设备中的应用。
高中物理人教版选修3-3教案《热力学第二定律的微观解释》2
热力学第二定律的微观解说新课标要求（一）知识与技术认识热力学第二定律的微观意义。
（二）过程与方法经过对微观状态和宏观状态的剖析，理解熵的意义。
（三）感情、态度与价值观经过对热力学第二定律微观意义的研究，激发学习物理的动力。
教课要点热力学第二定律的微观意义。
教课难点对熵和熵增添原理的理解。
教课方法讲练法、剖析概括法、阅读法教课器具：投影仪、投电影教课过程（一）引入新课教师：（复习发问）用投电影出示以下问题1．什么是热传导的方向性？2．机械能和内能之间互相转变的方向性指的是什么？3．什么是第二类永动机？为何第二类永动机不行能制成？4．热力学第二定律的两种表述方式是什么？学生思虑回答后，教师指出：系统的宏观表现源于构成系统的微观粒子的统计规律。
本节课就要从微观的角度说明为何波及热运动的宏观过程会有必定的方向性。
（二）进行新课1．有序和无序宏观态与微观态教师：先指引学生阅读教材相关内容，以“扑克牌”为例，领会“有序”和“无序”的含义，进而进一步领会“宏观态”和“微观态”的含义。
教师：（解说）当我们以系统的分子数散布而不划分详细的分子来描绘的系统状态叫热力学系统的宏观态；假如使用分子数散布并且划分详细的分子来描绘的系统状态叫热力学系统的微观态。
在热力学系统中，因为存在大批粒子的无规则热运动，任一时辰各个粒子处于何种运动状态完整部是有时的，并且又都随时间无规则地变化。
系统中各个粒子运动状态的每一种散布，都代表系统的一个微观态，系统的微观态的数目是大批的，在随意时辰系统随机地处于此中随意一个微观态。
下边我们以上图所示的状况为例来进一步加以说明。
假定容器中体积相等的A、 B 两室内拥有 a、 b、 c、 d 一共 4 个全同的分子，它们在 A、B 两室内的散布状况共有 16 种方式。
详细散布以下：1（ 0， 4）（0，abcd）（l ，3）4［（ a， bcd），（b，acd），（c， abd），（d，abc）］（2，2）6［（ ab，cd），（ac，bd），（ ad，bc），（ bc，ad），（bd，ac），（cd，ab）］4（ 3， l ）［（bcd，a），（acd，b），（abd，c），（abc，d）］（ 4， 0）1（abcd，0）上边的散布表达中，如（2， 2）表示一个宏观态（即A、 B 两室内各有 2 个分子但不划分详细分子）而（ab，cd）表示一个微观态（ a 和 b 分子在 A 室内， c 和d 分子在 B 室内）由上表可清楚地看出，不一样的宏观态包括着不一样数目的微观态，此中以 A、B 两室各有 2 个分子的宏观态包括的微观态数目最多（ 6 个）而以 4 个分子所有散布在 A 室或所有散布在 B 室的宏观态所包括的微观态数目最少（都是 1 个）。
10.5 热力学第二定律的微观解释—人教版高中物理选修3-3课件(共33张PPT)
熵 熵增加原理
一. 熵及熵增原理 1．玻尔兹曼熵公式： 2．熵增原理：孤立系统内，熵的数值永不减小，即： 3．热力学第二定律的适用范围 ① 大量分子 ② 有限的宏观物质系统 二． 熵概念的重要意义 1．联系热力学与统计力学 如平衡态， 最大，即平衡态为最可几趋势但不是唯一可能趋势 2．应用范围非常广阔
3、热力学第二定律的微观意义：
一切自发的过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行。 三、熵 1、熵是系统混乱（无序）程度的大小，
熵越高，系统越无序，熵越低，系统越有序。
2、热力学第二定律（熵增加原理）：在任何自然过程中，一个孤立 系统的总熵不会减小。 3、熵告诉我们：把事情搞得乱糟糟的方式要比把事情做得整整齐齐的 方式多得多。也容易得多。
一、有序和无序 宏观态和微观态 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。 有序和无序是相对的
3、宏观态：指符合某种规定、规则的宏观状态。 4、微观态：在规定的宏观态下，所有可能的不同的（微观的）详细 分布状态，叫做这种宏观态的微观态。 5、宏观态对应的微观态数量多→显得无序。 宏观态对应的微观态数量少→显得有序。
爱因斯坦称之为“第一法则”；它渗透到许多学科，与生命、环境 、社会等密切相关 3. 不可逆过程总是向熵增加的方向进行的.因此用增加可判断进程进 行的方向和限度. 三．熵增加原理与热力学第二定律
熵增加原理是把热现象的不可逆过程进行的方向和限度进行数量 上的描述, 因此它是热力学第二定律的数学表示.
高中物理 10-5 热力学第二定律的微观解释课件 新人教版选修3-3
人教版 ·选修3-3
路漫漫其修远兮 吾将上下而求索
第十章
热力学定律
第五节
热力学第二定律的微观解释
课堂情景切入 考点题型设计 知识自主梳理
课后强化作业
重点难点突破
学习目标定位
※ ※
了解热力学第二学定律的微观解释 了解熵及熵增加原理
课堂情景切入
自然现象，历史人文，大多是不可逆的。现在你可以理 解为什么孔夫子在川上有“逝者如斯”之叹了吗？试想，如 果分子的运动可以自发地从无序变为有序，会有什么现象发 生？这些现象会自然发生吗？为什么？
答案：根据大量分子运动对系统无序程度的影响，热力 学第二定律又有一种表述：由大量分子组成的系统自发变化 时，总是向着无序程度增加的方向发展，至少无序程度不会 减少。这也就是说，任何一个系统自发变化时，系统的熵要 么增加，要么不变，但不会减少。质量相同，温度相同的水， 可以由固体自发地向液体、气态转化，所以，气态时的熵最 大，其次是液体，固态时的熵最小。
3．在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小 ， 叫做熵增加原理。对于其他情况，系统的熵可能增加，也可 能减小。
重点难点突破
一、有序、无序的含义 1．“无序”意味着各处一样、平均、没有差别，而有序 则正好相反。 2．“有序”与“无序”是相对的。 二、熵的含义 “有序”和“无序”是相对而言的，是从有序程度上讲 的，熵是宏观态无序程度的量度，熵越高，意味着宏观态所 对应的微观态数目越多，即越无序，熵越低即越有序。
知识点 2
气体向真空的扩散
热力学第二定律的微观意义：一切自然过程总是沿着分 子热运动的 无序性增大 的方向进行。
知识点 3
熵及熵增加原理
1.微观状态的数目用 Ω 表示， 用 S 表示熵， 则 S＝ klnΩ ， k 称为玻耳兹曼常数。 2．熵和系统内能一样都是一个状态函数，仅由系统的
人教版高中物理选修3-3第10章第5节热力学第二定律的微观解释教案设计
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
教学方法
小组讨论，理论联系实际，演绎和归纳
教学过程。
人教版高中物理10.4《热力学第二定律》教案(新人教版选修3-3)(2篇)
10.4 热力学第二定律【教学目的】1、了解某些热学过程的方向性2、了解什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可能制成3、了解热力学第二定律的两种表述，理解热力学第二定律的物理实质4、知道什么是能量耗散5、知道什么是热力学第三定律【教学重点】1、热力学第二定律的实质，定律的两种不同表述2、知道什么是第二类永动机，以及它不能制成的原因【教学难点】热力学第二定律的物理实质【教具】扩散装置【教学过程】○、引入学生答问：1、热力学第一定律的形式若何，符号法则怎样？2、什么是第一类永动机？热力学第一定律和能量守恒定律具有相同的实质，表征的是能量转移或转化过程中总量不变。
既然能量只是在不停地转移或转化，而不会消失，我们为什么还在面临能源危机，还在不停地呼吁节约能源呢？我们今天来探讨一下这个问题——一、某些热学过程的方向性人们认识问题，总是先有素材，再有思索，然后才有理论的总结与上升。
我们先看这样的事实：根据初中学过的物理常识，我们知道热传导会在两个有温差的物体间产生，会自发的从高温物体传至低温物体，那么，热传导会不会从低温物体传至高温物体呢？不会。
我们把这种现象称之为——热传导的方向性在看另一个事实：表述教材P85图11-12的物理情形…（人们也做过理论上的预测：扩散既然是分子无规则运动引起，那么，原来A容器中的气体分子恰好全部回到A容器是可能的，只是这种几率非常非常小，以至于在现实中还从来没有发生过）这说明——扩散现象有方向性事实三：有初速度的物体，在水平面上运动，总要停下来，因为摩擦生热，机械能转化成了内能；但是，由于内能的增量一部分转移到物体和地面，另一部分转移到了空中（通常称之为耗散），我们要把这部分内能收集起来，然后通过某种机器或装置让它转化成物体重新运动的机械能，这可能吗？答案必然是否定的。
甚至人们还尝试过，即便能够把这部分内能完全收集（不散失），要使它完全转化成机械能，也是绝对不可能的。
所以，我们说，涉及到热现象的——能量转化有方向性怎样表征这种热学过程的方向性呢？——二、热力学第二定律在介绍热力学第二定律之前，先介绍相关概念——热机：将内能转化成机械能的装置。
高中物理《热力学第二定律》教案4 新人教版选修3-3
课题：§9.7 热力学第二定律教学目的：1、了解某些热学过程的方向性2、了解什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可能制成3、了解热力学第二定律的两种表述，理解热力学第二定律的物理实质4、知道什么是能量耗散教学重点：热力学第二定律的实质，定律的两种不同表述教学难点：热力学第二定律的物理实质教学过程：热力学第一定律和能量守恒定律具有相同的实质，表征的是能量转移或转化过程中总量不变。
既然能量只是在不停地转移或转化，而不会消失，我们为什么还在面临能源危机，还在不停地呼吁节约能源呢？我们今天来探讨一下这个问题——一、某些热学过程的方向性根据初中学过的物理常识，我们知道热传导会在两个有温差的物体间产生，会自发的从高温物体传至低温物体，那么，热传导会不会从低温物体传至高温物体呢？不会。
我们把这种现象称之为—— ⒈热传导的方向性在看另一个事实：扩散既然是分子无规则运动引起，那么，原来A 容器中的气体分子扩散到B 容器后，在自发的分离回到初始状态在现实中还从来没有发生过，这是不可能的，这说明—— ⒉扩散现象有方向性事实三：有初速度的物体，在水平面上运动，总要停下来，因为摩擦生热，机械能转化成了内能；但是，由于内能的增量一部分转移到物体和地面，另一部分转移到了空中（通常称之为耗散），我们要把这部分内能收集起来，然后通过某种机器或装置让它转化成物体重新运动的机械能，这可能吗？答案必然是否定的。
甚至人们还尝试过，即便能够把这部分内能完全收集（不散失），要使它完全转化成机械能，也是绝对不可能的。
所以，我们说，涉及到热现象的——⒊能量转化有方向性怎样表征这种热学过程的方向性呢？——二、热力学第二定律在介绍热力学第二定律之前，先介绍相关概念——热机：将内能转化成机械能的装置。
它们的主要工作原理都是利用高温高压的气体或蒸汽膨胀做功。
如蒸汽机、汽轮机、燃气轮机、内燃机和喷气发动机等。
内能的来源有燃料燃烧所放出的内能、地热以及原子能（转化）、太阳能（转化）等。
(完整版)物理人教版选修3-3 10.5 热力学第二定律的微观解释
教学目标 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。
不可能将热量从低温物体传到高温物体而不引起 其它变化（即热量不会自动地从低温物体传到高温物体）。
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。
分布 详细分布 （宏观态） （微观态）
热力学几率
4个分子在容器中的分布对应5种宏观态
1 一种宏观态对应若干种微观态。
（宏观态） （微观态）
AB
的方式，而且4个分子全部
1
退回到A部的可能性即几率
为1/24=1/16。 4
若有N个分子，则共2N种
6
可能方式，而N个分子全部退
回到A部的几率1/2N.对于真
4
实理想气体系统N1023/mol，
这些分子全部退回到A部的几
1
率为 1 21023 。此数值极小
意味着全部退回到A部永远不会发生。从任何实际操作的意义上说，不可能发生此类事件。
2.宏观态和微观态（统计物理学术语）
宏观态：系统符合某种“宽泛”的规定、规则的状态，叫做热力学系统的宏观态。
简而言之：系统的宏观状态就是宏观态。
微观态：在宏观状态下，符合另外的“更细”的规定、规则的状态叫做这 个宏观态的微观态。
系统的宏观态下个体的不同分布状态就是微观态。 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。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，同时也决定了宏观过程的方向性——从有序到无序。
2024-2025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教案1新人教版选修3-3
（四）巩固练习（预计用时：5分钟）
随堂练习：
设计随堂练习题，让学生在课堂上完成，检查学生对熵和熵增原理的理解和应用。
鼓励学生相互讨论、互相帮助，共同解决问题。
错题订正：
针对学生在随堂练习中出现的错误，进行及时订正和讲解。
引导学生分析错误原因，避免类似错误再次发生。
-参与学术讨论，分享学习心得，拓展知识视野。
作业布置与反馈
（一）作业布置
1.基础知识巩固：
-完成热力学第二定律微观解释的概念填空题，加深对熵、熵增原理等基础知识的理解。
-绘制热力学过程图，标注能量转化和熵变，提高对热力学第二定律微观解释的认识。
2.应用与分析：
-分析生活中的热力学过程，运用熵增原理解释不可逆现象，培养学生的应用能力。
-互动问答：鼓励学生提问和回答，提高课堂互动性，巩固知识点。
教学流程
（一）课前准备（预计用时：5分钟）
学生预习：
发放预习材料，引导学生提前了解热力学第二定律的微观解释的学习内容，标记出有疑问或不懂的地方。
设计预习问题，如“熵是什么？它与热力学第二定律有何关联？”，激发学生思考，为课堂学习热力学第二定律的微观解释做好准备。
-教学模型：熵增原理演示模型。
2.软件资源：
-教学课件：包含热力学第二定律的微观解释的相关知识点和案例分析。
-课程软件：物理模拟软件，用于演示热力学过程和熵变。
-数据分析软件：用于处理实验数据，帮助学生理解熵的变化。
3.课程平台：
-在线学习平台：提供电子教材、习题库、拓展阅读等资源。
-班级交流平台：用于发布通知、讨论问题和共享学习资料。
（4）学科交叉研究：
高中物理10.5热力学第二定律的微观解释教案新人教版选修3-3
第五节热力学第二定律的微观解释教学目标：（一）知识与技能了解热力学第二定律的微观意义。
（二）过程与方法通过对微观状态和宏观状态的分析，理解熵的意义。
（三）情感、态度与价值观通过对热力学第二定律微观意义的探究，激发学习物理的动力。
教学重点：热力学第二定律的微观意义。
教学难点：对熵和熵增加原理的理解。
教学方法：讲述法、分析归纳法、阅读法教学用具：投影仪、投影片教学过程：（一）复习提问，引入新课1、什么是热传导的方向性？2、机械能和内能之间相互转化的方向性指的是什么？3、什么是第二类永动机？为什么第二类永动机不可能制成？4、热力学第二定律的两种表述方式是什么？学生思考回答后，教师指出：系统的宏观表现源于组成系统的微观粒子的统计规律。
本节课就要从微观的角度说明为什么涉及热运动的宏观过程会有一定的方向性。
（二）新课教学1、有序和无序宏观态与微观态引导学生阅读教材有关内容，以“扑克牌”为例，体会“有序”和“无序”的含义，从而进一步体会“宏观态”和“微观态”的含义。
教师讲解：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；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。
在热力学系统中，由于存在大量粒子的无规则热运动，任一时刻各个粒子处于何种运动状态完全是偶然的，而且又都随时间无规则地变化。
系统中各个粒子运动状态的每一种分布，都代表系统的一个微观态，系统的微观态的数目是大量的，在任意时刻系统随机地处于其中任意一个微观态。
下面我们以上图所示的情况为例来进一步加以说明。
假设容器中体积相等的A、B两室内具有a、b、c、d一共4个全同的分子，它们在A、B两室内的分布情况共有16种方式。
具体分布如下：−1（0，abcd）（0，4）−→−4［（a，bcd），（b，acd），（c，abd），（d，abc）］（ l，3）−→−6［（ab，cd），（ac，bd），（ad，bc），（bc，ad），（bd，ac），（cd，ab）］（2，2）−→−4［（bcd，a），（acd，b），（abd，c），（abc，d）］（3，l）−→−1（abcd，0）（4，0）−→上面的分布表达中，如（2，2）表示一个宏观态（即A、B两室内各有2个分子但不区分具体分子）而（ab，cd）表示一个微观态（a和b分子在A室内，c和d分子在B室内）由上表可清楚地看出，不同的宏观态包含着不同数量的微观态，其中以A、B两室各有2个分子的宏观态包含的微观态数目最多（6个）而以4个分子全部分布在A室或全部分布在B 室的宏观态所包含的微观态数目最少（都是1个）。
2024-2025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教案1新人教版选修3-3
学生活动：
-听讲并思考：认真听讲，积极思考老师提出的问题。
-参与课堂活动：积极参与小组讨论、角色扮演、实验等活动，体验热力学第二定律的微观解释的应用。
-提问与讨论：针对不懂的问题或新的想法，勇敢提问并参与讨论。
教学方法/手段/资源：
-讲授法：通过详细讲解，帮助学生理解热力学第二定律的基本概念和微观解释。
课堂
课堂评价是了解学生学习情况的重要方式，通过提问、观察、测试等方式，及时发现问题并进行解决。以下是课堂评价的具体内容：
-提问：教师可以通过提问的方式，了解学生对热力学第二定律的微观解释的理解程度。例如，可以提问学生关于熵的概念、熵的增减规律以及熵与温度、概率的关系等问题。
-观察：教师可以通过观察学生的课堂表现，了解学生的学习情况。例如，可以观察学生是否认真听讲、积极参与课堂讨论、提出问题和思考问题等。
2.熵的增减规律
-熵变：ΔS = q/T
-熵与微观状态的排列有序性
3.熵与温度、概率的关系
-熵与温度、概率的密切关系
-熵变与热交换量的关系：ΔS = q/T
4.微观解释
-熵的增减规律与微观状态的排列有序性
-熵与温度、概率的关系
5.实验验证
-实验现象：观察熵的增减规律和熵与温度、概率的关系
-实验器材：温度计、热源等
-实践活动法：设计实践活动，让学生在实践中掌握热力学第二定律的微观解释。
-合作学习法：通过小组讨论等活动，培养学生的团队合作意识和沟通能力。
作用与目的：
-帮助学生深入理解热力学第二定律的基本概念和微观解释，掌握相关的解释方法。
-通过实践活动，培养学生的动手能力和解决问题的能力。
高中物理《热力学第二定律》教案2新人教版选修3-3
高中物理《热力学第二定律》教案2新人教版选修3-3第一篇：高中物理《热力学第二定律》教案2 新人教版选修3-3 六热力学第二定律【教学目标】1、了解热传导过程的方向。
2、了解什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可能制成。
3、了解热力学第二定律的两种不同的表述以及这两种表述的物理实质。
4、指导学生分析事例，培养学生分析问题和理论联系实际的能力【重点、难点分析】1、热力学第二定律表述的物理实质2、自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性【课时安排】一课时【课前准备】一盆凉水，准备一个酒精灯和一个铁块，铁钳【教学设计】引入新课我们在初中学过，当物体温度升高时，就要吸收热量；当物体温度降低时，就要放出热量。
而且热量公式Q = cm△t，这里有一个有趣的问题：地球上有大量的海水,它的总质量约为1.4×10t , 如果这些海水的温度降低0.1C,将要放出多少焦耳的热量?海水的比热容为C=4.2×10J/(kg·℃)。
下面请大家计算一下。
学生计算：Q = 4.2×10×1.4×10×10×0.1 = 5.8×10J 这相当于1800万个功率为100万千瓦的核电站一年的发电量。
为什么人们不去研究这“新能源”呢？原来，这样做是不可能的，这涉及物理学的一个基本定律，这就是本节要讨论的热力学第二定律。
【板书】第六节热力学第二定律【板书】一、热传导的方向性教师实验，点燃酒精灯，用钳夹住事先准备好的铁块，在火焰上灼烧一段时间后，问学生现在用手摸会出现什么现象？下面把灼热的铁块放入冷水中，过一段时间，拿出铁块现在你们敢用手摸吗？通过这个实验说明什么问题？学生思考，教师给予启发学生答：热量从温度高的物体自发地传给温度低的物体再让学生列举一些这样的例子例如：雪花落在手上就融化，挨着火炉就温暖等等318323318o用心爱心专心 1 教师反问学生：大家是否想过热量为什么不会自发地从低温物体传给高温物体，使低温物体的温度越来越低，高温物体的温度越来越高。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第五节热力学第二定律的微观解释
教学目标：
（一）知识与技能
了解热力学第二定律的微观意义。
（二）过程与方法
通过对微观状态和宏观状态的分析，理解熵的意义。
（三）情感、态度与价值观
通过对热力学第二定律微观意义的探究，激发学习物理的动力。
教学重点：
热力学第二定律的微观意义。
教学难点：
对熵和熵增加原理的理解。
教学方法：
讲述法、分析归纳法、阅读法
教学用具：
投影仪、投影片
教学过程：
（一）复习提问，引入新课
1、什么是热传导的方向性？
2、机械能和内能之间相互转化的方向性指的是什么？
3、什么是第二类永动机？为什么第二类永动机不可能制成？
4、热力学第二定律的两种表述方式是什么？
学生思考回答后，教师指出：系统的宏观表现源于组成系统的微观粒子的统计规律。
本节课就要从微观的角度说明为什么涉及热运动的宏观过程会有一定的方向性。
（二）新课教学
1、有序和无序宏观态与微观态
引导学生阅读教材有关内容，以“扑克牌”为例，体会“有序”和“无序”的含义，从而进一步体会“宏观态”和“微观态”的含义。
教师讲解：
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；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。
在热力学系统中，由于存在大量粒子的无规则热运动，任一时刻各个粒子处于何种运动状态完全是偶然的，而且又都随时间无规则地变化。
系统中各个粒子运动状态的每一种分布，都代表系统的一个微观态，系统的微观态的数目是大量的，在任意时刻系统随机地处于其中任意一个微观态。
下面我们以上图所示的情况为例来进一步加以说明。
假设容器中体积相等的A、B两室内具有a、b、c、d一共4个全同的分子，它们在A、B两室内的分布情况共有16种方式。
具体分布如下：
−1（0，abcd）
（0，4）−→
−4［（a，bcd），（b，acd），（c，abd），（d，abc）］
（ l，3）−→
−6［（ab，cd），（ac，bd），（ad，bc），（bc，ad），（bd，ac），（cd，ab）］（2，2）−→
−4［（bcd，a），（acd，b），（abd，c），（abc，d）］
（3，l）−→
−1（abcd，0）
（4，0）−→
上面的分布表达中，如（2，2）表示一个宏观态（即A、B两室内各有2个分子但不区分具体分子）而（ab，cd）表示一个微观态（a和b分子在A室内，c和d分子在B室内）由上表可清楚地看出，不同的宏观态包含着不同数量的微观态，其中以A、B两室各有2个分子的宏观态包含的微观态数目最多（6个）而以4个分子全部分布在A室或全部分布在B 室的宏观态所包含的微观态数目最少（都是1个）。
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。
2、气体向真空的扩散
教师引导学生阅读教材有关内容。
教师讲解：一个箱子被挡板分为左、右两室，假设左室气体只有a，b，c，d 4个分子，右
室为真空，撤去挡板后，气体由左向右扩散，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”这种均匀分布的可能性最大，而分子重新集中在一个室中，另一个室变成真空的可能性小。
而实际上，气体系统中分子个数相当多，因此，撤去挡板后实际上我们只能看到气体向真空中扩散，而不可能观察到气体分子重新聚集在一室的现象。
从无序的角度上看，热力学系统是由大量作无序运动的分子组成的，因为任何热力学过程都伴随着分子的无序运动状态的变化，当撤去挡板的一瞬间，分子仍聚集在左室，对于左右两室这一个整体来讲，这显然是一种高度有序的分布，当气体分子自由扩散后，气体系统就变得无序了，因此，气体的自由扩散过程是沿着无序性增大的方向进行的，因此，一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。
这就是热力学第二定律的微观意义。
3、熵
教师引导学生阅读教材有关内容。
教师讲解：一个宏观状态对应的微观状态的多少是一个非常重要的物理量，它标志着这个系统宏观态的无序程度，从中还可以知道系统将朝什么方向发展，物理学中就用Ω来表示一个宏观态所对应的微观态的数目。
例如在炒地皮的过程中，某个人将抓到的牌按照黑桃、红桃、草花、方块的顺序但没有按照从小到大的顺序排列，那么他所抓到的牌可能有多种排列方式，这些排列方式的数目就等于Ω
说明：为了研究的方便，在物理学中引入了一个熵的概念，用符号S表示。
熵和Ω之间存在如下的关系（S＝klnΩ，其中k是一个常数称之为玻耳兹曼常数，ln是自然对数符号）。
在自发过程中，是由有序向无序发展，Ω、S都要增大。
因此在引入熵这个概念以后，关于自发过程的方向性就可以表述为：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减少。
这就是用熵表示的热力学第二定律，为此，不少人也把热力学第二定律称之为熵增加原理。
对熵增加原理的理解：
（1）熵较大的宏观状态就是无序程度较大的状态，也就是出现概率较大的宏观状态（2）在自然过程中，熵总是增加的，其原因并非因为有序是不可能的，而是因为通向无序的渠道要比通向有序的渠道多得多，即无序的可能性要比有序的可能性大得多（3）从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律，一个孤立系统在自发过程中总是向熵增加的方向发展，而熵值较大代表着较为无序
（三）课堂小结
学生自己总结本节课所学内容并与同学交流
（四）布置作业
问题与练习1、2、3。