选修热力学第二定律的微观解释教案
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。
高二物理热力学第二定律的微观解释(201911整理)
1.有序和无序
有序：只要确定了某种规则，符合这个规则的就叫做有序。
无：不符合某种确定规则的称为无序。
无序意味着各处都一样，平均、没有差别，有序则相反。
有序和无序是相对的。 2.宏观态和微观态 宏观态：符合某种规定、规则的状态，叫做热力学系统的宏观 态。 微观态：在宏观状态下，符合另外的规定、规则的状态叫做这 个宏观态的微观态。
3.热力学第二定律的统计意义
•热力学第二定律的微观意义
对于一个热力学系统，如果处于非平衡态，我们认为它处于 有序的状态，如果处于平衡态，我们认为它处于无序的状态。
在热力学中，序：区分度。
热力学第二定律的微观意义：一切自然过程总是沿着无序性增大 的方向进行。
下面从统计观点探讨过程的不可逆性微观意义，并由此深入认 识第二定律的本质。
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。
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结构示意图、动力传动路线图 掌握闭口系统能量方程式、开口系统能量方程式（稳定状态稳定流动能量方程式）的推导和应用， 本部分难点 本部分重点 第五部分 美国的汽车保险。2016.喷头种类及雾化原理。素质目标：通过学习，课程编码： 计算机基本输入输出接口的类型及可靠性设计。研 发并采用多媒体教学方式。能编写简单的汇编语言程序。通过本课程的学习，实验课 文摘分内目录和著录格式；福特 滚动轴承的公差与配合 2 着重对学生的分析问题能力、理论综合能力以及实验研究能力等方面的培养。使用习题集：董晓英.转向系的检测与诊断；本课程是为系统学习机械工程测 试技
(选修3-3)《热力学第二定律的微观解释》教案
《热力学第二定律的微观解释》教案教材分析热力学第二定律以宏观事实为基础，告诉我们热学现象和热学过程应该遵循的规律，本节要从微观的角度说明，为什么涉及热运动的宏观过程会有这样的方向性。
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。
知道随着条件的变化，熵是变化的。
4.理解能量耗散和品质降低的概念。
理解能源的利用实际上是能量的转化和转移过程。
5.了解常规能源的使用带来的环境污染。
了解开发新能源的方法和意义。
教学重难点1.了解热力学第二定律的微观意义。
2.了解熵的概念，知道熵是反映系统无序程度的物理量。
3.理解能量耗散和品质降低的概念。
学情分析学生掌握了热力学第二定律，但不知道它的微观解释。
本节中的概念“有序”、“无序”、“熵”不易理解。
热力学第二定律的微观解释较抽象。
“能源和可持续发展”内容简单，易于掌握。
教学方法思考、讨论、总结发言，多媒体。
课前准备预习学案阅读课本课时安排1课时教学过程（一）预习检查、总结疑惑（二）情景引入、展示目标（三）合作探究、精讲点拨1.有序和无序有序：只要确定了某种规则，符合这个规则的就叫做有序。
无序：不符合某种确定规则的称为无序。
无序意味着各处都一样，平均、没有差别，有序则相反。
有序和无序是相对的。
2.宏观态和微观态宏观态：符合某种规定、规则的状态，叫做热力学系统的宏观态。
微观态：在宏观状态下，符合另外的规定、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。
3.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。
4.熵和系统内能一样都是一个状态函数，仅由系统的状态决定。
从分子运动论的观点来看，熵是分子热运动无序(混乱)程度的定量量度。
《热力学第二定律的微观解释》 讲义
《热力学第二定律的微观解释》讲义在我们深入探讨热力学第二定律的微观解释之前，让我们先简要回顾一下热力学第二定律本身。
热力学第二定律有多种表述方式，其中最常见的是克劳修斯表述和开尔文表述。
克劳修斯表述指出：热量不能自发地从低温物体传向高温物体。
开尔文表述则说：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。
那么，为什么会有这样的定律存在呢？这就需要从微观的角度来进行解释。
我们知道，物质是由大量的微观粒子（如分子、原子等）组成的。
在微观层面上，这些粒子处于不断的运动之中，它们的运动状态包括位置、速度等都是随机的。
这种随机性导致了微观粒子分布的不确定性。
想象一个封闭的容器，里面被隔板分成了两部分，分别装有温度不同的气体。
温度高的那部分气体，微观粒子的平均动能较大，运动速度较快；而温度低的那部分气体，微观粒子的平均动能较小，运动速度较慢。
当隔板被打开，粒子之间开始相互碰撞和交换能量。
从概率的角度来看，高温气体中的粒子向低温气体传递能量的可能性要远远大于低温气体中的粒子向高温气体传递能量的可能性。
这是因为高温气体中具有较高能量的粒子数量更多，它们与低温气体粒子碰撞时，更有可能将能量传递过去。
随着时间的推移，最终会达到一种平衡状态，也就是两部分气体的温度相同。
如果要让热量自发地从低温物体传向高温物体，就相当于要求微观粒子以一种极不可能的方式重新排列，使得能量从低能态区域流向高能态区域。
这种情况发生的概率极小，几乎可以忽略不计。
再来看开尔文表述。
如果要从单一热源吸取热量并完全转化为有用功，而不产生其他影响，这在微观上意味着所有参与做功的微观粒子都必须以完全有序和协同的方式运动。
然而，由于微观粒子的运动是随机的，要实现这种完全有序的运动几乎是不可能的。
在实际情况中，当系统进行能量转化或做功时，总会伴随着一些能量的耗散和无序度的增加。
例如，在热机的工作过程中，燃料燃烧产生的热能并不能全部转化为机械能，一部分能量会以废热的形式散失到环境中，导致整个系统的无序度增加。
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。
高中物理第十章热力学第二定律的微观解释互动课堂学案新人教选修
4 热力学第二定律5 热力学第二定律的微观解释互动课堂疏导引导1.热传导的方向性两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，使高温物体的温度降低，低温物体的温度升高.这个过程是自发地进行的，不需要任何外界的影响或者帮助.有时我们也能实现热量从低温物体传向高温物体，如电冰箱，但这不是自发地进行的，需要消耗电能.其实，自然界中很多宏观的自发地过程都具有单向性，是不可逆的，如：水往低处流，事物由新变旧，人的生老病死等.2.第二类永动机历史上也曾有不少人设想制造一种热机，用它把物体与地面摩擦所生成的热量都吸收过来，并对物体做功，将内能全部转化为动能，使因摩擦停止运动的物体在地面上运动起来，而不引起其他变化，这种机械称为第二类永动机.第二类永动机不违反能量守恒定律，但要注意：尽管机械能可以全部转化成内能，内能却不能全部转化成机械能，而不引起其他变化.比如，内燃机汽缸中的气体吸收燃料燃烧时产生的热量Q1，推动活塞做功W，但排去的废气同时把一部分热量Q2散发到大气中，由能量守恒定律知道Q1=W+Q2，所以气体燃烧产生的热量并没有全部转化为机械能，热机的效率不可能达到100%，所以第二类永动机不可能制成，这表明机械能和内能的转化过程具有方向性.3.热力学第二定律的两种表述（1）不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化.（2）不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化.表述（1）是按照热传导的方向性来表述的；表述（2）是按照机械能与内能转化过程的方向性来表述的.上述两种表述看似毫无联系，其实是等价的，即如果一个说法是正确的，另一个说法也必然是正确的；如果一个说法是错误的，另一个说法必然也不成立，下面给以证明：图10-4-1设表述（1）不成立.如图10-4-1所示，低温热源T2可以自发地向高温热源T1传递热量Q2.那么，我们可在高温热源T1和低温热源T2之间设置一热机，使它从高温热源吸收热量Q1，对外做功W，并把热量Q2传递给低温热源.当这一过程完成之时，低温热源由于吸热和放热相等，没有引起其他变化.高温热源放出热量Q1大于吸收热量Q2，热机对外做功W=Q1-Q2，相当于高温热源放出的热量全部用来对外做功，也就是说单一热源所放出的热量全部用来做功，这显然是违反表述（2）的,即凡违反表述（1）的说法，必然违反表述（2）.反之，也可以证明，凡违反表述（2）的，也必然违反表述（1）.4.怎样理解热力学第二定律的微观意义？系统的热力学过程就是大量分子无序运动状态的变化.从微观看，在功转化为热的过程中，自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程，但其逆过程却不能自发地进行，即不可能由大量分子无规则的热运动自发转变为有序运动.从微观看，热传递的过程中，自然过程是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程，其逆过程不能自发进行.大量分子无序运动状态变化的方向总是向无序性增大的方向进行，即一切自然过程总是沿着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.5.熵（1）物理学中用字母Ω表示一个宏观状态所对应的微观状态的数目，为了研究的方便，玻尔兹曼在1877年提出一个与微观态的数目Ω相关的物理量S，S=K·lnΩ(K为玻尔兹曼常数）.这个S就是今天常常听到的“熵”，用熵值的高低反映系统的无序程度.(2)引入熵之后，关于自然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，这就是用熵的概念表示的热力学第二定律.为此，不少人把热力学第二定律叫做熵增加原理.（3）从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律，一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序程度更大的方向发展.活学巧用1.下列说法正确的是（）A.热量能自发地从高温物体传给低温物体B.热量不能从低温物体传到高温物体C.热传导是有方向性的D.气体向真空中膨胀的过程是有方向性的解析：如果是自发的过程，热量只能从高温物体传到低温物体，但这并不是说热量不能从低温物体传到高温物体，只是不能自发地进行，在外界条件的帮助下，热量也能从低温物体传到高温物体，选项A对，B 错，C对；气体向真空中膨胀的过程也是不可逆的，具有方向性的，选项D对.答案：ACD2.第二类永动机不可能制成，是因为（）A.违背了能量守恒定律B.热量总是从高温物体传递到低温物体C.机械能不能全部转化为内能D.内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化解析：第二类永动机的设想并不违背能量守恒定律，但却违背了涉及热现象的能量转化过程具有方向性的规律，选项A错.在引起其他变化的情况下，热量也可由低温物体非自发地传递到高温物体，选项B错.机械能可以全部转化为内能，如物体克服摩擦力做功的过程，选项C错.但在不引起其他变化的情况下，内能却不能全部转化成机械能，选项D对.答案：D3.(2004天津高考)下列说法正确的是（）A.热量不能由低温物体传递到高温物体B.外界对物体做功，物体的内能必定增加C.第二类永动机不可能制成，是因为违反了能量守恒定律D.不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化解析：根据热力学第二定律，热量不能自发地由低温物体传递到高温物体，但在一定条件下，热量可以由低温物体传向高温物体，例如电冰箱的工作过程，故选项A错.根据热力学第一定律，物体内能的变化取决于吸收或放出的热量和做功的正负两个因素，所以选项B错.第二类永动机不违反能量守恒定律，而违反了热力学第二定律，选项C错.选项D是热力学第二定律的表述形式之一，是正确的.答案：D4.用两种不同的金属丝组成一个回路，接触点1插在热水中，接触点2插在冷水中，如图10-4-2所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象，这一实验是否违反热力学第二定律？热水和冷水的温度是否会发生变化？简述这一过程中能的转化情况.图10-4-2解析：温差发电现象中产生了电能是因为热水中的内能减少，一部分转化为电能，一部分传递给冷水，不违反热力学第二定律.答案：不违反.热水温度降低，冷水温度升高.转化效率低于100%.5.关于热力学第二定律的微观意义，下列说法正确的是（）A.大量分子无规则的热运动能够自动转变为有序运动B.热传递的自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程C.热传递的自然过程是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程D.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解析：热传递的自然过程是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程，其传递过程不能自发进行，故选项C、D正确.答案：CD6.热力学第二定律的开尔文表述指出：内能与机械能的转化具有方向性.请结合熵的变化加以解释.解析：机械运动是宏观情况下物体在空间位置上的变化，物体运动状态的变化完全遵循牛顿运动定律所反映的因果关系，这是一种有序的运动.热运动是大量分子的无规则运动，系统的一个宏观状态包含着大量的微观状态，这是一种无序的运动.机械运动向热运动的转化，属于从有序向无序的转化，会导致熵的增加，符合热力学的规律，因此机械能可以全部转换化为内能.反之，热运动向机械运动的转化，属于从无序向有序的转化，即从高熵向低熵转化，不符合熵增加原理，因此内能不可能全部转化为机械能而不引起其它变化.2019-2020学年高考物理模拟试卷一、单项选择题：本题共10小题，每小题3分，共30分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的1．如图是电子射线管示意图。
2020-2021学年物理人教版选修3-3教案：10.5 热力学第二定律的微观解释 1
热力学第二定律的微观解释课时教学设计石家庄外国语学校冯立栋课题热力学第二定律的微观解释课型新授课课标要求1.了解有序和无序是相对的；2.知道宏观态与微观态，知道宏观态对应的微观态的数目和无序程度的对应关系；3.知道熵的概念，知道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.能用熵增加原理解释生活中的一些现象。
教学目标知识与能力1、知道有序和无序，宏观态和微观态的概念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解释教学难点熵的概念教学方法“探究法、分组法、讲授法”等教学程序设计教学过程及方法环节一明标自学过程设计二次备课自主学习，完成下列题目：1、有序和无序，宏观态和微观态一切自然过程总是沿着分子热运动的________的方向进行。
熵在任何自然过程中一个孤立系统的_______不会减少。
3 热力学第二定律的微观解释从微观的角度看，热力学第二定律是一个________规律；一个孤立系统总是从熵_______的状态向熵_______的状态发展，而熵较大代表着较为_______，所以自发的宏观过程总量向_______更大的方向发展。
知识联系生活：（课本65页做一做）自己动手上网查找“熵”在生命科学、信息科学、社会科学中的延伸应用，找出例子上课时进行讨论。
教学过程及方法环节二合作释疑过程设计二次备课一、有序和无序问题思考1？暗红色的氨气和无色的空气混合后会有什么现象？（教师演示)问题思考2？暗红色氨气在以后的扩散中是否还有全部退回原来所在容器的可能？问题思考3？我们知道组成气体的分子在永不停息的做无规则的热运动，既然是无规则的，那么各种可能就有可能出现，氯气全部退回原容器的可能性就存在。
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》
热力学第二定律的微观解说目标导航1. 认识有序和无序，宏观态和微观态的看法。
2. 认识热力学第二定律的微观意义。
3. 认识熵的看法，知道熵是反应系统无序程度的物理量。
4. 知道跟着条件的变化，熵是变化的。
诱思导学1. 有序和无序有序：只需确立了某种规则，切合这个规则的就叫做有序。
无序：不切合某种确立规则的称为无序。
无序意味着各处都相同，均匀、没有差异，有序则相反。
有序和无序是相对的。
2. 宏观态和微观态宏观态：切合某种规定、规则的状态，叫做热力学系统的宏观态。
微观态：在宏观状态下，切合此外的规定、规则的状态叫做这个宏观态的微观态。
系统的宏观态所对应的微观态的多少表现为宏观态无序程度的大小。
假如一个“宏观态”对应的“微观态”比许多，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。
3. 热力学第二定律的微观意义全部自然过程老是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。
4. 熵和系统内能相同都是一个状态函数，仅由系统的状态决定。
从分子运动论的看法来看，熵是分子热运动无序 ( 杂乱 ) 程度的定量量度。
一个系统的熵是跟着系统状态的变化而变化的。
在自然过程中，系统的熵是增添的。
在绝热过程或孤立系统中，熵是增添的，叫做熵增添原理。
关于其余状况，系统的熵可能增添，也可能减小。
从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律：一个孤立系统老是从熵小的状态向熵大 的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，因此自觉的宏观过程老是向无序程度更大的方向 发展。
典例研究例 1 一个物体在粗拙的平面上滑动，最后停止。
系统的熵如何变化？分析：因为物体因为遇到摩擦力而停止运动，其动能变为系统的内能，增添了系统分子无规则运动的程度，使得无规则运动增强，也就是系统的无序程度增添了，因此系统的熵增添。
友谊提示：此题考察的是对熵增添原理的理解和应用。
课后问题与练习点击：1. 分析：①全部是甜的，对应的微观态1 个，宏观态出现的概率是 1/32 ；②全部是咸的，对应的 微观态 1 个，宏观态出现的概率是1/32 ；③ 1 甜 4 咸，对应的微观态 5 个，宏观态出现的概 率是 5/32 ；④ 4 甜 1 咸，对应的微观态5 个，宏观态出现的概率是 5/32 ；⑤ 2 甜 3 咸，对应 的微观态 10 个，宏观态出现的概率是10/32 ；⑥ 3 甜 2 咸，对应的微观态10 个，宏观态出现的概率是 10/32 ； 1 1 1 1p 2 2 82. 分析： (1) 概率2p1 ( 1 24 ) 1 (2) 概率2 2 A 4 48A 33 1 p120 (3) 概率A 66(4) 无序性增大了3. 略基础训练1. 必定质量的气体被压缩，进而放出热量，其熵如何变化？2. 保持体积不变，将一个系统冷却，熵如何变化？ 多维链接1. 熵与熵增添原理“熵”是什么？“熵”是德国物理学家克劳修斯在 1850 年创建的一个术语，他用熵来表示任何一种能量在空间散布的均匀程度。
高二物理 热力学第二定律的微观解释
高二物理热力学第二定律的微观解释【三维目标】[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。
[过程与方法]1．结合实例，分析给出“有序〞、“无序〞、“宏观态〞和“微观态〞的概念，并配合实例说明其意义，注重理论与实践相结合。
2．以气体向真空的扩散为例，说明宏观自发过程的方向性，以此为根底，进一步推导得出热力学第二定律的微观解释，明确热力学第二定律是一条统计规律。
3．通过了解“等概率原理〞，再次加深理解物理规律的研究方法，明确物理规律的建立方法。
[情感、态度与价值观]通过说明既然热力学第二定律在热学中的地位如此重要，那就不能单纯以文字表示的方式表述，这样与物理学是定量科学不相称，引入熵的概念并将热力学第二定律改述为关于熵的不等式这一问题，让学生进一步明白“是金子总要发光，是花朵终会绽放〞这一道理，培养勇于探索、刻苦钻研的精神。
【重点难点】［重点］1．热力学第二定律的微观解释。
2．熵的意义与熵的概念在现实生活中的运用。
［难点］热力学第二定律的微观解释【新课导入】任何事物放在一起总是会呈现有序或者无序的排列。
上课的时候，大家都座在自己的位子上认真听讲，这时候我们的排列就是有序的，而下课的时候，有的同学继续在自己的位子上学习，有的同学下位和别的同学一起讨论问题，还有的同学要出门休息一下，这时候我们的排列就是无序的；五十周年国庆阅兵式上，威武的人发解放军排着整齐的方阵正步走来，他们的排列是有序的，而春运期间，车站站台上拥挤的人群如此是无序的；在餐厅吃饭的时候大家自觉排队就是有序的，买饭即快又方便，而乱哄哄地挤在窗口如此是无序的；将不同的彩球按颜色排成几排是有序的，将它们胡乱的堆在一起就是无序的，稍做比照我们就可以发现，生活中的无序要比有序多得多，且形成有序往往需要这样那样的条件，而无序如此不然，它比有序要更容易发生。
《热力学第二定律的微观解释》导学案
主题2:熵 问题:阅读课本“熵”标题下面的内容,回答下列问题。 (1)熵值越大代表越有序还是越无序?什么是熵增加原理? (2)怎样理解一个孤立的系统熵不会减小?
解答:(1)引入熵后,关于自然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小。从微观角度看,热力学第二定律是一个统计规律 。一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展,而熵值较大代表着较为 无序,所以自发的宏观过程总是向无序性更大的方向发展。因此,热力学第二 定律又叫作熵增加原理。 (2)从微观的角度看,热力学第二定律是一个统计规律,自发的宏观过程总是向 无序性更大的方向发展,而熵较大代表着较为无序,所以一个孤立系统总是从 熵小的状态向熵大的状态发展。 知识链接:系统自发变化时,总是向着无序程度增大的方向发展,至少无序程度 不会减少。从熵的意义上说,系统自发变化时总是向着熵增加的方向发展,不 会使熵减少。
【解析】从热力学第二定律的微观本质看,一切不可逆过程总是沿着大量分子热 运动无序程度增大的方向进行,B、C错;热力学第二定律是一个统计规律,A对;任 何自然过程总是朝着无序程度增大的方向进行,也就是熵增加的方向进行,故D错 【点评】热传递过程是大量分子由无序程度小转化为无序程度大的过程,体现了 自然过程的方向性。
2.(考查熵的概念)下列关于熵的观点中正确的是( ABD)。 A.熵越大,系统的无序程度越大 B.对于一个不可逆绝热过程,其熵不会减小 C.气体向真空中扩散时,熵值减少 D.自然过程中熵总是增加,是因为通向无序的渠道要比通向有序的渠道多得多
【点评】熵是反映系统无序程度的物理量,熵越大,无序程度越大,一个孤立 系统的熵永远不会减小。
2.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。
人教版高中物理选修- 热力学第二定律的微观解释【全国一等奖】
热力学第二定律的微观解释一、学习目标1、形成宏观态与微观态观念、有序和无序观念等，能用其解释自然现象和解决实际问题。
2、具有建构从有序状态向无序状态过渡；从热力学几率小的状态向热力学几率大的状态过渡的模型意识和能力；能运用科学思维方法，对相关问题进行科学推理。
3、具有科学探究意识，能游戏中发现问题、解决问题，形成结论。
4、正确认识熵增加原理的本质，了解它所涉及的其他领域。
二、教学流程复习提问热力学第二定律两种表述情景引入学生活动1：——学生思考：观看“”视频说明一切事物的发展都具有方向性，这和热力学第二定律有怎样的联系，如何解释学生通过上述活动，初步形成自然界中事物的发展都具有方向性的观点，并提出需要深入探究的核心问题：为什么具有方向性怎样解释探究过程活动1——游戏环节每位同学同时抛4枚硬币共抛10次记录每次实验结果，然后小组长汇总，最后表格统计结果。
与理论推导结果进行比较。
活动2——类比归纳以气体自由膨胀不可逆性来说明抽出隔板后，4个分子在容器中可能的分布图示。
形成宏观态和微观态观念活动3——建构模型两个孤立系统内部所发生的过程总是从包含微观态数少的宏观态向包含微观态数多的宏观态过渡。
引导学生建构模型：从有序状态向无序状态过渡；从热力学几率小的状态向热力学几率大的状态过渡。
活动4——全班交流形成有序和无序观念，引导学生归纳推理热力学第二定律的微观意义。
活动5——全班交流形成熵观念，引导学生归纳推理熵增加原理课堂小结宏观态与微观态有序和无序热力学第二定律的微观意义：一切自然过程总是沿着无序性增大的方向进行熵增加原理:在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减少当堂检测1、下列说法正确的是（）A．热力学第二定律只在一定前提条件下才能成立B．热力学第二定律揭示了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C．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性D．热力学第二定律揭示了有大量分子参与宏观过程的方向性2、从热力学第二定律微观角度看（）A．热力学第二定律是一个统计规律B．一个孤立系统总是从熵大的状态向熵小的状态发展C．一个宏观状态所对应的微观状态越多，越是无序，熵值越大D．出现概率越大的宏观状态，熵值越大课后作业1、访问一个有搜索功能的网站，键入“熵”，看看人们是怎样使用这个名词的。
热力学第二定律的微观解释学习教案
有序：只要确定了某种规则(guīzé)，符合这个规则(guīzé)的就叫做有序。
无序：不符合某种确定规则(guīzé)的称为无序。
无序意味着各处都一样，平均、没有差别，有序则相反。
有序和无序是相对的。 2.宏观态和微观态
宏观态：符合某种规定、规则的状态，叫做热力学系统的宏观态。
D．大量分子的集合( jíhé)能自发地从A分布进入B分布，则该过程是不可逆的
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8.一个密闭的容器内有稀薄气体，在容器上开一个小口，外部的空气就会
流入容器，在气体流入过程中，容器内靠近(kàojìn)开口处的空气密度暂时
变得比内部大，以下说法正确的是（
）BCD
A．此时容器内气体处于一个不平衡状态，是一个最无序的状态
分布 （宏观态）
详细分布 （微观态）
AB
1 4
6
4 1
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微观态共有24=16种可能的方式，而且(ér qiě)4个分子全部退回到A部的可能性即几率 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(tuìhuí) 到A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
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1．电冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气
(kōngqì)，这说明了 A．热量能自发地从低温物体传给高温物体
BD
B．在一定条件下，热量可以从低温物体传给高温物体
C．热量的传导过程不具有方向性
D．在自发地条件下热量的传导过程具有方向性
[精与解] 我们知道，一切自发过程都有方向性，如热传导，热量总是由高 温(gāowēn)物体传向低温物体；又如扩散，气体总是由密度大的地方向密 度小的地方扩散。如果在外界帮助下气体可以由密度大的地方向密度小的 地方扩散，热量可以从低温物体传向高温(gāowēn)物体，电冰箱就是借助 外力做功把热量从低温物体─冷冻食品传向高温(gāowēn)物体─周围的大气。 所以，在回答热力学过程的方向问题时，要区分是自发过程还是非自发过 程，电冰箱内热量传递的过程是有外界参与的。本题答案是A错B对C错D对。
热力学第二定律的微观解释说课稿教案案
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：（0，4）1（0，abcd）4（ l ，3）［（a，bcd），（b，acd），（c，abd），（d，abc）］（2，2）（cd，ab）］（3，l ）64［（ ab，cd ），（ ac，bd），（ad， bc），（ bc，ad），（bd，ac），［（ 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）。
人教版选修3-310.5热力学第二定律的微观解释教案(3)(20201211173019)
------------------------- 天才是百分之一的灵感加百分之九十九的勤劳------------------------------《热力学第二定律的微观解说》教课设计【教课目的】一知识与技术1.认识有序和无序，宏观态和微观态的观点。
2.认识热力学第二定律的微观意义。
3.认识熵的观点，知道熵是反应系统无序程度的物理量。
4.知道跟着条件的变化，熵是变化的。
二过程与方法1学会经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。
三感情态度和价值观培育剖析概括综合的能力【教课要点】热力学第二定律的微观解说【教课难点】熵的观点【教课过程】复习引入问题 1: 往清水中加入一滴墨水，墨汁会不停扩散，直到在整杯水中分布均匀为止。
有没有这类可能，分布在水里的小碳粒会自觉齐集成一滴墨水，节余的部分则变回清水呢？生：不会问题 2: 我们常说“反水不收”，这是为何？学生不知怎样回答。
师：生活中有好多这样的自然现象，他们的发生拥有特定的方向，只好朝一个方向自觉进行，逆过程则不可以，这是什么原由呢？（停留）这是本节课研究的课题。
一、讲解新课（一）有序和无序师：生活中我们常说到有序和无序这两个词，那么终究什么叫序？举例说明有序和无序。
-------------------------天才是百分之一的灵感加百分之九十九的勤劳------------------------------生 1：序就是序次。
比如上体育课排队，按从低到高的次序摆列。
是有序，解散了变得无序了。
生 2：图书室图书众多 , 会先按学科分类 , 同学科的书本又按首字母先后次序摆列，很有序，学生还书的时候没有规律，是无序。
ppt 展现生活中的有序和无序实例。
ppt 展现-------------------------天才是百分之一的灵感加百分之九十九的勤劳------------------------------1.有序：只需确立了某种规则，切合这个规则的就叫做有序。
高中热力学第二定律微观解释学案教案
第5课时热力学第二定律微观解释、能源和可持续发展编写：周万付审核：孙俊【知识要点】1、确定某种规则，符合这个规则的就是的，符合确定的规则和要求的分布就是的。
一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性的方向进行。
2、物理学中用来量度系统无序程度的物理量叫做。
在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会，即的变化总是大于或等于零.或者说，这个孤立系统的运动变化总是沿着使熵方向进行，而最后的平衡状态则对应于熵的最大可能值.【典型例题】例1.下列说法正确的是（）A.大量分子无规则的热运动能够自动转变为有序运动B.热传递的自然过程是大量分子从有序运动向无序运动状态向无序运动状态转化的过程C.热传递的自然过程是大量分子从无序程度小的运动向无序程度大的运动状态转化的过程D.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例2.下列关于熵的说法错误的是（）A.熵是物体内分子运动无序程度的量度．B.在孤立系统中，一个自发的过程总是向熵减少的方向进行．C.热力学第二定律的微观实质是熵增加．D.熵值越大，代表系统分子运动越无序．【课堂检测】1.下列关于熵的说法错误的是（）A.熵是物体内分子运动无序程度的量度．B.在孤立系统中，一个自发的过程总是向熵减少的方向进行．C.热力学第二定律的微观实质是熵增加．D.熵值越大，代表系统分子运动越无序．2.下列说法中正确的是（）A.空调机制冷，说明热量可以从低温物体传到高温物体而不引起其他变化．B.第一类永动机是不可能制成的，因为它违背了能量守恒定律．C.第二类永动机是不可能制成的，因为它违背了能量守恒定律．D.根据能量守恒定律，担心能源枯竭实在是杞人忧天．3.下列关于热力学第二定律的理解正确的是（）A.物理过程具有方向性，与力、位移等矢量具有方向性是一回事．B.物理过程具有方向性，是指它们的“时间进展”上的“方向性”，而不是空间上的方向性．C.摩擦只能生热，而不能消热．D.做的功可以全部转化成热(内能)，而热(内能)在任何过程中都不能全部用来做功．4.下列过程中可能发生的是（）A.某工作物质从高温热源吸收20kJ的热量，全部转化为机械能，而没有引起其他任何影响B.打开一高压密闭容器，其内气体自发溢出后又自发进去，恢复原状．C.利用其他手段，使低温物体的温度更低，高温物体的温度更高．D.将两瓶不同的液体混合后，这两种液体能自发地各自分开．5.某校中学生参加电视台“异想天开”节目栏的活动，他们指出了下列四个设想方案，从理论上讲可行的是 ( )A.制作一个装置只从海水中吸收内能并全部用来做功．B.发明一种制冷设备，使温度降至绝对零度以下．C.汽车尾气中各类有害气体排人大气后严重污染了空气，想办法使它们自发地分离，既清洁了空气，又变废为宝．D.在房屋顶上盖太阳能板，可直接用太阳能解决照明和热水问题．6、某地的平均风速为5m/s，已知空气密度是1.2kg/m3，有一风车，它的车叶转动时可形成半径为12m的圆面，如果这个风车能将此圆内10%的气流的动能转变为电能，则该风车带动的发电机功率是多大？。
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第5节热力学第二定律的微观解释
目标导航
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。
诱思导学
1.有序和无序
有序：只要确定了某种规则，符合这个规则的就叫做有序。
无序：不符合某种确定规则的称为无序。
无序意味着各处都一样，平均、没有差别，有序则相反。
有序和无序是相对的。
2.宏观态和微观态
宏观态：符合某种规定、规则的状态，叫做热力学系统的宏观态。
微观态：在宏观状态下，符合另外的规定、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。
3.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。
4.熵和系统内能一样都是一个状态函数，仅由系统的状态决定。
从分子运动论的观点来看，熵是分子热运动无序(混乱)程度的定量量度。
一个系统的熵是随着系统状态的变化而变化的。
在自然过程中，系统的熵是增加的。
在绝热过程或孤立系统中，熵是增加的，叫做熵增加原理。
对于其它情况，系统的熵可能增加，也可能减小。
从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律：一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序程度更大的方向发展。
典例探究
例1 一个物体在粗糙的平面上滑动，最后停止。
系统的熵如何变化？
解析：因为物体由于受到摩擦力而停止运动，其动能变为系统的内能，增加了系统分子无规则运动的程度，使得无规则运动加强，也就是系统的无序程度增加了，
所以系统的熵增加。
友情提示：本题考查的是对熵增加原理的理解和应用。
课后问题与练习点击：
1.解析：①全是甜的，对应的微观态1个，宏观态出现的概率是1/32；②全是咸的，对应的微观态1个，宏观态出现的概率是1/32；③1甜4咸，对应的微观态5个，宏观态出现的概率是5/32；④4甜1咸，对应的微观态5个，宏观态出现的概率是5/32；⑤2甜3咸，对应的微观态10个，宏观态出现的概率是10/32；⑥3甜2咸，对应的微观态10个，宏观态出现的概率是10/32；
2.解析：(1)概率11112228p =⨯⨯=
(2)概率441
121()2248
p A =⨯⨯= (3)概率33661120
A p A == (4)无序性增大了
3.略
基础训练
1.一定质量的气体被压缩，从而放出热量，其熵怎样变化？
2.保持体积不变，将一个系统冷却，熵怎样变化？
多维链接
1.熵与熵增加原理
“熵”是什么？“熵”是德国物理学家克劳修斯在1850年创造的一个术语，他用熵来表示任何一种能量在空间分布的均匀程度。
能量分布得越均匀，熵就越大。
如果对于我们所考虑的那个系统来说，能量完全均匀地分布，那么这个系统的熵就达到最大值。
简单的说，“熵”就是微观粒子的无序程度、能量差别的消除程度。
在克劳修斯看来，在一个封闭的系统中，运动总是从有序到无序发展的。
比如，把一块冰糖放入水中，结果整杯水都甜了。
这就是说，糖分子的运动扩展到了整杯水中，它们的运动变得更加无序了。
对于一个封闭的系统，能量差也总是倾向于消除的。
比如，有水位差的两个水库，如果把它们连接起来，那么，重力就会使一个水库的水面降低，而使另一个水库的水面升高，直到两个水库的水面均等，势能取平为止。
克劳修斯总结说，自然界中的一个普遍规律是：运动总是从有序到无序，能量的差异总是倾向变成均等，也即“熵将随着时间而增大”。
2.宇宙热寂说
克劳修斯把他的熵增加原理应用到无限的宇宙中去，得出了“宇宙热寂说”。
“宇宙热寂说”主要有以下几个结论：第一，宇宙的离散度不断增加。
第二，所有的机械运动都转化为热运动。
第三，热量停止传递。
最后我们可以设想出这么一个宇宙的图景：宇宙的有效生命将停止。
能量还保存着，但已失去一切活动的能
力，它无力再使宇宙运动，正如一潭死水不能使水车转动起来一样，我们将处在一个死寂的、热的宇宙中。
但宇宙真会热寂吗？首先，热力学试验成果是以有限的、孤立封闭的系统为研究对象的。
以有限的范围、有限的事件得出的规律能否推广到全宇宙呢？其次，自然界的规律是否同样适用于高级的生命运动呢？第三，黑洞理论指出，宇宙的离散度并非不断增加。
宇宙中存在的黑洞在不断地吸引物质。
所以说，克劳修斯的“宇宙热寂说”仅仅是一种形而上学的自然观，我们不必杞人忧天地担心宇宙会进入“热寂”。
3.大爆炸理论
大爆炸宇宙理论认为，宇宙的演化是从物质分布为均匀的状态演化到非均匀状态。
宇宙膨胀是引力理论的一个结果，在宇宙范围内，引力是主导的，引力系统的热力学与无引力的热力学会导致十分不同的结论。
比如，原来密度均匀的物质由于涨落可产生密度差，在引力占主导的条件下，高密度区域会吸引更多的物质而使密度变得更高，更多的物质会逃离低密度区而使密度变得更低。
各种星体就是通过这种非均匀化过程聚集而成的。
经典热力学的结论是不考虑引力，在静态空间下证明的，不适用于引力占主导地位的膨胀宇宙。
应该指出，在一个非孤立的、有能量输入的系统中，熵是完全可以减小的。
比如地球就是这样一个系统，它源源不断地吸收太阳能，而最终进化出了一个和谐有序的生物世界。
“思考与讨论”
4.课本P
75
提示：“左右各有2个分子”的微观态有6个；“左室有1个分子右室有3个分子”的微观态有4个。