《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。

【教学过程】

一、复习回顾

热力学第二定律：宏观的自然过程都具有方向性。

实例：

为什么宏观自然过程都具有方向性？

二、讲授新课

（一）.有序和无序

1.有序：。

2.无序：。

3.无序意味着各处都。

对比1

对比 2

4.有序和无序是 。

（二）.宏观态和微观态

1.宏观态： 。

2.微观态： 。

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。

如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较 ，就说这个“宏观态”

是比较 。

【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。

D

A C B

每一种情形出现的概率各是多少？

【得出结论】

（三）．热力学第二定律的微观意义：。

（四）.熵

1．公式：。

2．公式中每个物理量的物理意义：

Ω，k 。

3.熵是的量度。

4.熵增加原理：。

【巩固练习】

1.下列说法正确的是（）

A．熵较大的宏观状态就是无序程度较大的宏观状态

B．熵较大的宏观状态就是无序程度较小的宏观状态

C．熵较大的宏观状态就是出现概率较大的宏观状态

D．任何过程中，系统的熵一定是增加的

2.关于熵增加原理，下列说法正确的是（）

A．熵增加原理适用于任何系统

B．熵增加原理只适用于孤立系统

C．熵增加原理适用于一切过程

D．熵增加原理只适用于自然过程

（五）．熵与生活

事例1：紫金山拯救虎凤蝶行动：活动本身使熵增加，但最终的目的是为了唤醒人们的环保意识，最终不扔，从更大的范围减缓熵的增加。

升华：以导致熵增加的活动达到减缓熵增加的目的，多美妙的辩证法！

拓展：何谓武功！止戈为武。修武的最高境界是阻止武力行为。还是辩证法！

事例2：生命，是一个奇迹。

生命的进化，婴儿的生长发育，总是使自身变得更加有序，即熵是不断减少的。

因为生命体是一个开放系统，一方面，新陈代谢使有机物分解、生命体衰老，物质结构从有序变为无序，熵增加；另一方面生命体从外界摄入食物、水，在体内进行各种生命物质的合成，物质结构从无序变为有序，熵减小；青少年期，总体熵减小，老年期总体熵增加；

如薛定谔所说，生命通过从外界摄取负熵为生。

医学：研究与临床试验表明，老年人不断学习新鲜事物可以有效减小老年痴呆症的发生几率，很多知识分子到八、九十岁依然能保持敏锐的洞察力和强大的思维力。

信息论：信息是负熵，系统有效的获取信息就能使自己的组织性更强，效率更高。信息量（bit）的计算公式与熵的定义式非常相似，它们的单位相同。

在64个数中选中一个数所需的信息量（回答“是”、“否”的最少次数）为而一个数所包含的信息量为

熵的定义式为

可见，信息是一种负熵。信息的掌握，是信息社会中成功的关键。

政治、历史：熵的减少使系统（团队）生命力旺盛，最开放的系统是最有活力的。古罗马帝国的皇帝一旦国内发生政治危机，其首选政策不是政治改革，而是对外发动战争.虽然对于全人类而言是灾难，但是对于罗马帝国这个系统而言往往能化解危机，因为一旦战争胜利，领土、财富、奴隶、贸易就会滚滚而来，这些都是帝国的负熵，是保持帝国生命力所必须的。

纵观中国历史，汉唐兴盛于开放，明清衰败于封闭。封闭必然导致腐败，因为封闭必然导致形成相对稳固的利益集团，任人唯亲、物以类聚是这类腐败集团的最大特征，这样才能维持集团利益的最大化和永恒化，同时也使集团成为一个日益封闭的系统，集团的活力不断下降，管理和控制国家的能力极大弱化。

社会：官员岗位轮换制度、公务员的考试录取制度都是为了不断注入新鲜血液已保持机体的生命力。

文化：由于闭关锁国，几乎没有与外界的文化、科技、思想的交流，社会生产力停滞不前，这样的国家极易受到外来强权的冲击和先进文化的入侵。外来的强权早已被我们赶出去，外来文化的统治力却相当长的时间才能消除。