《热力学第二定律的微观解释》教案
高中物理《热力学第二定律的微观解释》的教案
高中物理《热力学第二定律的微观解释》的教案•相关推荐高中物理《热力学第二定律的微观解释》的教案一、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。
二、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。
三、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。
四、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。
五、教学方法思考、讨论、总结发言，多媒体。
六、课前准备预习学案阅读课本七、课时安排 1课时八、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。
人教版选修3《热力学第二定律的微观解释》说课稿
人教版选修3《热力学第二定律的微观解释》说课稿一、引言本章内容属于高中物理学科中的热学部分，主要介绍了热力学第二定律以及其微观解释。
通过对热力学原理的深入理解和学习，可以帮助学生更好地认识热传导、热扩散等热现象，并进一步应用于实际生活与科学研究中。
二、教学目标1.了解热力学第二定律的基本概念；2.掌握热力学第二定律的微观解释；3.能够用微观解释解析热传导、热扩散等热现象；4.培养学生的实验观察和实验设计能力。
三、教学重点1.热力学第二定律的基本概念；2.热力学第二定律的微观解释；3.热传导、热扩散等热现象的微观解释。
四、教学难点1.学生对热力学第二定律的理解深度；2.学生对热传导、热扩散等热现象的微观解释能力。
五、教学准备1.PowerPoint课件；2.实验器材：热导率测量仪、热扩散实验装置等；3.教学辅助工具：计算机、实验记录本；4.学生实验报告模板。
六、教学内容及步骤6.1 热力学第二定律的基本概念（15分钟）6.1.1 热力学第二定律的提出•简要介绍热力学第二定律的历史背景；•归纳总结热力学第二定律的基本内容。
6.1.2 热力学第二定律的重要性•讲解热力学第二定律在热力学体系中的重要地位和作用；•引导学生思考热力学第二定律在实际生活中的应用。
6.2 热力学第二定律的微观解释（30分钟）6.2.1 微观粒子的无序性•介绍微观粒子的无序性概念；•解释微观粒子无序性与热现象的关系。
6.2.2 热力学第二定律的微观解释•详细解释热力学第二定律的微观解释；•通过具体例子让学生理解微观解释的过程。
6.3 热传导、热扩散等热现象的微观解释（30分钟）6.3.1 热传导的微观解释•讲解热传导的基本概念和定义；•解析热传导过程中微观粒子的运动与排列。
6.3.2 热扩散的微观解释•介绍热扩散的概念和特点；•阐述热扩散过程中微观粒子的运动情况。
6.4 实验设计与观察（30分钟）6.4.1 实验设计思路•提供热传导和热扩散实验的背景和目的；•引导学生进行实验设计和方案制定。
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）。
2021人教版高中物理选修(3-3)《热力学第二定律的微观解释》word教案1
热力学第二定律的微观解释新课标要求(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。
教学方法讲练法、分析归纳法、阅读法教学用具:投影仪、投影片教学过程(一)引入新课教师:(复习提问)用投影片出示下列问题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)进行新课1．有序和无序宏观态与微观态教师:先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:(0，4)−→−1(0，abcd)−4［(a，bcd)，(b，acd)，(c，abd)，(d，abc)］( l，3)−→−6［(ab，cd)，(ac，bd)，(ad，bc)，(bc，ad)，(bd，ac)，(cd，(2，2)−→ab)］−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)。
《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到高温物体。
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？要理解这背后的原因，我们需要从微观的角度来探究。
首先，我们来了解一下微观世界中的分子运动。
在任何物质中，分子都在不停地做无规则运动。
这种无规则运动的剧烈程度与温度密切相关，温度越高，分子运动就越剧烈。
在一个封闭系统中，分子的运动状态是极其多样的。
假设我们有一个容器，里面被隔板分成了两部分，左边是高温区域，右边是低温区域。
当隔板被抽掉后，高温区域的分子会与低温区域的分子相互碰撞和交换能量。
从概率的角度来看，高温区域分子的平均动能较大，低温区域分子的平均动能较小。
在碰撞过程中，更有可能出现高温区域的分子将能量传递给低温区域的分子，而不是相反。
这就导致了热量从高温区域向低温区域传递，最终使整个系统达到热平衡，温度趋于均匀。
如果要让热量自发地从低温区域传回到高温区域，就相当于要求在大量的分子碰撞中，低温区域分子持续地将更多的能量传递给高温区域分子。
从概率上来说，这种情况几乎是不可能发生的，这也就解释了克劳修斯表述。
再来看开尔文表述。
假设我们有一个单一热源，要从这个热源吸取全部热量并将其完全转化为有用功，不产生其他影响。
从微观角度来看，这意味着要让所有参与能量转化的分子都朝着一个完全有序的方向运动，从而完成有用的功。
然而，由于分子的运动是无规则的，要让它们全部协同一致地朝着一个方向运动，实现完全的有序，几乎是不可能的。
在实际情况中，总会有一些分子的运动方向与期望的方向不一致，导致能量的散失和浪费。
为了更深入地理解，我们引入“熵”这个概念。
熵可以用来描述一个系统的混乱程度或无序程度。
人教版高中物理教案-热力学第二定律的微观解释
4熱力學第二定律5熱力學第二定律的微觀解釋1．熱傳導的方向性熱傳導的過程可以向一個方向自發地進行(熱量從高溫物體自發地傳給低溫物體)；但向相反的方向不會自發地進行(熱量不會自發地從低溫物體傳給高溫物體)，只有借助外界的幫助才能進行。
①“自發地”過程就是在不受外來干擾的條件下進行的自然過程。
②熱量可以自發地從高溫物體傳向低溫物體，卻不能自發地從低溫物體傳向高溫物體。
③要將熱量從低溫物體傳向高溫物體，必須有“外界的影響或幫助”，就是要由外界對其做功才能完成。
電冰箱、空調就是例子。
【例1】兩個溫度不同的物體接觸時，熱量會自發地從高溫物體傳向低溫物體，直到兩者溫度相等；一個溫度處處相等的物體，不可能自發地變得一部分溫度高、另一部分溫度低。
怎樣從分子熱運動的角度解釋熱傳遞的方向性？解析：兩個物體溫度不同，分子熱運動的平均動能不同，一個物體分子平均動能大，另一個物體分子平均動能小，總體來看，分子熱運動的分佈較為有序，能量適當集中，而熱量由高溫物體傳到低溫物體的過程中，能量變得分散和退降，分子熱運動的分佈較為無序。
由於一切自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行。
所以熱傳遞是由高溫物體傳向低溫物體的，即熱傳遞具有方向性。
答案：見解析點技巧：熱現象的方向性自然界中進行的涉及熱現象的宏觀過程都具有方向性。
無論是有生命的或是無生命的，所有的宏觀自發過程都具有單向性，都有一定的方向性，都是不可逆過程。
如河水向下流，重物向下落，山嶽被侵蝕，人的一生從嬰兒到老年到死亡等。
2．第二類永動機(1)定義：只從單一熱源吸收熱量，使之完全變為有用的功而不引起其他變化的熱機。
(2)第二類永動機不可能製成，因為儘管機械能可以全部轉化為內能，但內能卻不能全部轉化成機械能而不引起其他變化。
釋疑點：第一類永動機和第二類永動機的比較它們都不可能製成，第一類永動機的設想違反了能量守恆定律；第二類永動機的設想雖不違反能量守恆定律，但違背了跟熱現象相聯繫的宏觀自然過程具有方向性的規律。
人教版选修3-3 10.5热力学第二定律的微观解释 教案(3)
《热力学第二定律的微观解释》教学设计教学设计思想：通过观察生活现象，排队、扑克牌的排列等体验活动，感受有序与无序、宏观态与微观态，知道宏观态对应的微观态多→无序，宏观态对应的微观态少→有序。
通过气体向真空中的扩散，以4个气体分子的扩散为例，分析分子扩散后可能的宏观态分布，从统计学的角度说明均匀分布的可能性是最大的。
介绍熵的概念，理解一切自然过程都是熵不减小的过程。
教学目标：1.通过生活实例分析了解有序和无序，宏观态和微观态的概念，理解宏观过程的方向性——从有序到无序。
2.通过气体向真空中的扩散的分析，进一步理解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。
3.了解熵的概念，知道熵是反映系统无序程度的物理量，在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小。
4.会用熵增加原理解释生活中的一些现象。
教学重点：1.有序与无序。
2.热力学第二定律的微观意义。
教学难点：熵及熵增加原理。
教学过程设计：一．有序与无序生活实例分析：观察分析有序与无序道路拥堵、阅兵式，学生课间与课上的表现等。
例举生活中的一个有序与无序现象。
体验活动1：请学号20-25 的同学到前面来，排成一队。
（1）按学号排序。
（2）个字高矮排序。
有序：系统的个体按确定的某种规则，有序排列。
无序：个体分布没有确定的要求，怎么分布都可以。
二．宏观态与微观态体验活动2：扑克牌的排序（1）将扑克牌按红桃、黑桃的顺序排列及号码由小到大顺序自左向右排列。
（2）将扑克牌按红桃、黑桃的顺序自左向右排列。
（3）将扑克牌按任意顺序排列。
问题：1.比较3种宏观态（排列方式）的有序程度。
2.观察宏观态的有序程度与什么有关？无序有什么特点？3.哪种宏观态更容易实现？小结：➢宏观态：指符合某种规则的宏观状态。
➢微观态：在规定的宏观态下，所有可能的不同的（微观的）分布状态，叫做这种宏观态的微观态。
➢宏观态对应的微观态多→无序➢宏观态对应的微观态少→有序➢宏观过程的方向性——从有序到无序。
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》 讲义
《热力学第二定律的微观解释》讲义一、热力学第二定律的表述在深入探讨热力学第二定律的微观解释之前，让我们先来回顾一下热力学第二定律的常见表述。
克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。
开尔文表述：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。
这两种表述虽然形式不同，但都揭示了自然界中热现象的方向性和不可逆性。
二、热力学系统与微观状态要理解热力学第二定律的微观解释，首先要了解热力学系统和微观状态的概念。
热力学系统是我们所研究的对象，它可以是一定量的气体、液体或固体。
而微观状态则是指系统中每个微观粒子的具体位置和动量。
例如，对于一定量的气体，微观状态就包括每个气体分子的位置和速度。
三、无序程度与熵熵是热力学中一个重要的概念，它可以用来描述系统的无序程度。
想象一个房间，起初物品摆放整齐有序，这是一种低熵的状态。
随着时间的推移，物品变得杂乱无章，这就是高熵的状态。
在热力学中，熵的增加意味着系统的无序程度增加。
从微观角度来看，熵与系统可能的微观状态数有关。
微观状态数越多，熵就越大。
四、热力学第二定律的微观本质为什么热现象具有方向性和不可逆性呢？从微观角度可以这样理解。
当一个系统处于非平衡态时，分子的分布是不均匀的，存在着一定的有序性。
随着时间的推移，分子之间不断发生碰撞和相互作用。
由于分子运动的随机性，系统会逐渐趋向于更加均匀的分布，也就是无序程度增加。
例如，将冷热水混合，冷水分子和热水分子会相互碰撞、交换能量，最终达到温度均匀的状态。
这个过程是自发的，而且不可逆。
从微观状态数的角度来看，均匀分布的微观状态数远远多于不均匀分布的微观状态数。
因此，系统自发地从微观状态数少的状态（有序）向微观状态数多的状态（无序）转变，这就导致了熵的增加。
五、概率与热力学第二定律在微观世界中，分子的运动是基于概率的。
比如，一个分子更有可能出现在空间中的多个位置，而不是局限于某一个特定的位置。
当系统中的分子数量众多时，基于概率的结果就表现为宏观上的确定性规律。
(选修3-3)10.5热力学第二定律的微观解释教案
五、热力学第二定律的微观解释［要点导学］1．我们已经知道，系统的宏观表现源于组成系统的微观粒子的统计规律．本节就是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．2．有序与无序是相对的．对应于要求较高的宏观态下的微观态的个数，对应于要求较低的宏观态下的微观态的个数．对应于微观态个数较少的宏观态比对应于微观态个数较多的宏观态显得．（填“有序”或“无序”）如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说这个“宏观态”是比较的．3．根据课本上四个气体分子向真空扩散的例子可得，“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，“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．“左2右2”是一种更为无序的状态，这也与我们日常的感觉一致，即无序指一种“平均”“各处都一样”“没有差别”．4．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．自发过程总是从有序向着无序发展的．5．一个宏观状态对应的微观状态的多少是个很重要的物理量，它标志着这个宏观态的无序程度，从中还可以推知系统将朝什么方向变化．物理学中用字母Ω表示该物理量．6．玻耳兹曼在1887年提出了熵Ｓ与微观态的数目Ω的关系，即Ｓ∝lnΩ，后来普朗克把它写成Ｓ＝klnΩ，式中k叫做玻耳兹曼常数．熵Ｓ是系统内分子运动的量度．7．用熵的概念表示的热力学第二定律是，我们把热力学第二定律也叫做熵增加原理．8．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度更大的方向发展．9．熵增加原理、不可逆过程与自然界和社会是相关联的．任何事情都是自发地变得糟糕（无序或叫熵增加）．例如：小孩的房间倾向于脏乱，不会倾向于整洁；头发总会自发地变得脏，变得蓬乱；人老了皮肤会变皱，花会枯萎，山会风化等等，这些都反映的是一种不可逆．同时热力学第二定律也告诉我们，要获得（有序）就必须付出（能量）．例如要让学习一塌糊涂（无序），非常容易，若要让学习成绩不断提高（有序），需要付出努力（能量）．要使小孩的房间保持整洁，就必须经常整理．要保持头发柔顺、飘逸，就必须经常护理．［范例精析］例１两个温度不同的物体接触时，热量会自发地从高温物体传向低温物体，直到两者温度相等；一个温度处处相等的物体，不可能自发地变得一部分温度高、另一部分温度低．请从熵增加原理角度解释热传递的这种方向性．解析我们知道温度是物体分子热运动的平均动能的标志，也就是说，温度高就表示物体分子热运动的平均动能大．两个温度不同的物体接触时，两个物体所在处的分子平均动能是不一样的，也就是这样的宏观态相对于分子平均动能处处相等的宏观态来说是有序的．根据熵增加原理，宏观过程总是向无序度更大的方向发展，最后就会变成分子的平均动能处处相等．也即温度相等．分子在碰撞过程中传递热量，因此热量会自发地从高温物体传向低温物体，直到两者温度相等．同样地，一个温度处处相等的物体，其各处的分子平均动能都是相等的，这样的宏观态相对于一部分分子平均动能大另一部分分子平均动能小的宏观态来说是无序的，根据熵增加原理知，这不可能自发地进行．拓展自然界的一切宏观过程都是自发地向着“平均”“各处都一样”“没有差别”这个方向发展．如果要倒过来，则必须要引起其它变化．例2成语“覆水难收”指的是一盆水泼出后是不可能再回到盆中的．请从不同宏观态所对应的微观态数目不同这个角度，解释为什么水不会自发地聚到盆中．解析一盆水构成一定形状的水体，水分子在这水体中的活动空间受到一定限制．把这盆水泼出去，水分子可以到达许多不同的位置，而且水分子到达不同位置的机会几乎相等，这样的宏观态下的微观态的数目远远大于整盆水这一宏观态下的微观态的数目．根据熵增加原理可知“覆水难收”的道理．拓展对这类问题的分析要从分子动理论的角度出发，比较各个宏观态下的微观态情况．例3．试分析说明气体自由膨胀的不可逆性和功热转换过程的不可逆性．先分析气体的自由膨胀．在膨胀过程中，原来被封闭在容器左侧的分子在抽掉隔板后的一瞬间仍聚集在左侧．对于左、右两侧这一整体来讲，这显然是一种高度有序的分布．自由膨胀后，气体系统就变得更加无序了．因此，气体的自由膨胀过程是沿着无序性增大的方向进行的．再看看功热转换和热传导的情形．功变热是机械能转变为内能的过程．从微观上看，机械能是大量分子有序运动的能量，而内能则是分子作无序运动时所具有的能量，所以功变热是分子的有序运动转化为无序运动的过程．相反的过程，即分子的无序运动转化为有序运动，不可能发生．这就表明，功热转换过程是沿着无序性增大的方向进行的．两者均是向着无序性增大的方向进行．。
2019-2020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
2019-2020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3-3一、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。
二、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。
三、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。
四、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。
五、教学方法思考、讨论、总结发言，多媒体。
六、课前准备预习学案阅读课本七、课时安排 1课时八、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。
《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 24.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。
DA 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。
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：
热力学第二定律的微观解释课
S=klnΩ S是熵，它与给定状态的概率Ω的对数值成正比，K 是比例常数，现在称为玻尔兹曼常数。 （3）熵的物理意义： 熵是物质微观热运动时，混乱程度的标志，是系统 内分子运动无序性的度量。系统的微观态数目越多，热 力学概率 Ω越大,熵就越大，系统越无序，系统越混乱， 这就是熵的本质。 熵是描述热力学系统的重要态函数之一，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。熵 的大小反映系统所处状态的稳定情况，熵越大系统越稳 定，熵达到最大值，系统处于稳定的热平衡态。 简单的说，“熵”就是微观粒子的混乱、均匀、平 衡、无序、不确定及能量差别的消除程度的状态量。
1.有序和无序 生活中我们常说到有序和无序，那么究竟什么叫序？ 序：就是次序，就是从事物的关联中找出的内在规律。 有序：只要确定了某种规则，符合这个规则的就叫做 有序。 通俗的理解为一个系统内的个体按预先确定的规则 有顺序的排列叫有序。 无序：不符合某种确定规则的称为无序。 通俗的理解为组成系统的个体分布没有确定的要求， 怎样分布都可以叫无序。“无序” 意味着“各处都一样， 均匀、平均、没有差别” 注：有序和无序是相对的。是相对于排列要求和规则而 言的，这是从序的程度上来说的。
宏观分 宏观态 宏观态对应的微观态 布要求 （一个分布） （详细分布）
左4右0
微观态 个数Ω 1 4
左3右1 左2右2
左1右3 左0右4
6
4 1
左边一列的各种分布仅指出左、右两边各有几个分 子，代表的是系统可能的宏观态。中间各列是详细的分 布，具体指明了这个或那个分子各处于左或右哪一边， 代表的是系统的宏观态对应的任意一个微观态。
8、熵的移植：熵最早是热力学上的一个符号，表 达的是某一系统内部热量平均化的程度。而后，这个概 念被许多其他学科借用，引伸出更多的概念。但是不管 在学科间如何变化，其表达的概念总是一个，就是，系 统内部物质分布平均化程度。熵如今已经成为一个广义 化的概念而非物理学独有的了，现在熵逐步由热力学的 概念移植到了信息科学（是不确定性的量度）、生命科 学（泛指某些物质系统状态的一种量（liàng）度，某些 物质系统状态可能出现的程度）和社会科学等领域（用 以借喻人类社会某些状态的程度），已经超出了物理学 的范畴，产生了地理熵、气象熵、生命系统熵、农业系 统维熵、心熵、广义熵等许多新的概念。有些用 法是熵本意隐身，有些只是用作“无序程度”的代名词， 描述过程的发展方向。
热力学第二定律的微观解释教学设计教案
热力学第二定律的微观解说教课方案学习目标知识与技术1、知道有序和无序，宏观态和微观态的观点2、知道熵的观点，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、学会经过现象总结规律的科学方法2、知道熵的观点，知道任何自然过程中一个孤立系统的总熵不会减少感情态度和价值观培育剖析、概括、综合能力教课过程：本节课以自主学习为主一、自主学习，达成以下题目：1、有序和无序，宏观态和微观态全部自然过程老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说从微观的角度看，热力学第二定律是一个 --------规律；一个孤立系统老是从熵--------的状态向熵 --------的状态发展，而熵较大代表着较为--------，所以自觉的宏观过程总量向 --------更大的方向发展。
二、要点打破：宏观态和微观态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，系统的微观态的数量是大批的，在随意时辰系统随机地处于此中随意一个微观态。
热力学第二定律的微观意义一个箱子被挡板分为左、右两室，假定左室气体只有 A、 B、 C、 D4个分子构成，另室为真空，撤去挡板后，气体由左向右扩散，因为各个微观态出现的概率是同样的，从宏观上看，我们看到“左 2 右 2”这类平均散布的可能性最大，而分子从头集中在一个室中，另一个室变为真空的可能性小。
而实质上，气系统统中分子个数相当多，所以，撤去挡板后实质上我们只好看到气体向真切中扩散，而不行能察看到气体分子从头齐集在一室的现象。
高中物理热力学第二定律微观解释PPT学习教案
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
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宏观态名称 微观态个数 对宏观态 过程自发 的描述 进行的发 向
பைடு நூலகம்
甲
较少 比较有序
乙
较多
甲乙
比较无序
用字母 : 表示一个宏观态对应的微观态的数目
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用字母 : 表示一个宏观态对应的微观态的数目
高中物理热力学第二定律微观解释
会计学
1
复习知识: 热力学第二定律 一切与热现象有关的宏观自然过程都
是有方向的（不可逆）
表述一：克劳修斯表述 热量不可能自发地从低温物体传到高
温物体
表述二：开尔文表述 不可能从单一热源吸收热量并把它全
部用来做功，而不产生其它影响。
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有序和无序是相对的
男女各排一列队
男女各排一列队 个头从小到大
有序无序 有序
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一、有序和无序 宏观态和微观态 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
第3页/共17页
2.宏观态和微观态
宏观态： 系统整体所处的状态 微观态：宏观态系统内部个体的不同分布状态
四.熵 符号: S
S k ln
K: 叫玻耳兹曼常数
越大 ,熵 S也越大,宏观态更无序. 熵的微观意义：系统内分子热运动无序 性的量度。
第13页/共17页
用熵 S 代替热力学概率后，热力
学第二定律可以表述为：在任何自然 过程中,一个孤立系统的总熵不会减小 。热力学第二定律的这一表述称为熵 增加原理。
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《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。
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：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。
1.能量耗散：系统的内能流散到周围环境中，没有办法把这些内能收集起来加以利用，这种现象叫做能量耗散。
2.品质降低：能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式叫品质降低。
能量在利用过程中，总是由高品质的能量最终转化为低品质的内能。
3.能源：能源是指能够提供可利用能量的物质，它是现代社会生活的重要物质基础。
常规能源：指已被广泛应用的能源，如煤、石油、天然气、水力等。
4.能源危机与环境污染
(1)近一百年，地球人口由16亿增加到目前的50亿，净增了2倍多，而能源消耗据统计却增加了16倍。
按目前的消耗量，专家预测石油、天然气最多只能维持半个世纪，煤炭尚可维持一二百年。
(2)能源利用的过程也直接污染着地球环境
①温室效应：化石燃料燃烧放出的大量二氧化碳，使大气中二氧化碳的含量大量增高，导致“温室效应”，造成地面温度上升，两极的冰雪融化，海平面上升，淹没沿海地区等不良影响。
②酸雨污染：排放到大气中的大量二氧化硫和氮氧化物等在降水过程中溶入雨水，使其形成酸雨，酸雨进入地表、江河，破坏土壤，影响农作物生长，使生物死亡，破坏生态平衡。
同时腐蚀建筑结构、工业装备、动力和通讯设备等，还直接危害人类健康。
③臭氧层的破坏：臭氧层的存在对吸收紫外线方面起着举足轻重的作用，一旦臭氧层遭到破坏，对生物有害的紫外线会毫无遮拦地照射到地面上，会提高皮肤癌和白内障的发病率，也会影响我们的免疫系统。
同时对不同生态系统中生物的生长、发育、繁殖、分布和生物地球化学循环都会造成一系列危害。
5.新能源的开发
（1）新能源：指目前尚未被人类大规模利用而有待进一步研究、开发和利用的能源，如核能、太阳能、风能、地热能、海洋能、氢能等。
（2）无穷无尽的太阳能：
板书设计：
热力学第二定律的微观意义：
1.有序和无序
2.热力学第二定律的微观意义：
3.熵增加原理
能源和持续发展：
1.能量耗散：
2.品质降低：
3.能源：
教学反思
能源和环境是社会关注的两个问题。
通过本节的学习，是学生理解这两个社会问题产生的原因，使学生理解开发利用清洁能源的价值，让学生提高科学观念，提高社会责任感。