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》
高中人教版物理选修3-3学案 热力学第二定律 热力学第二定律的微观解释 含答案
第四节热力学第二定律第五节热力学第二定律的微观解释【素养目标定位】※了解热力学第二定律的多种表述※知道热传导及宏观过程的方向性※了解热力学第二学定律的微观解释※知道熵及熵增加原理【素养思维脉络】课前预习反馈知识点1热力学第二定律的一种表述1．可逆与不可逆过程(热传导的方向性)热传导的过程可以自发地由__高温__物体向__低温__物体进行，但相反方向却不能__自发地__进行，即热传导具有__方向__性，是一个不可逆过程。
2．热力学第二定律的一种表述(克劳修斯表述)热量不能自发地从__低温__物体传递到__高温__物体。
知识点2热力学第二定律的另一种表述1．开尔文表述不可能从__单一热库__吸收热量，使之完全变成__功__，而不产生其他影响。
2．热力学第二定律的其他描述(1)一切宏观自然过程的进行都具有__方向性__。
(2)气体向真空的自由膨胀是__不可逆__的。
知识点3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__这个规则的就叫作有序。
2．无序不符合某种__确定规则__的称为无序。
3．宏观态__符合__某种规定、规则的状态，叫作热力学系统的宏观态。
4．微观态在宏观状态下，符合__另外__的规定、规则的状态叫作这个宏观态的微观态。
知识点4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5熵及熵增加原理1．熵(1)微观状态的数目用Ω表示，用S表示熵，则S＝__k lnΩ__，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__状态__决定。
从分子动理论的观点来看，熵是分子热运动__无序(混乱)__程度的定量量度。
2．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__，叫作熵增加原理。
对于其他情况，系统的熵可能增加，也可能减小。
辨析思考『判一判』(1)机械能可以完全转化为内能。
(√)(2)内能不可能完全转化为机械能。
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(人教版)选修3-3教学课件：第十章 第4节 热力学第二定律 第5节 热力学第二定律的微观解
1
的热量的比值叫作热机的效率,用 η 表示,即 η= ,因为 W<Q1,所以
热机的效率不可能达到 100%。
3.开尔文表述:不可能从单一热库吸收热量,使之完全变成功,而
不产生其他影响。
三、有序和无序 宏观态和微观态
1.有序和无序:只要确定了某种规则,符合这个规则的就叫作有
是分子热运动无序性的量度。
2.熵增加原理:一个系统的熵随着系统状态的变化而变化。在
任何自然过程中,一个孤立系统的熵不会减少。这是用熵表示的热
力学第二定律,为此又把热力学第二定律叫作熵增加原理。
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
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:在统计物理学中,符合某种规定、规则的状
态,叫作热力学系统的宏观态。若规定、规则不同,则同一宏观态对
应不同的微观态。
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
的,试列举一些生活中的有序无序对比的现象,比较哪种状态更容易
出现。
答案:任何事物放在一起总是呈现出有序或无序的排列,例如,国
庆典礼中的解放军方队,整齐有序,而春运期间火车站中拥挤的人群,
杂乱无章;按顺序花色排列的扑克牌,把这些扑克牌随意地洗几下或
抛撒开来变得杂乱无序;神奇的魔方,六面中每一面都同色很难,而任
意排列则很容易……稍作对比我们不难发现,生活中的无序要比有
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。
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。
2019-2020学年度人教版选修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。
物理选修3-3教案-10.5热力学第二定律的微观解释
普通高中课程标准实验教科书—物理选修3－3[人教版]第十章热力学定律5 热力学第二定律的微观解释【教学目标】一、知识与技能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3、了解热力学第二定律的微观意义。
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。
【重点、难点分析】：重点：热力学第二定律的微观意义。
难点：对熵和熵增加原理的理解。
【课时安排】： 1课时【课前准备】：投影仪、投影片【教学设计】：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：本节课以自主学习为主（一）、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。
2、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。
（二）、重、难点突破：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。
选修3-3第十章 第五节热力学第二定律的微观解释课件
第五节 热力学第二定律的微观解释
热力学第二定律指出，一切与热现象有关的 宏观自然过程都是不可逆的。在一定条件下，系 统有从非平衡态过渡到平衡态的自然倾向，这种 倾向总是单向不可逆的。从微观上看，过程的不 可逆性与系统的大量分子的无规则运动是分不开 的。今以气体向真空的自由膨胀为例，用微观的 统计平均方法 ，从本质上说明热力学第二定律的 统计意义。
一、有序与无序 宏观态与微观态
请说说下列哪些是有序的，哪些是无序的？
1. 有序和无序 只要确定了某种规则，符合这个规则的就是有序的。 有序和无序是相对的。
2. 宏观态和微观态 把满足某种“规定”的状态称之为“宏观态”，
满足这个“规定”的各种排列称之为“微观态”。
如：学生做完电学实验时整理器材：若规定：将5个电阻 （大滑动变阻器，小滑动变阻器，热敏电阻，定值电阻） 按顺序摆好，并且放在桌子左上角；将两个电表（电压表， 电流表）按顺序摆好并且放在桌子右上角；10根导线按顺 序摆好并且放在桌子左下角；两个电池按顺序摆好并且放 在桌子右下角。按上述“规定”摆放的器材组成一个系统， 所处的状态就是一个“宏观态”，这个“宏观态”也只包 含着一个“微观态”。
三、热力学第二定律的微观意义
左2右2的几率是最大的，也是最均匀的，最无序的。 这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”。一切自发过程的 发展总是倾向于出现概率较大的宏观态。 一切自发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
四、熵和熵增加原理
1.熵
S k ln
2.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。
五、热力学第三定律
不可能通过有限的过程把一个物体冷却到绝对零度。 （绝对零度不可达到）
高中物理选修3-3-热力学第二定律的微观解释
热力学第二定律的微观解释知识元热力学第二定律的微观解释知识讲解1．热力学第二定律的微观意义一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行2．熵（1）物理意义：系统内分子运动无序程度的量度；（2）表达式：S=klnΩ,S表示熵，k表示玻耳兹曼常数，Ω表示微状态的数目（3）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．第二类永动机不可制成（1）定义：从单一热源吸收的热量，可以全部用来做功，而不引起其他变化的机器．即：效率η=100%的机器．（2）原因：违背了热力学第二定律，但没有违背能量守恒定律例题精讲热力学第二定律的微观解释例1.下列说法正确的是（）A．熵增加原理说明一切自然过程总是向着分子热运动的无序性减少的方向进行B．密闭容器中液体上方的饱和汽压随温度的升高而增大C．一种溶液是否浸润某种固体，与这两种物质的性质都有关系D．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量E．有的物态变化中虽然吸收热量但温度却不升高例2.下列说法正确的是（）A．布朗运动说明了液体分子与悬浮颗粒之间存在着相互作用力B．物体的内能在宏观上只与其所处状态及温度有关C．一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行D．分子间的吸引力和排斥力都随分子间距离增大而减小E．气体对器壁的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力例3.下列关于熵的有关说法错误的是（）A．熵是系统内分子运动无序性的量度B．在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小C．热力学第二定律也叫做熵减小原理D．熵值越大，代表系统内分子运动越无序例4.下列关于熵的观点中正确的是（）A．熵越大，系统的无序度越大B．对于一个不可逆的绝热过程，其熵总不会减小C．气体向真空扩散时，熵值减小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。
(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．。
(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。
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。
【河东教育】高中物理人教版选修3(3教案《热力学第二定律的微观)-
【河东教育】高中物理人教版选修3（3教案《热力学第二定律的微观）-热力学第二定律的微观解释新课程标准要求(1)知识和技能理解热力学第二定律的微观意义(2)过程和方法通过微观状态和宏观状态的分析理解熵的含义(3)情感、态度和价值观通过探索热力学第二定律的微观意义激发学习物理的动机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原理的理解教学方法教学方法，分析归纳，阅读教学工具:投影仪，幻灯片教学过程(1)新班级教师介绍:(复习题)用幻灯片展示以下问题1。
热传导的方向性是什么？2。
机械能和内能相互转化的方向是什么？3.第二种永动机是什么？为什么不能制造第二种永动机？4.热力学第二定律的两个表达式是什么？在学生思考了答案后，老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。
本课将从微观角度解释为什么涉及热运动的宏观过程具有一定的-1-方向性。
(2)新类别1。
有序无序的宏观和微观状态教师:首先，引导学生阅读教材的相关内容。
以“扑克牌”为例来理解“有序”和“无序”的含义，从而进一步理解“宏观状态”和“微观状态”的含义教师:(解释)当我们用系统的分子数分布来描述系统的状态，而不区分特定的分子时，就叫做热力学系统的宏观状态；如果用分子数分布和区分特定分子描述的系统状态称为热力学系统的微观状态在热力学系统中，由于大量粒子的不规则热运动，每个粒子在任一时刻所处的运动状态完全是偶然的，它也随时间不规则地变化。
系统中每个粒子运动状态的每个分布代表系统的微观状态，并且系统的微观状态的数量很大，并且系统在任何时间随机处于任何一种微观状态。
以上图所示的情况为例进一步说明。
假设容器中A和b室具有相同的体积，总共有4个相同的a、b、c和d分子，它们在a室和b室中的分布有16种方式具体分布如下:1？？(0，abcd) (0，4)？4？？[( l，3)？(a，bcd)，(b，acd)，(c，abd)，(d，abc)]6？？[(2，2)？(ab，cd)，(ac，bd)，(ad，bc)，(bc，ad)，(bd，ac)，(cd，ab)])4？？[(3，l)？(bcd，a)，(acd，b)，(abd，c)，(abc，d)]1？？(abcd，0) (4，0)？例如，在上述- 2-的分布表达式中，(2，2)代表宏观状态(即在a室和b室中有两个分子，但没有区分出特定的分子)，和(ab，cd)代表微观状态(分子a和b 在一个室中，分子c和d在b室中)，从上表中可以清楚地看出。
人教版高三物理选修3《热力学第二定律的微观解释》说课稿
人教版高三物理选修3《热力学第二定律的微观解释》说课稿一、教材分析1. 教材信息•书名：《物理》（人教版）高中物理选修3•单元名：热力学与统计物理•主题：热力学第二定律的微观解释2. 教材背景本单元是高中物理选修课程中热力学与统计物理部分的内容，重点介绍了热力学第二定律的微观解释。
通过学习本单元，学生能够深入了解热力学第二定律的原理和应用，掌握熵的概念和计算方法。
3. 教学目标•理解热力学第二定律的基本概念和含义•掌握熵的概念和计算方法•理解熵增定律和熵减定律的微观解释•运用热力学第二定律解决相关问题二、教学内容与教学步骤1. 理论讲解1.1 热力学第二定律的基本概念首先，我们要对热力学第二定律进行基本概念的介绍。
热力学第二定律是热力学的重要定律之一，它表明不可能把热量完全从冷物体传递给热物体，即热量自发地只能从高温物体传递给低温物体。
这个定律在自然界和工程实践中都有广泛的应用。
1.2 熵的概念和计算方法接下来，我们要介绍熵的概念和计算方法。
熵是热力学中的重要物理量，是系统无序程度的度量。
它表示了系统内能在给定条件下的一种分布状态，是一个状态函数。
熵的计算可以根据系统的微观状态数来进行估算，也可以通过熵的定义公式来进行计算。
2. 实例分析2.1 熵增定律的微观解释接下来，为了更好地理解热力学第二定律的微观解释，我们会通过一个实例来进行分析。
我们可以以一个封闭的热力学系统为例，通过对系统内粒子分布的变化进行观察，来解释熵增定律的微观原因。
在这个过程中，我们会引入碰撞频率和碰撞角度等概念，来帮助学生理解和推导熵的增加。
2.2 熵减定律的微观解释除了熵增定律，我们还会介绍熵减定律的微观解释。
通过一个具体的例子，我们可以看到在特定条件下，熵是可以减小的。
这个例子可以帮助学生理解在一些特殊情况下，系统的熵是可以降低的，但整个体系的熵仍然满足熵增定律。
3. 讨论与练习3.1 讨论熵在日常生活中的应用在学习了熵的基本概念和计算方法后，我们可以组织学生进行讨论，探讨熵在日常生活中的应用。
(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。
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。
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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
1111
2228 p=⨯⨯=
(2)概率
4
4
1121
()
2248 p
A
=⨯⨯=
(3)概率
3
3
6
6
1
120
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。
4.课本P75“思考与讨论”
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。