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
2、、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
3、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。我们没有观测到，是否是时间不够长所致？根据图片分析问题第一组：交通信号正常的路口和交通信号损坏的路口的对比第二组：学生统一集会时人员分布和学生解散后的人员分布让学生思考并找出两组图片反映出的问题的共同点有序：如果确定了某种规则
4、，符合这个规则的就叫做有序。无序：不符合某种确定规则（或没有规则）的称为无序。小组活动:每个小组把桌上准备好的扑克牌拿出来，观察牌的次序是否有序？请扑克牌排列有序的小组介绍牌的排列次序。通过对比可以发现，不同小组的牌的排列尽管都有序，但牌的排列次序可能并不相同，这说明有序和无序是相对的。二、宏观态和微观态1.事物类比 ： 全体扑克牌 一个系统（宏观）每张扑克牌 一个分子（微观）2. 小游戏：游戏规则：1.洗牌（各组将牌的次序尽可能的打乱，对应组互换）2.挑牌（各组以最快速度把所要求花色的牌找出来）3.派一名代表把找好的牌放在投影仪上前三名有奖，依先后次序为准，一切以听口令为准游戏结束后，教师展
5、示获胜小组的扑克牌的次序，并提出思考？“外行看热闹，内行看门道”，这些扑克牌所反应的宏观和微观状态有什么样的关系？宏观态：如果规定了一副扑克牌的花色和号码顺序，用物理统计术语来说，我们就规定了一个“宏观态”（对应热力学系统的宏观态）微观态：如果规定了一副扑克牌的花色顺序而号码顺序任意，我们就规定了另一个“宏观态”,此时每张扑克牌的排列位置就会有多种，我们就说此“宏观态”下的“微观态”不唯一。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。三、热力学第二定律的微观解释1. 模拟探究 ：气体向真空扩散容器左右等体积，左
6、部有气体，右部为真空。抽去隔板气体自由膨胀。系统宏观态-用分子左、右两部分的分布数目表示(宏观中只能区分数目不能区分是哪个粒子）系统微观态-用不同分子处在某一部分的具体分布位置情况表示。（假定容器中只有4个分子，且分子是可识别的）每个小组利用桌上所给的器材（盒子、四个不同颜色的小球、隔板）进行模拟探究2. 总结规律3. 学生展示统计规律4. 总结热力学第二定律的微观解释一般来说，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，这些分子全部退回到A部的几率为 。此数值极小，意味着此事件永远不会发生。从任何实际操作的意义上说，不可
7、能发生此类事件。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。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。熵四、自学熵和熵增加原理：自己看书中熵的知识，根据预习提纲预习，并归纳相应内容熵的符号是什么?熵是用来表示什么的？_。熵的表达式？_。熵与热力学第二定律之间的联系？_。学生小组间互相讨论后总结：1熵的物理意义 熵是分子热运动无序(混乱)程度的_；熵_，系统越 无序 2熵的大小 式中k叫做_ 表示一个宏观状态所对应的微观状态
8、的_，3熵与热力学第二定律 在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会_ 熵增加原理，也是_的另一种表述教学过程及方法 环节三 点拨拓展二次备课五、熵与生活事例1：覆水难收事例2：玻璃杯摔碎后会散落为许多碎片事例3：艺术美事例4：熵:一种新的世界观1981年,美国人杰里米里夫金和特德霍华德出版了熵:一种新的世界观一书，把熵定律用于对人与环境关系的观察和预测，认为在人类居住的地表环境中，熵值的逐渐增长是一个不可逆转的自然内在现象，特别是随着人类生产、生活方式的无节制发展，熵值的增长还可能加快，最终将引起地表环境的全面崩溃。各小组讨论以上事件与本课所学知识（主要是熵的知识）的联系，并说出自己的看法。
9、 课堂小结 课后作业1下列说法，正确的是()A机械能和内能之间的转化是可逆的B气体向真空的自由膨胀是可逆的C如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说明这个“宏观态”是比较有序的D如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说明这个“宏观态”是比较无序的2对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是()A温度升高，分子的平均动能增大，每次碰撞对容器壁的作用力增大，压强一定增大B体积减小，单位体积内的分子数增多，气体的内能一定增大C绝热压缩一定质量的理想气体时，外界对气体做功，内能增加，压强一定增大D一定质量的理想气体向真空自由膨胀时，体积增大，熵减小3下列关于熵的说法中正确的是()A熵值越大，
10、意味着系统越“混乱”和“分散”，无序程度越高B熵值越小，意味着系统越“混乱”和“分散”，无序程度越高C熵值越大，意味着系统越“整齐”和“集中”，也就是越有序D熵值越小，意味着系统越“整齐”和“集中”，也就是越有序4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在自然过程中熵总是增加的C热力学第二定律也叫做熵减小原理D熵值越大代表越无序5下列说法正确的是()A如果大量分子的集合从A分布进入B分布的概率大于从B分布进入A分布的概率，则B分布更无序B如果大量分子的集合从A分布进入B分布的概率大于从B分布进入A分布，则A分布更无序C大量分子的集合能自发地从A分布进入B分布，则该过程是可逆的D大量分子的集合能自发地从A分布进入B分布，则该过程是不可逆的 导学案板书设计1、有序和无序2、宏观态和微观态3、热力学第二定律的微观意义4、熵及熵增加原理课后反思 本次课的收获和感悟1.本节课以学生活动为主，只有把主动性和创造性赋予学生；才能真正调动学生学习的热情。2.本节活动中在语言精练和活动组织的细节方面还有一定欠缺，需要改进。
