【高中物理】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.doc

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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

2、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

3、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）（0，abcd）（ l，3）（a，bcd），（b，acd），（c，abd），（d，abc）（2，2）（ab，cd），（ac，bd），（ad，bc），（bc，ad），（bd，ac），（cd，ab）（3，l）（bcd，a），（acd，b），（abd，c），（abc，d）（4，0）（abcd，0）上面的分布表达中，如（

4、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）。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。2气体向真空的扩散教师：引导学生阅读教材有关内容。教师讲解：一个箱子被挡板分为左、右两室，假设左室气体只有a，b，c，d4个分子，右室为真空，撤去挡板后，气体由左向右扩散，由于各个

5、微观态出现的概率是一样的，从宏观上看，我们看到“左2右2”这种均匀分布的可能性最大，而分子重新集中在一个室中，另一个室变成真空的可能性小。而实际上，气体系统中分子个数相当多，因此，撤去挡板后实际上我们只能看到气体向真空中扩散，而不可能观察到气体分子重新聚集在一室的现象。从无序的角度上看，热力学系统是由大量作无序运动的分子组成的，因为任何热力学过程都伴随着分子的无序运动状态的变化，当撤去挡板的一瞬间，分子仍聚集在左室，对于左右两室这一个整体来讲，这显然是一种高度有序的分布，当气体分子自由扩散后，气体系统就变得无序了，因此，气体的自由扩散过程是沿着无序性增大的方向进行的，因此，一切自然过程总是沿着

6、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。3熵教师：教师：引导学生阅读教材有关内容。教师讲解：对于由大量分子构成的系统而言，宏观态包含的微观态数目往往很大，这不利于实际计算。为此，玻耳兹曼引进了熵的概念，并定义系统的熵为，后来普朗克把它写成 ，式中 k叫做玻耳兹曼常数，S为系统的熵，为一个宏观状态所对应的微观状态数目。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，热力学的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。因

7、此，热力学第二定律又叫做熵增加原理。（三）课堂总结、点评这节课我们学习了热力学第二定律的微观意义。从微观上解释，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。在热力学中，引入了熵的概念后，热力学第二定律又称为熵增加原理：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小。作业完成P80 “问题与练习”的题目。课下阅读教材79页“科学漫步”。资料袋：浅说熵熵这个概念最早是由德国的物理学家克劳修斯最早提出的，英文写法是Entropy，后来当时任浙大教授的胡刚复再翻译这个词的时候写成了熵，一直沿用至今。熵的提出是热力学发展的结果，也被认为是热力学发展史上的一块里程碑。牛顿发表了伟大的力学三定律后，

8、欧洲的工业革命开启了热学发展的春天，而在这个春天开放的第一朵鲜花就是蒸汽机，随着瓦特蒸汽机的问世不仅宣告了热机时代的到来，也开始了人们对热机循环的研究。德国的一位医生迈尔最早总结出了：能量守恒及转化定律热力学第一定律。再向后，法国年轻的工程师卡诺将对热机的研究向前推进了一大步，他提出的两个著名推论，热机的卡诺循环为后来者打下了坚实的基础。1850年，克劳修斯总结出：不可能把热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化。1851年英国的开尔文勋爵又提出了：不可能从单一热源吸收热量使之完全转化为有用功而不引起其他变化。上述两个结论就是关于热力学第二定律的最早描述。1906年，又是一位德国人斯脱提出了

9、不可能把一个物体的温度降到绝对零度。此即热力学第三定律。而熵也随着热力学第二定律的提出在19世纪中期登上了舞台。当时，克劳修斯正在研究热机循环，他试图找到一个量在热机循环再回到原状态时保持不变。最后他发现了这个关系：系统内含的热量与绝对温度的比值不变，即。于是他定义一个系统的熵：。自从这个新玩意被提出来以后，许多科学家都开始了对它意义的研究。克劳修斯指出：熵是一个状态量，只有当一个系统的温度、压强等趋于稳定均匀的时候才有意义。1877年，波尔兹曼在一篇方程论文中运用统计力学的方法第一次将熵和概率联系在了一起，这就是著名的波尔兹曼方程：（k：波尔兹曼常数；W代表系统内一定宏观态中可能存在的分子组

10、态数，通常称为“微观量”）。波尔兹曼方程将宏观态和微观态联系在了一起，并指出所谓熵对应着分子分布的概率。分子分布总是自发向概率最大的状态，即平衡态改变。现在我们可以对熵有一个感性的认识：墒代表了系统的混乱程度，熵越大分子的分布越趋于无序。对于一个系统，熵会自发性的增大。从微观上看，自发的热力学过程总是使分子由有序走向无序。这就是著名的熵增加原理。在熵增原理提出后，克劳修斯将其推广到了整个宇宙，并提出了一个似乎颇为严密的推理：由于宇宙中各个变化均向着无序的方向进行，宇宙的离散度不断增加，最终宇宙会变成一个巨大的无线电辐射场，而且宇宙中所有的机械运动会转化为热运动，热量停止传递。如此宣告宇宙末日的

11、理论一提出便引起了轩然大波。进入二十世纪后，热力学得到了长足的发展，人们对熵也有了新的认识，经典热力学认为熵只有在平衡态时才有意义，而随着非平衡态理论的建立，人们逐渐意识到系统在远离平衡态时，由于其约束条件超过了某个临界值，系统会变的非常不稳定，这时任何一个微小的扰动都会使系统进入一个离平衡态更远的稳定状态，这样自发形成的有序结构称为耗散结构。耗散结构的提出以及后来的混沌理论逐渐向我们展示了宇宙的复杂及不确定，原始经典的熵已经显得力不从心。但科学终究是发展的，任何理论现有的缺陷及不足都将是它们完善的突破口。相信在新世纪里，熵能带给我们更多惊喜。高中物理考试答题技巧及注意事项在考场上，时间就是我

12、们致胜的法宝，与其犹犹豫豫不知如何落笔，倒不如多学习答题技巧。那么，高中物理考试答题技巧及注意事项有哪些呢？下面和小编一起来看看吧！高中物理考试答题技巧选择题的答题技巧解答选择题时，要注意以下几个问题：（1）注意题干要求，让你选择的是“不正确的”、“可能的”还是“一定的”。（2）相信第一判断：只有当你发现第一次判断肯定错了，另一个百分之百是正确答案时，才能做出改动，而当你拿不定主意时千万不要改。特别是对中等程度及偏下的同学尤为重要。切记：每年高考选择题错误率高的不是难题，而是开头三个简单题。不要再最简单的地方，轻敌栽坑！实验题的做题技巧（1）实验题一般采用填空题或作图题的形式出现。填空题：数值

13、、单位、方向或正负号都应填全面；作图题：对函数图像应注明纵、横轴表示的物理量、单位、标度及坐标原点。对电学实物图，则电表量程、正负极性，电流表内、外接法，变阻器接法，滑动触头位置都应考虑周全。对光路图不能漏箭头，要正确使用虚、实线，各种仪器、仪表的读数一定要注意有效数字和单位；实物连接图一定要先画出电路图（仪器位置要对应）；各种作图及连线要先用铅笔（有利于修改），最后用黑色签字笔涂黑。切记：游标卡尺、螺旋测微器、多用电表的读数历来都是考察的重点。切记：选择题有8-10分是送你的，但你可能拿不到（单位、有效数字、小数点后保留几位、坐标原点等）。（2）常规实验题：主要考查课本实验，几年来考查比较多

14、的是试验器材、原理、步骤、读数、注意问题、数据处理和误差分析，解答常规实验题时，这种题目考得比较细，要在细、实、全上下足功夫。（3）设计型实验重在考查实验的原理。要求同学们能审清题意，明确实验目的，应用迁移能力，联想相关实验原理。在设计电学实验时，要把安全性【所谓的安全不是对人来说，而是对仪器来说的】放在第一位，同时还要尽可能减小实验的误差【误差从偶然和系统两个方面考虑，系统免不了，偶然可减小】，避免出现大量程测量小数值的情况。计算题的答题技巧（1）仔细审题，明确题意。每一道计算题，首先要认真读题，弄清题意。审题是对题目中的信息进行搜索、提取、加工的过程。在审题中，要特别重视题中的关键词和数据

15、，如静止、匀速、 最大速度、一定、可能、刚好等。一个较为复杂的运动过程要分解成几个不同的阶段。否则，一旦做题方向偏了，只能是白忙一场。（2）敢于做题，贴近规律。解题就是建立起与未知数数量相等的方程个数，怎样建立方程呢？方程蕴含在物理过程中以及整个过程的各个阶段中，存在于状态或状态变化之中；隐藏在约束关系之中。应由题目中的物理现象及过程所对应的或贴近的物理规律，建立主体关系式。（3）敢于解题，深于研究。遇到设问多、信息多、过程复杂的题目，在审题过程中，若明确了某一阶段的情景，并列出了方程。要敢于先把结果解出来，这对完全理顺题意起着至关重要的作用。很多情况下第二阶段的情景要由第一阶段的结果来判定，

16、所以第一阶段的结果成为打通障碍的重要武器。（4）答题要规范，得分有技巧简洁文字说明与方程式相结合尽量用常规方法，使用通用符号分步列式，不要用综合或连等式对复杂的数值计算题，最后结果要先解出符号表达，再代入数值进行计算。高中物理考试注意事项高三学习成绩不好怎么办？看高考蝶变掌握逆袭方法。淘宝搜索高考蝶变购买！1.计算大题绝对不能空着即便你做不上来，也要写该部分对应课本中的基本物理公式。需要注意的是，必须带入题中的符号。比如说题目中电荷量是e，你在答题纸上写q往往就不会给分了。阅卷中我们老师们都严格遵守采点给分原则，也就是说，你写对了几个物理公式（与答案一样），即便没有计算，我们也给对应的分值。这

17、是阅卷的规则，谁都不能改变。2.重视画图解题过程中要受力分析、研究运动轨迹的，一定要画图，养成画图的好习惯。图像画出来虽然有时候是没分的，借助于图像来分析题意很方便。另外，物理题的答案并不是标准的，有的时候你写的与答案不一样，老师们怎么理解呢？看图是一个捷径。答题纸上的内容是给老师看的（是你和阅卷老师的对话），不要给老师们的阅卷制造困难，图一定要画。见到很多学生不画图，也没有个依据，就直接来个物理公式。我的第一感觉就是，莫非是抄别人的？相信判你卷子的老师也是一样的。3.物理试卷中几乎没有多选题四个选项都是对的物理多选题，基本上是不会有四个选项全对的，除非是非常老旧的题（90年代的高考题）。如果

18、你物理成绩很差，我建议你把多选题都当成单选来做，这样更有利于得分，特别是多选题的最后一道题。4.不会的暂时跳过，合理分配考试时间同学们在考场上要注意解题时间的分配，没有思路的题先跳过去。建议多选题的最后一道先跳过，实验题的最后一个空，解答题的最后一问更是要留到最后再做。原因不解释了，大家都知道，不过王尚老师想说的是，真正的在考场上认真去执行的同学还是少数。小编推荐：高考物理答题技巧5.看不懂题意的，联系课本考点物理题联系实际的很多，比如天体联系宇航的，磁场联系粒子加速度器的，等等。这些应用问题很难理解，一个诀窍就是联系课本的考点。高中物理wuli.in题万变不离其宗，考点还是源于课本。在考场上监考的时候王尚老师就发现很多同学在那里天马行空般的思考，完全脱离了课本，这样怎么能做出来呢？6.联系课堂上老师讲过的典型题和上面的建议类似，遇到难题，无从下手，就回忆下课堂上老师讲过的一些典型题，总是有类似的地方的。物理题本身就是有规律的，很多思考方法和切入点都是类似的。另外，笔者提醒同学们可以到物理自诊断学习系统中去看我们总结的解题思路，帮助你梳理考点，搞明白定理定律、物理公式的使用。