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高中物理编辑
【新人教版】2020-2021学年高中第10章热力学定律5热力学第二定律的微观解释3选修3-3(物理 教案)
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  • 资源类别教案
    资源子类同步教案
  • 教材版本人教版(现行教材)
    所属学科高中物理
  • 适用年级高二年级
    适用地区全国通用
  • 文件大小2545 K
    上传用户神奇妙妙屋
  • 更新时间2021/11/1 17:02:54
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资源简介

课 题
热力学第二定律的微观解释
   
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。
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、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
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。
在任何自然过程中一个孤立系统的_______不会减少。
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、社会科学中的延伸应用,找出例子上课时进行讨论。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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,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。
 
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
①熵的符号是什么?熵是用来表示什么的?
_____________________________________
②熵的表达式?
______________________________________________________
③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
   ①式中k叫做______________
   ②Ω表示一个宏观状态所对应的微观状态的__________,  
3.熵与热力学第二定律
   ①在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会_______.
   ②熵增加原理,也是_______________的另一种表述.
 
 
 
 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。
 
                                
 
 
 
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,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。
 

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