《5 熱力學第二定律的微觀解釋》學歷案

《5熱力學第二定律的微觀解釋》學歷案一、學習主題熱力學第二定律的微觀解釋二、設(shè)計者姓名三、課標要求理解熱力學第二定律的微觀意義，能用微觀解釋的方法認識熱現(xiàn)象。四、學習目標1、知識與技能知道什么是有序和無序，能舉例說明生活中的有序和無序現(xiàn)象。了解熱力學第二定律的微觀意義，能說出大量分子的熱運動是無序程度增大的過程。會用微觀解釋的方法分析簡單的熱現(xiàn)象，如熱傳遞、擴散現(xiàn)象等。2、過程與方法通過對生活中有序和無序現(xiàn)象的觀察和分析，提高觀察能力和邏輯思維能力。經(jīng)歷用微觀解釋熱現(xiàn)象的過程，掌握從微觀角度分析宏觀現(xiàn)象的方法。3、情感態(tài)度與價值觀體會微觀世界與宏觀世界的聯(lián)系，感受物理知識的統(tǒng)一性。培養(yǎng)對物理現(xiàn)象的好奇心和探究欲，提高學習物理的興趣。五、自主學習（一）有序和無序1、觀察自己的書桌，整齊擺放書本和文具的時候就是一種有序狀態(tài)，如果書本和文具雜亂無章地堆在書桌上，那就是一種無序狀態(tài)。你還能在生活中找到哪些有序和無序的例子呢？寫下來吧。有序例子：＿___________________無序例子：＿___________________2、在物理學中，我們說一個系統(tǒng)的組成部分按照一定的規(guī)律排列或者運動就是有序的；如果系統(tǒng)的組成部分沒有規(guī)律地排列或者運動就是無序的。那么，對于分子來說，怎樣是有序，怎樣是無序呢？比如，在一個盒子里，左邊全是氧氣分子，右邊全是氮氣分子，這是一種（有序/無序）狀態(tài)；如果氧氣分子和氮氣分子均勻地混合在盒子里，這是一種（有序/無序）狀態(tài)。（二）熱力學第二定律的微觀解釋1、閱讀教材內(nèi)容，試著理解為什么說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。可以結(jié)合下面的問題來思考哦。熱傳遞是怎樣一個過程呢？是高溫物體的內(nèi)能傳遞給低溫物體，從微觀角度看，高溫物體分子的平均動能（大/?。?，低溫物體分子的平均動能（大/小）。熱傳遞過程中，分子的分布是變得更有序還是更無序了呢？擴散現(xiàn)象呢？比如在一個房間里，打開一瓶香水，香水分子會慢慢擴散到整個房間。這個過程中分子的無序程度是怎樣變化的？2、總結(jié)一下，根據(jù)熱力學第二定律的微觀解釋，一個孤立系統(tǒng)的熵（無序程度的一種度量）是怎樣變化的？六、課堂互動（一）小組討論1、分成小組，討論自主學習部分遇到的問題。每個小組選擇一個生活中的熱現(xiàn)象，比如冰塊在常溫下融化，用微觀解釋的方法來分析這個過程中分子的有序和無序變化，以及這個現(xiàn)象和熱力學第二定律的關(guān)系。討論后，每個小組派一名代表來發(fā)言，分享小組的討論結(jié)果。（二）老師講解1、針對同學們在自主學習和小組討論中存在的問題進行講解。重點講解熱力學第二定律微觀解釋中的一些難點，比如如何理解“自然過程沿著無序性增大的方向進行”，通過更多的實例來加深同學們的理解。用簡單的模型（例如在黑板上畫一些分子分布的示意圖）來解釋分子的有序和無序狀態(tài)，以及在熱現(xiàn)象過程中的變化。（三）課堂練習1、下列關(guān)于熱力學第二定律微觀解釋的說法正確的是（）A.一切自然過程總是沿著分子熱運動的無序性減小的方向進行B.有序性越大的宏觀態(tài)對應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目越多C.一個孤立系統(tǒng)總是從熵小的狀態(tài)向熵大的狀態(tài)發(fā)展D.熱傳遞的自然過程是大量分子從無序程度小的狀態(tài)向無序程度大的狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程答案：CD2、請用熱力學第二定律的微觀解釋來分析下面這個現(xiàn)象：一杯熱水放在房間里，水會慢慢變涼，周圍的空氣會稍微變熱，從分子的有序和無序變化角度來解釋這個過程。答案：熱水中的水分子平均動能大，周圍空氣中分子平均動能小。在這個過程中，熱水中的熱量傳遞給空氣，從微觀角度看，熱水中水分子的運動狀態(tài)比較整齊（相對有序），隨著熱量傳遞，水分子的運動變得更加雜亂無章（無序程度增大）；而空氣分子原來比較無序，吸收熱量后，分子運動更加雜亂，無序程度也增大了。這個過程符合熱力學第二定律，即自然過程沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行。七、典型例題1、例1：一個密閉的容器被隔板分成左右兩部分，左邊充滿氣體，右邊是真空。當隔板被抽出后，氣體迅速充滿整個容器。從熱力學第二定律的微觀解釋角度分析這個過程。解題思路：首先要明確這個過程中分子的初始狀態(tài)是左邊有氣體分子（相對有序，都在左邊），然后隔板抽出后，氣體分子會在整個容器內(nèi)運動，從微觀角度看，分子的分布變得更加無序了。這是因為自然過程總是朝著分子熱運動的無序性增大的方向進行。答案：在隔板抽出前，氣體分子集中在容器左邊，是一種相對有序的狀態(tài)。隔板抽出后，氣體分子在整個容器內(nèi)自由運動，分子的分布變得更加無規(guī)則，無序程度增大。這符合熱力學第二定律的微觀解釋，即自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行。2、例2：假設(shè)有兩種氣體A和B，開始時A氣體在一個容器的上層，B氣體在下層，中間有一個隔板。當隔板移除后，兩種氣體逐漸混合均勻。試從微觀角度解釋這個過程，并說明這個過程中系統(tǒng)的熵是如何變化的。解題思路：考慮兩種氣體分子在混合前是分層的，相對有序，混合后均勻分布，無序程度增加。而熵是用來度量系統(tǒng)無序程度的，所以熵增大。答案：開始時，A氣體分子在上層，B氣體分子在下層，這種分布是一種有序狀態(tài)。當隔板移除后，A和B氣體分子會相互擴散、混合，分子的運動變得雜亂無章，分子的無序程度增大。因為熵是描述系統(tǒng)無序程度的物理量，所以在這個過程中系統(tǒng)的熵增大，這也符合熱力學第二定律的微觀解釋，即自然過程朝著無序性增大的方向進行，系統(tǒng)的熵總是增加的。八、課后作業(yè)（一）基礎(chǔ)題1、下列現(xiàn)象中，能用熱力學第二定律的微觀解釋來分析的是（）A.春天，柳絮飛揚B.夏天，一滴墨水滴入一杯清水中，整杯水變黑C.秋天，果實成熟后從樹上落下D.冬天，雪花飛舞答案：B2、關(guān)于熱力學第二定律的微觀意義，下列說法正確的是（）A.大量分子無規(guī)則的熱運動能夠自動轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蜻\動B.熱傳遞的自然過程是大量分子從無序程度小的狀態(tài)向無序程度大的狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程C.熱傳遞的自然過程是大量分子從有序程度大的狀態(tài)向有序程度小的狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程D.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答案：BD（二）拓展題1、想象有一個箱子，里面有很多個小球，開始時一半是白色球在左邊，一半是黑色球在右邊。如果不斷地搖晃箱子，最后黑白球會混合均勻。請詳細地從熱力學第二定律的微觀解釋角度來分析這個過程，包括分子的有序和無序狀態(tài)的變化，以及熵的變化。答案：開始時，白色球在左邊，黑色球在右邊，這種分布是一種有序狀態(tài)，小球（類比分子）按照顏色被分隔開來。當搖晃箱子時，就像分子在熱運動一樣，黑白球會相互碰撞、混合。隨著搖晃的進行，黑白球逐漸混合均勻，這個過程中，小球的分布變得沒有規(guī)律，無序程度增大。從熵的角度來看，開始時系統(tǒng)的熵相對較小，因為小球的分布比較有序，而混合均勻后，系統(tǒng)的熵增大了。這就像在自然過程中，系統(tǒng)總是朝著無序性增大、熵增大的方向發(fā)展，符合熱力學第二定律的微觀解釋。2、結(jié)合你對熱力學第二定律微觀解釋的理解，談?wù)勀銓τ钪孀罱K命運的看法（這是一個開放性的問題哦，可以大膽想象和推測，但要基于所學的物理知識）。答案：從熱力學第二定律的微觀解釋來看，宇宙中的一切自然