(選修3-3)《熱力學(xué)第二定律的微觀解釋》教案.doc

熱力學(xué)第二定律的微觀解釋教案教材分析熱力學(xué)第二定律以宏觀事實為基礎(chǔ)，告訴我們熱學(xué)現(xiàn)象和熱學(xué)過程應(yīng)該遵循的規(guī)律，本節(jié)要從微觀的角度說明，為什么涉及熱運動的宏觀過程會有這樣的方向性。教學(xué)目標1.了解有序和無序，宏觀態(tài)和微觀態(tài)的概念。2.了解熱力學(xué)第二定律的微觀意義。3.了解熵的概念，知道熵是反映系統(tǒng)無序程度的物理量。知道隨著條件的變化，熵是變化的。4.理解能量耗散和品質(zhì)降低的概念。理解能源的利用實際上是能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程。5.了解常規(guī)能源的使用帶來的環(huán)境污染。了解開發(fā)新能源的方法和意義。教學(xué)重難點1.了解熱力學(xué)第二定律的微觀意義。2.了解熵的概念，知道熵是反映系統(tǒng)無序程度的物理量。3.理解能量耗散和品質(zhì)降低的概念。學(xué)情分析學(xué)生掌握了熱力學(xué)第二定律，但不知道它的微觀解釋。本節(jié)中的概念“有序”、“無序”、“熵”不易理解。熱力學(xué)第二定律的微觀解釋較抽象?！澳茉春涂沙掷m(xù)發(fā)展”內(nèi)容簡單，易于掌握。教學(xué)方法思考、討論、總結(jié)發(fā)言，多媒體。課前準備預(yù)習學(xué)案 閱讀課本課時安排 1課時教學(xué)過程（一）預(yù)習檢查、總結(jié)疑惑（二）情景引入、展示目標（三）合作探究、精講點撥1.有序和無序有序：只要確定了某種規(guī)則，符合這個規(guī)則的就叫做有序。無序：不符合某種確定規(guī)則的稱為無序。無序意味著各處都一樣，平均、沒有差別，有序則相反。有序和無序是相對的。2.宏觀態(tài)和微觀態(tài)宏觀態(tài)：符合某種規(guī)定、規(guī)則的狀態(tài)，叫做熱力學(xué)系統(tǒng)的宏觀態(tài)。微觀態(tài)：在宏觀狀態(tài)下，符合另外的規(guī)定、規(guī)則的狀態(tài)叫做這個宏觀態(tài)的微觀態(tài)。系統(tǒng)的宏觀態(tài)所對應(yīng)的微觀態(tài)的多少表現(xiàn)為宏觀態(tài)無序程度的大小。如果一個“宏觀態(tài)”對應(yīng)的“微觀態(tài)”比較多，就說這個“宏觀態(tài)”是比較無序的，同時也決定了宏觀過程的方向性從有序到無序。3.熱力學(xué)第二定律的微觀意義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。4.熵和系統(tǒng)內(nèi)能一樣都是一個狀態(tài)函數(shù)，僅由系統(tǒng)的狀態(tài)決定。從分子運動論的觀點來看，熵是分子熱運動無序(混亂)程度的定量量度。一個系統(tǒng)的熵是隨著系統(tǒng)狀態(tài)的變化而變化的。在自然過程中，系統(tǒng)的熵是增加的。在絕熱過程或孤立系統(tǒng)中，熵是增加的，叫做熵增加原理。對于其它情況，系統(tǒng)的熵可能增加，也可能減小。從微觀的角度看，熱力學(xué)第二定律是一個統(tǒng)計規(guī)律：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，而熵值較大代表著較為無序，所以自發(fā)的宏觀過程總是向無序程度更大的方向發(fā)展。典例探究例：一個物體在粗糙的平面上滑動，最后停止。系統(tǒng)的熵如何變化？解析：因為物體由于受到摩擦力而停止運動，其動能變?yōu)橄到y(tǒng)的內(nèi)能，增加了系統(tǒng)分子無規(guī)則運動的程度，使得無規(guī)則運動加強，也就是系統(tǒng)的無序程度增加了，所以系統(tǒng)的熵增加。友情提示：本題考查的是對熵增加原理的理解和應(yīng)用。1.能量耗散：系統(tǒng)的內(nèi)能流散到周圍環(huán)境中，沒有辦法把這些內(nèi)能收集起來加以利用，這種現(xiàn)象叫做能量耗散。2.品質(zhì)降低：能量從高度有用的形式降級為不大可用的形式叫品質(zhì)降低。能量在利用過程中，總是由高品質(zhì)的能量最終轉(zhuǎn)化為低品質(zhì)的內(nèi)能。3.能源：能源是指能夠提供可利用能量的物質(zhì)，它是現(xiàn)代社會生活的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。常規(guī)能源：指已被廣泛應(yīng)用的能源，如煤、石油、天然氣、水力等。4.能源危機與環(huán)境污染(1)近一百年，地球人口由16億增加到目前的50億，凈增了2倍多，而能源消耗據(jù)統(tǒng)計卻增加了16倍。按目前的消耗量，專家預(yù)測石油、天然氣最多只能維持半個世紀，煤炭尚可維持一二百年。(2)能源利用的過程也直接污染著地球環(huán)境溫室效應(yīng)：化石燃料燃燒放出的大量二氧化碳，使大氣中二氧化碳的含量大量增高，導(dǎo)致“溫室效應(yīng)”，造成地面溫度上升，兩極的冰雪融化，海平面上升，淹沒沿海地區(qū)等不良影響。酸雨污染：排放到大氣中的大量二氧化硫和氮氧化物等在降水過程中溶入雨水，使其形成酸雨，酸雨進入地表、江河，破壞土壤，影響農(nóng)作物生長，使生物死亡，破壞生態(tài)平衡。同時腐蝕建筑結(jié)構(gòu)、工業(yè)裝備、動力和通訊設(shè)備等，還直接危害人類健康。臭氧層的破壞：臭氧層的存在對吸收紫外線方面起著舉足輕重的作用，一旦臭氧層遭到破壞，對生物有害的紫外線會毫無遮攔地照射到地面上，會提高皮膚癌和白內(nèi)障的發(fā)病率，也會影響我們的免疫系統(tǒng)。同時對不同生態(tài)系統(tǒng)中生物的生長、發(fā)育、繁殖、分布和生物地球化學(xué)循環(huán)都會造成一系列危害。5.新能源的開發(fā)（1）新能源：指目前尚未被人類大規(guī)模利用而有待進一步研究、開發(fā)和利用的能源，如核能、太陽能、風能、地熱能、海洋能、氫能等。（2）無窮無盡的太陽能：板書設(shè)計：熱力學(xué)第二定律的微觀意義：1.有序和無序2.熱力學(xué)第二定律的微觀意義：3.熵增加原理能源和持續(xù)發(fā)展：1