人教版選修(1-2)《有序無序和熵》教案

1、最新人教版選 修（ 1-2 ）有序 無序和 熵教案 有序 、 無序和熵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。4. 知道隨著條件的變化 , 熵是變化的 。誘思導(dǎo)學(xué)1. 有序和無序有序 ： 只要確定了某種規(guī)則 , 符合這個(gè)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(duì)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

2、的狀態(tài)叫做這個(gè)宏觀態(tài)的微觀態(tài)。系統(tǒng)的宏觀態(tài)所對(duì)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(gè) " 宏觀態(tài) "對(duì)應(yīng)的 " 微觀態(tài) " 比較多 , 就說這個(gè) " 宏觀態(tài) " 是比較無序的 , 同時(shí)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(yùn)動(dòng)的無序性增大的方向進(jìn)行。4. 熵和系統(tǒng)內(nèi)能一樣都是一個(gè)狀態(tài)函數(shù), 僅由系統(tǒng)的狀態(tài)決定。 從分子運(yùn)動(dòng)論的觀點(diǎn)來看熵是分子熱運(yùn)動(dòng)無序（ 混亂 ） 程度的定量量度。一個(gè)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

3、。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(duì)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(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律 ： 一個(gè)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 1 一個(gè)物體在粗糙的平面上滑動(dòng), 最后停止 。 系統(tǒng)的熵如何變化 ？解析 ： 因?yàn)槲矬w由于受到摩擦力而停止運(yùn)動(dòng), 其動(dòng)能變?yōu)橄到y(tǒng)的內(nèi)能, 增加了系統(tǒng)分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的程度, 使得無規(guī)則運(yùn)動(dòng)加強(qiáng) , 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(duì)熵增加原理的理解和應(yīng)用

4、 。課后問題與練習(xí)點(diǎn)擊：1. 解析：全是舌t的,對(duì)應(yīng)的彳觀態(tài)1個(gè)，宏觀態(tài)出現(xiàn)的概率是1/32 ;全是咸的,對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)1個(gè),宏觀態(tài)出現(xiàn)的概率是1/32 ；甜4咸，對(duì)應(yīng)的彳觀態(tài)5個(gè),宏觀態(tài)出現(xiàn)的概率是5/32 ;甜1咸，對(duì)應(yīng)的彳觀態(tài)5個(gè),宏觀態(tài)出現(xiàn)的概率是 5/32 ; 0 甜3咸, 對(duì)應(yīng)的彳觀態(tài)10個(gè)，宏觀態(tài)出現(xiàn)的概率是10/32 ;3甜2咸，對(duì)應(yīng)的彳觀態(tài)10個(gè)，宏觀態(tài)出現(xiàn)的概率是10/32 ；2. 解析 ： (1) 概率(2) 概率(3) 概率(4) 無序性增大了 3. 略基礎(chǔ)訓(xùn)練1. 一定質(zhì)量的氣體被壓縮, 從而放出熱量, 其熵怎樣變化 ？2. 保持體積不變, 將一個(gè)系統(tǒng)冷卻, 熵怎樣變化

5、 ？多維鏈接1. 熵與熵增加原理" 熵" 是什么 ？ " 熵" 是德國物理學(xué)家克勞修斯在 1850 年創(chuàng)造的一個(gè)術(shù)語 , 他用熵來表示任何一種能量在空間分布的均勻程度。 能量分布得越均勻 , 熵就越大 。 如果對(duì)于我們所考慮的那個(gè)系統(tǒng)來說 , 能量完全均勻地分布, 那么這個(gè)系統(tǒng)的熵就達(dá)到最大值。 簡單的說 ," 熵" 就是微觀粒子的無序程度、 能量差別的消除程度。在克勞修斯看來, 在一個(gè)封閉的系統(tǒng)中 , 運(yùn)動(dòng)總是從有序到無序發(fā)展的 。 比如 , 把一塊冰糖放入水中 , 結(jié)果整杯水都甜了 。 這就是說 , 糖分子的運(yùn)動(dòng)擴(kuò)展到了整杯水中

6、, 它們的運(yùn)動(dòng)變得更加無序了 。 對(duì)于一個(gè)封閉的系統(tǒng), 能量差也總是傾向于消除的 。 比如 , 有水位差的兩個(gè)水庫, 如果把它們連接起來, 那么 , 重力就會(huì)使一個(gè)水庫的水面降低, 而使另一個(gè)水庫的水面升高, 直到兩個(gè)水庫的水面均等, 勢能取平為止。克勞修斯總結(jié)說 , 自然界中的一個(gè)普遍規(guī)律是： 運(yùn)動(dòng)總是從有序到無序, 能量的差異總是傾向變成均等, 也即 " 熵將隨著時(shí)間而增大" 。2. 宇宙熱寂說克勞修斯把他的熵增加原理應(yīng)用到無限的宇宙中去, 得出了 " 宇宙熱寂說 " 。" 宇宙熱寂說" 主要有以下幾個(gè)結(jié)論： 第一 , 宇宙的離散

7、度不斷增加。 第二 , 所有的機(jī)械運(yùn)動(dòng)都轉(zhuǎn)化為熱運(yùn)動(dòng)。 第三 , 熱量停止傳遞 。 最后我們可以設(shè)想出這么一個(gè)宇宙的圖景： 宇宙的有效生命將停止。 能量還保存著, 但已失去一切活動(dòng)的能力 , 它無力再使宇宙運(yùn)動(dòng) , 正如一潭死水不能使水車轉(zhuǎn)動(dòng)起來一樣, 我們將處在一個(gè)死寂的 、 熱的宇宙中 。但宇宙真會(huì)熱寂嗎 ？ 首先 , 熱力學(xué)試驗(yàn)成果是以有限的 、 孤立封閉的系統(tǒng)為研究對(duì)象的 。 以有限的范圍 、 有限的事件得出的規(guī)律能否推廣到全宇宙呢 ？ 其次 , 自然界的規(guī)律是否同樣適用于高級(jí)的生命運(yùn)動(dòng)呢 ？ 第三 , 黑洞理論指出 , 宇宙的離散度并非不斷增加。 宇宙中存在的黑洞在不斷地吸引物質(zhì)。

8、所以說 , 克勞修斯的 " 宇宙熱寂說" 僅僅是一種形而上學(xué)的自然觀, 我們不必杞人憂天地?fù)?dān)心宇宙會(huì)進(jìn)入 " 熱寂 " 。3. 大爆炸理論大爆炸宇宙理論認(rèn)為 , 宇宙的演化是從物質(zhì)分布為均勻的狀態(tài)演化到非均勻狀態(tài)。 宇宙膨脹是引力理論的一個(gè)結(jié)果, 在宇宙范圍內(nèi) , 引力是主導(dǎo)的 , 引力系統(tǒng)的熱力學(xué)與無引力的熱力學(xué)會(huì)導(dǎo)致十分不同的結(jié)論。 比如 , 原來密度均勻的物質(zhì)由于漲落可產(chǎn)生密度差, 在引力占主導(dǎo)的條件下 , 高密度區(qū)域會(huì)吸引更多的物質(zhì)而使密度變得更高, 更多的物質(zhì)會(huì)逃離低密度區(qū)而使密度變得更低 。 各種星體就是通過這種非均勻化過程聚集而成的 。 經(jīng)典熱力學(xué)的結(jié)論是不考慮