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2019-2020年高中物理 10.5熱力學第二定律的微觀解釋教案 新人教版選修3-3 一、教材分析 熱力學第二定律以宏觀事實為基礎，告訴我們熱學現象和熱學過程應該遵循的規(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。 二、教學目標 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降低的概念。.理解能源的利用實際上是能量的轉化和轉移過程。 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。 三、教學重難點 1.了解熱力學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降低的概念。 四、學情分析 學生掌握了熱力學第二定律，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。熱力學第二定律的微觀解釋較抽象?！澳茉春涂沙掷m(xù)發(fā)展”內容簡單，易于掌握。 五、教學方法 思考、討論、總結發(fā)言，多媒體。 六、課前準備 預習學案 閱讀課本 七、課時安排 1課時 八、教學過程 （一）預習檢查、總結疑惑 （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)所對應的微觀態(tài)的多少表現為宏觀態(tài)無序程度的大小。如果一個“宏觀態(tài)”對應的“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)內能一樣都是一個狀態(tài)函數，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用。 1.能量耗散：系統(tǒng)的內能流散到周圍環(huán)境中，沒有辦法把這些內能收集起來加以利用，這種現象叫做能量耗散。 2.品質降低：能量從高度有用的形式降級為不大可用的形式叫品質降低。 能量在利用過程中，總是由高品質的能量最終轉化為低品質的內能。 3.能源：能源是指能夠提供可利用能量的物質，它是現代社會生活的重要物質基礎。 常規(guī)能源：指已被廣泛應用的能源，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，而能源消耗據統(tǒng)計卻增加了16倍。按目前的消耗量，專家預測石油、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 ①溫室效應：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，導致“溫室效應”，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。 ②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，影響農作物生長，使生物死亡，破壞生態(tài)平衡。同時腐蝕建筑結構、工業(yè)裝備、動力和通訊設備等，還直接危害人類健康。 ③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： 九、板書設計： 熱力學第二定律的微觀意義： 1.有序和無序 2.熱力學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.能量耗散： 2.品質降低： 3.能源： 十、教學反思 能源和環(huán)境是社會關注的兩個問題。通過本節(jié)的學習，是學生理解這兩個社會問題產生的原因，使學生理解開發(fā)利用清潔能源的價值，讓學生提高科學觀念，提高社會責任感。