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1、高三物理选修3-3第十章热力学定律第五节热力学第二定律的微观解释导学案【教学目标】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与无序程度的对应关系。3知道熵的概念，初步了解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。【教学重点】熵概念的建立和热力学第二定律的微观意义【教学难点】熵增加原理运用【自主学习】1有序和无序 （1）有序：只要确定了某种规则，符合这个规则的就叫做有序。（2）无序：不符合某种确定规则的称为无序。（3）有序和无序是 的。2宏观态和微观态（1）宏观态：符合某种规定、规则的
2、状态，叫做热力学系统的宏观态。 （2）微观态：在宏观状态下，符合另外的规定、规则的状态叫做这个宏观态的微观态。 （3）系统的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，同时也决定了宏观过程的方向性从有序到无序。 （4）自发的过程总是倾向于出现与较多微观态对应的宏观态，因此自发的过程总是从有序向着无序发展的。3热力学第二定律的微观意义一切自发过程总是沿着分子热运动的 的方向进行。4熵（1）系统的宏观状态所对应的微观态的多少表现为宏观态的无序程度，同时也决定了宏观过程的方向性。分析的结果归纳在以下表中。宏观态的名称
3、对应微观态的个数人们对宏观态的描述过程自发进行的方向甲较少比较有序甲乙乙较多比较无序（2）看起来，一个宏观状态对应的微观状态的多少是个很重要的物理量，它标志着这个宏观态的无序程度，从中还可以推知系统将朝什么方向变化。物理学中用字母表示一个宏观状态所对应的微观状态的数目。（3）一个与微观态数目相关的物理量，叫做熵，用字母S表示。玻耳兹曼在1877年提出了熵与微观态的数目的关系，即Sln，后来普朗克把它写成了等式Skln式中k叫做玻耳兹曼常量。（4）既然微观态的数目是分子运动无序性的一种量度，由于越大，熵S也越大，那么熵S自然也是系统内分子运动无序性的量度。（5）在引入熵之后，关于自然过程的方向性
4、就可以表述为：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小。这就是用熵的概念表示的热力学第二定律。为此，不少人也把热力学第二定律叫做熵增加原理。（6）由熵的定义可知，熵较大的宏观状态就是无序程度较大的宏观状态，也就是出现概率较大的宏观状态。在自然过程中熵总是增加的，其原因并非因为有序是不可能的，而是因为通向无序的渠道要比通向有序的渠道多得多。 把事情搞得乱糟糟的方式要比把事情做得整整齐的方式多得多。（7）热力学第二定律是一个统计规律：一个孤立的系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序度更大的方向发展。5热力学第三定律：不可能通过有限的过程把一
5、个物体冷却到绝对零度。【随堂练习】1关于有序和无序下列说法正确的是（ ）A有序和无序不是绝对的B一个“宏观态”可能对应着许多的“微观态”C一个“宏观态”对应着唯一的“微观态”D无序意味着各处一样、平均、没有差别2下列说法正确的是（ ）A与热现象有关的自发的宏观过程是有方向性的B与热现象有关的自发的宏观过程是熵增加的过程C气体扩散现象向着无序性增加的方向进行，是可逆过程D机械能转化为内能的过程是系统的熵增加的过程3倒一杯热水，然后加入适当的糖后，糖会全部溶于水中，但一段时间后又观察到杯底部有糖结晶，关于这个过程下列叙述正确的是（ ）A溶解过程是自发的，结晶过程也是自发的，因此热力学第二定律是错误
6、的B溶解过程是有序向无序转变的过程C结晶过程是有序向无序转变的过程D结晶过程不是自发的，因为有外界的影响4下列关于熵的说法错误的是（ ）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熵值越大代表着越无序5关于熵的下列说法中正确的是（ ）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6在一定温度下，发生变化的孤立体系，其总熵（ ）A不变 B可能增大或减小 C总是减小 D总
7、是增大7下面关于熵的说法正确的是（ ）A熵是物体内分子运动无序程度的量度B对孤立系统而言，一个自发的过程中熵总是向减少的方向进行C热力学第二定律的微观实质是：熵总是增加的D熵值越大，表明系统内分子运动越无序8下列关于热学知识的说法正确的是（ ）A在一个孤立系统中，一个自发过程中的熵总是向增加的方向进行B只要对内燃机不断进行革新，它可以把气体的内能全部转化为机械能C即使没有漏气、也没有摩擦等能量损失，内燃机也不能把内能全部转化为机械能D一切自发的过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行9电冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气，这说明了（ ）A热量能自发地从低温物体传
8、给高温物体B在一定条件下，热量可以从低温物体传给高温物体C热量的传导过程不具有方向性D在自发地条件下热量的传导过程具有方向性10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，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11一个密闭的容器内有稀薄气体，在容器上开一个小口，外部的空气就会流入容器，在气体流入过程中，容器内靠近开口处的空气密度暂时变得比内部大，以下说法正确的是（ ）A此
9、时容器内气体处于一个不平衡状态，是一个最无序的状态B外界的影响破坏了容器内气体的平衡C上面事实说明热力学第二定律只适用于封闭系统D对一个开放系统并不一定是最无序的分布12下列说法正确的是（ ）A热力学第二定律只在一定前提条件下才能成立B热力学第二定律揭示了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C能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性D热力学第二定律揭示了有大量分子参与宏观过程的方向性13从微观角度看（ ）A热力学第二定律是一个统计规律B一个孤立系统总是从熵大的状态向熵小的状态发展C一个宏观状态所对应的微观状态越多，越是无序，熵值越大D出现概率越大的宏观状态，
10、熵值越大14下列说法正确的是（ ）A与热现象有关的自发的宏观过程是有方向性的B与热现象有关的自发的宏观过程是熵增加的过程C气体扩散现象向着无序性增加的方向进行是可逆过程D机械能转化为内能的过程是系统的熵增加的过程15下列对热力学定律的理解正确的是（ ）A可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功B由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能C空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量D热量不可能由低温物体传给高温物体E如果物体从外界吸收了热量，则物体的内能可能减少16下列有关热现象的叙述中，正确的是（ ）A一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行B机械能转化为内能的实际宏观过程是不可逆过程C气体可以从单一热源吸收热量，全部用来对外做功D第二类永动机没有违反能量守恒定律，但违反了热力学第一定律E热量可以从低温物体传到高温物体，但是不可能不引起其它变化【教学反思】参考答案：【随堂练习】1ABD2ABD3BD4C5AD6D7ACD8ACD9BD10AD11BCD12BCD13ACD14ABD15ACE16BCE
