2020年高中物理《热力学第二定律的微观解释》的教案

高中物理热力学第二定律的微观解释教案热力学第二定律基于宏观事实，告诉我们热现象和热过程应该遵循的定律。本节将从微观角度解释为什么涉及热运动的宏观过程具有这样的方向性。1.理解有序和无序、宏观状态和微观状态的概念。2.理解热力学第二定律的微观意义。3.理解熵的概念，知道熵是反映系统无序程度的物理量。要知道熵随着条件的变化而变化。4.理解能量耗散和质量降低的概念。理解能量的使用实际上是一个能量转换和转移的过程。5.了解使用常规能源造成的环境污染。了解开发新能源的方法和意义。1.理解热力学第二定律的微观意义。2.理解熵的概念，知道熵是反映系统无序程度的物理量。3.理解能量耗散和质量降低的概念。学生已经掌握了热力学第二定律，但不知道它的微观解释。本节中的“有序”、“无序”和“熵”的概念不容易理解。热力学第二定律的微观解释是抽象的。“能源与可持续发展”简单易懂。思考，讨论，总结和演讲，多媒体。预习学习计划并阅读课本(一)预检，总结疑点(二)引入情景，展示目标(3)合作和调查、阐述和咨询1.秩序和混乱有序：只要确定了某个规则，那些遵守这个规则的人就被称为有序。无序：无序是指那些不符合某些规则的。无序意味着处处都是一样的，平均，没有区别，有序则相反。秩序和混乱是相对的。2.宏观和微观状态宏观状态：符合一定规则的状态，称为热力学系统的宏观状态。微观状态：在宏观状态下，符合其他规章制度的状态被称为这个宏观状态的微观状态。对应于系统宏观状态的微观状态有多少是由宏观状态的无序程度来表示的。如果有更多的“微观状态”对应于“宏观状态”，那么“宏观状态”是相对无序的，并且同时确定宏观过程从有序到无序的方向。3.热力学第二定律的微观意义所有的自然过程总是遵循分子热运动越来越无序的方向。4.熵是一个状态函数，就像系统的内能一样，由系统的状态决定。从分子运动理论的角度来看，熵是分子热运动无序(混沌)程度的一种定量度量。系统的熵随着系统状态的变化而变化。在自然过程中，系统的熵增加。在绝热过程或孤立系统中，熵增加，这被称为熵增加原理。对于其他情况，系统的熵可能增加或减少。从微观角度看，热力学第二定律是一个统计定律：孤立系统总是从小熵状态发展到大熵状态，大熵代表相对无序，所以自发的宏观过程总是朝着无序程度更高的方向发展。典型案例研究一个物体在粗糙的平面上滑动，最后停止。系统的熵是如何变化的？分析：由于物体因摩擦而停止运动，其动能成为系统的内能，增加了系统分子的不规则运动程度，使得不规则运动加剧，即系统的无序程度增加，因此系统的熵增加。友好提醒：本主题检查熵增加原理的理解和应用。1.能量耗散：系统内部能量流入周围环境，无法收集和利用内部能量。这种现象被称为能量耗散。2.质量退化：能量从一种高度有用的形式退化到一种不太有用的形式称为质量退化。在能源利用的过程中，高质量的能源总是最终被消耗掉(1)在过去100年中，地球人口从16亿增加到目前的50亿，净增2倍多，而据统计，能源消耗增加了16倍。根据目前的消费情况，专家预测石油和天然气最多只能使用半个世纪，而煤可以使用120年。(2)。能源利用过程也直接污染地球环境(1)温室效应：化石燃料燃烧释放出的大量二氧化碳大大增加了大气中的二氧化碳含量，导致“温室效应”，造成地温上升、两极冰雪融化、海平面上升、沿海地区被淹没等不利影响。(2)酸雨污染：排放到大气中的大量二氧化硫和氮氧化物在降水过程中溶入雨水，形成酸雨。酸雨进入地表和河流，破坏土壤，影响作物生长，造成生物死亡，破坏生态平衡。同时，它腐蚀建筑结构、工业设备、电力和通讯设备等。直接危害人体健康。(3)臭氧层破坏：臭氧层的存在在吸收紫外线方面起着重要作用。一旦臭氧层被破坏，有害的紫外线将毫无阻碍地暴露在地面上，这将增加皮肤癌和白内障的发病率，还将影响我们的免疫系统。同时，它也会对不同生态系统中生物的生长、发育、繁殖、分布和生物地球化学循环造成一系列危害。5.新能源的开发(1)。新能源：指尚未被人类大规模利用并需要进一步研究、开发和利用的能源，如核能、太阳能、风能、地热能、海洋能、氢能等。(2)。无限太阳能：热力学第二定律的微观意义；1.秩序和混乱2.热力学第二定律的微观意义：3.熵增原理能源和可持续发展：1.能量耗散：2.质量下降：3.能源：能源和环境是两个社会问题。通过本节的学习，学生可以了解这两个社会问题的原因，从而了解开发和利用清洁能源的价值，从而提高学生的科学观念和社会责任感。1.理解有序和无序、宏观状态和微观状态的概念。2.理解热力学第二定律的微观意义。3.理解熵的概念，知道熵随着条件的变化而变化。4.理解能量耗散和质量降低的概念。能源利用实际上是能源转化和转移的过程。5.了解使用常规能源造成的环境污染。第二，预览内容：热力学第二定律的微观解释：1.秩序和混乱勤务兵：无序：2.热力学第二定律的微观意义：3.熵是一个函数，也是系统的内能，它只由系统的状态决定。从分子运动理论的角度来看，熵是分子热运动无序(混沌)程度的一种定量度量。系统的熵随着系统状态的变化而变化。在自然过程中，系统的熵增加。熵增原理的内容：从微观角度看，热力学第二定律是一个统计定律：孤立系统总是从小熵状态发展到大熵状态，大熵代表相对无序，所以自发的宏观过程总是朝着无序程度更高的方向发展。(2)能源和可持续发展：1.能量耗散：2.质量退化：能量从一种高度有用的形式退化到一种不太有用的形式称为质量退化。在能量利用的过程中，高质量的能量最终总是转化为低质量的内能。3.能量：能量是指能够提供有用能量的物质，是现代社会生活的重要物质基础。常规能源：指已被广泛使用的能源，如煤、石油、天然气、水力等。课堂探究学习计划I .学习目标1.理解热力学第二定律的微观意义。理解熵的概念，并知道熵分析：由于物体因摩擦而停止运动，其动能成为系统的内能，增加了系统分子的不规则运动程度，使得不规则运动加剧，即系统的无序程度增加，因此系统的熵增加。例2。一个地方的平均风速为5米/秒，已知的空气密度为1.2公斤/立方米，有一个风车，它的叶片旋转时可以形成半径为12米的圆形表面。如果风车能把这个循环中10%气流的动能转化成电能，那么由风车驱动的发电机的功率是多少？分析：首先，在时间t作用在风车上的气流质量可以发现是m= R2 t ，这些气流的动能是m2；因此，转换后的电能是风车驱动发电机发电的动力代入数据后，P=3.4kW千瓦友好提醒：从能量守恒定律出发，关注能量转移的方向是解决这个问题的关键。例如，某个地方的平均风速为5米/秒，已知的空气密度为1.2公斤/立方米，有一个风车，它的叶片旋转时可以形成半径为12米的圆形表面。如果这个风车能把这个圈里10%气流的动能转化成电能，那么这个风车驱动的发电机的功率是多少？分析：首先，在时间t作用在风车上的气流质量可以发现是m= R2 t ，这些气流的动能是m2；因此，转换后的电能是风车驱动发电机发电的动力代入数据后，P=3.4kW千瓦友好提醒：从能量守恒定律出发，关注能量转移的方向是解决这个问题的关键。三、反思与总结四、课堂测试1.一定量的气体被压缩释放热量。它的熵是如何变化的？2.保持体积不变并冷却系统，熵是如何变化的？提高3.能源可分为一次能源和二次能源。大自然以现成的形式提供的能量称为一次能源。需要由其他能源间接产生的能量称为二次能源。氢气是一种高效无污染的二次能源，可从自然界中大量的水制备：2H2O=2H2 O2-517.6。以下陈述是正确的()A.电能是二次能源。C.天然气是一次能源课后实践与改进1、以下陈述是正确的()(1)不可能在不引起其他变化的情况下将热量从低温物体传递到高温物体(2)不可能从单个热源吸收热量，并在不引起其他变化的情况下将其全部用于工作(3)所谓“能量”是指能够提供可用能量的物质(4)能量耗散从能量转换的角度反映了自然界宏观过程的方向性A.2.传统能源的使用带来了