高二物理人教版选修3-3 10.5热力学第二定律的微观解释

热力学第二定律的微观解释 重/难点 重点：热力学第二定律的微观意义。 难点：对熵和熵增加原理的理解。 重/难点分析 重点分析：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。这就是热力学第二定律的微观意义。 难点分析：引入熵后，关于自然过程的方向性就可以表述为：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小。从微观角度看，热力学的第二定律是一个统计规律。一个孤立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。因此，热力学第二定律又叫做熵增加原理。 突破策略 （一）引入新课 教师：（复习提问）用投影片出示下列问题 1．什么是热传导的方向性？ 2．机械能和内能之间相互转化的方向性指的是什么？ 3．什么是第二类永动机？为什么第二类永动机不可能制成？ 4．热力学第二定律的两种表述方式是什么？ 学生思考回答后，教师指出：系统的宏观表现源于组成系统的微观粒子的统计规律。本节课就要从微观的角度说明为什么涉及热运动的宏观过程会有一定的方向性。 （二）进行新课 1．有序和无序 宏观态与微观态 教师：先引导学生阅读教材有关内容，以“扑克牌”为例，体会“有序”和“无序”的含义，从而进一步体会“宏观态”和“微观态”的含义。 教师：（讲解） 当我们以系统的分子数分布而不区分具体的分子来描写的系统状态叫热力学系统的宏观态；如果使用分子数分布并且区分具体的分子来描写的系统状态叫热力学系统的微观态。 在热力学系统中，由于存在大量粒子的无规则热运动，任一时刻各个粒子处于何种运动状态完全是偶然的，而且又都随时间无规则地变化。系统中各个粒子运动状态的每一种分布，都代表系统的一个微观态，系统的微观态的数目是大量的，在任意时刻系统随机地处于其中任意一个微观态。 下面我们以上图所示的情况为例来进一步加以说明。假设容器中体积相等的A、B两室内具有a、b、c、d一共4个全同的分子，它们在A、B两室内的分布情况共有16种方式。具体分布如下： （0，4）（0，abcd） （ l，3）［（a，bcd），（b，acd），（c，abd），（d，abc）］ （2，2）［（ab，cd），（ac，bd），（ad，bc），（bc，ad），（bd，ac），（cd，ab）］ （3，l）［（bcd，a），（acd，b），（abd，c），（abc，d）］ （4，0）（ab