五、有序、无序和熵板书设计及意图

人教版选修1-2第二章

第五节

有序、无序和熵

教学设计

江西省瑞昌市第一中学

谭向阳

2018年8月

教学目标

1.知识与能力

知道在涉及热现象的宏观过程中的能量耗散与退化现象

了解熵以及熵增加原理的物理意义

2.过程与方法

能用热力学第二定律和熵增加原理解释现象

了解热力学温度

3.情感态度与价值观

能用熵增加原理解释身边一些简单的现象。

培养热爱生活的情趣

教学重难点

重点:熵及熵增加原理的物理意义

难点:利用熵增加原理解释一些简单的物理现象

教学过程

师生共同回顾:热力学第二定律

热力学第二定律常见的两种表述：

（1）按热传递的方向性来表述：不可能使热量从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化．（克劳修斯表述）

（2）按机械能与内能转化过程的方向性来表述：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化．（开尔文表述）

问题的提出：热力学第二定律的表述方法是多种多样的，能否找出一个物理量概括所有不可逆过程的共同本质？

新课教学

1.能量的耗散与退化

引入:自然界中的种种变化，能量的总值虽然不变，但是能量可被利用的价值却是越来越小，即能量的品质在逐渐降级。

介绍开尔文：（1824-1907）毕业于剑桥大学,聘为格拉斯哥大学自然哲学教授长达50年，曾任法国科学院院士，英国皇家学会会长

提问：请以内燃机为例，分析能量耗散与退化的过程。

内燃机能量耗散与退化的示意图

师生共同小结：当我们使用地球上的能源时，并不会减少地球上的能量，而是将能量中高度有用的能量形式降低为不大可用的能量形式。

2﹑绝对零度不可能达到

知识点:宇宙中存在着温度的下限——－273.15℃，以这个下限为起点的温度叫做绝对温度，用T表示，单位是开尔文，符号是K.绝对温度T和摄氏温度t之间的换算关系是T=t+273.15K 对大量事实分析表明：不可能通过有限的过程把物体冷却到热力学零度。这个结论为热力学第三定律. 尽管热力学零度不可能达到，但是只要温度不是绝对零度就有可能降低.因此，热力学第三定律不阻止人们想办法尽可能地接近绝对零度。

科普知识：下表是一些实际温度值

氢弹爆炸中心

实验室获得的最高温度

太阳

中心

地球中心

108 K

6×107 K

1.5×107 K

4×103 K

地球上出现最高温度（利

331 K（58℃）比亚）

地球上出现最低温度（南

185 K（-88℃）极）

星际空间

实验室获得的最低温度

2.7 K

2.4×10-11K

3.熵增加原理

名词解释

熵增加原理:我们知道，热力学第二定律有许多表述形式，因此我们也可以将它表述为任何孤立的系统，它的总熵永远不会减少。即自然界的一切自发过程，总是朝着熵增加的方向进行的，这个就是熵增加原理。

孤立系统：

与外界没有物质交换、热交换，与外界也没有力的相互作用、电磁作用的系统。排除了外界的影响，强调了过程的自发性。

熵：表示孤立系统内能量的耗散和退化程度。一

个系统的熵越大，就越接近平衡状态，就越不易转化。熵字本身就是“转变含量”的意思，常用S表示。

可爱的熵

物理学中有个熵定律，也就是著名的热力学第二定律。“熵”的名称是由德国物理学家道尔夫·克劳修斯于1868年造出来的，它代表着宇宙中不能再被转化做功的能量的总和的测定单位，即熵的增加表示宇宙物质的日益混乱和无序，是无效能量的总和。熵本身既不是好事，也不是坏事；它意味着腐败和混乱，但它同时也意味着生命本身的展开──不论是有机的，还是无机的生命。

4.

有序向无序的转化

请同学们观看下两组图片，说一说什么是有序和无序。

（说明：这张两组片是位于日本东北部的气仙沼，上下分别是2011年3月28日和2012年2月23日。）

教师演示：（1）纸牌同一花色按顺序排列，与杂乱排列的区别。

（2）观察墨水在清水扩散过程。

学生举例说明：有序向无序的转化

（1）热传递:温度的“不均匀”→

“均匀”

（2）气体膨胀:气体分子密集程度的“不均匀”→

“均匀”

师生共同小结：“不均匀”——有序

“均匀”——无序

孤立的系统自发的过程总是从有序到无序的。

课堂小结及板书

1.能量的消耗与退化

将能量中高度有用的能量形式降低为不大可用的能量形式

2. 绝对零度不能达到

热力学第三定律：绝对零度不能达到

3. 熵增加原理

一个系统的熵越大，就越接近平衡状态，就越不易转化

4.有序向无序的转化

系统自发的过程总是从有序到无序的。

课堂练习

1.其他形式的能转化为内能使得能量品质降低

2.当我们使用地球上的能源时，并不会减少地球上的能量，而是将能量中

高度有用的能量形式降低为

不大可用的能量形式.

3.绝对零度指的是－273.15℃

，实验室能否达到这个温度？不能

4.根据熵增加原理，自然界的一切自发过程，总是朝着熵增加

的方向进行。而熵是描述系统无序程度的物理量，熵越大，无序

程度就越大。

。