1、热力学第二定律的微观解释 教案 【教学目标】 1.了解有序和无序，宏观态和微观态的概念。 2.了解热力学第二定律的微观意义。 3.了解熵的概念，知道熵是反映系统无序程度的物理量。 4.知道随着条件的变化，熵是变化的。 【教学过程】 一、复习回顾 热力学第二定律：宏观的自然过程都具有方向性。 实例： 为什么宏观自然过程都具有方向性？ 二、讲授新课 （一）.有序和无序 1.有序： 。 2.无序： 。 3.无序意味着各处都 。 对比 1 对比 2 4.有序和无序是 。 （二）.宏观态和微观态 1.宏观态： 。 2.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
2、“宏观态”对应的“微观态”比较 ，就说这个“宏观态” 是比较 。 【实例探究】 一箱子被挡板分成左右两室，4 个气体分子都在左室，撤去挡板后气体将 在整个容器内无规则运动。分析挡板撤去后，4 个分子在容器中可能的分布情 形。 D A C B 每一种情形出现的概率各是多少？ 【得出结论】 （三） 热力学第二定律的微观意义： 。 （四）.熵 1公式： 。 2公式中每个物理量的物理意义： ，k 。 3.熵是 的量度。 4.熵增加原理： 。 【巩固练习】 1. 下列说法正确的是 （ ） A熵较大的宏观状态就是无序程度较大的宏观状态 B熵较大的宏观状态就是无序程度较小的宏观状态 C熵较大的宏观状态就是出
3、现概率较大的宏观状态 D任何过程中，系统的熵一定是增加的 2. 关于熵增加原理，下列说法正确的是 （ ） A熵增加原理适用于任何系统 B熵增加原理只适用于孤立系统 C熵增加原理适用于一切过程 D熵增加原理只适用于自然过程 （五） 熵与生活 事例 1：紫金山拯救虎凤蝶行动：活动本身使熵增加，但最终的目的是为了唤 醒人们的环保意识，最终不扔，从更大的范围减缓熵的增加。 升华：以导致熵增加的活动达到减缓熵增加的目的，多美妙的辩证法！ 拓展：何谓武功！止戈为武。修武的最高境界是阻止武力行为。还是辩证法！ 事例 2：生命，是一个奇迹。 生命的进化，婴儿的生长发育，总是使自身变得更加有序，即熵是不断减少的
4、。 因为生命体是一个开放系统，一方面，新陈代谢使有机物分解、生命体衰老， 物质结构从有序变为无序，熵增加；另一方面生命体从外界摄入食物、水，在 体内进行各种生命物质的合成，物质结构从无序变为有序，熵减小；青少年期， 总体熵减小，老年期总体熵增加； 如薛定谔所说，生命通过从外界摄取负熵为生。 医学：研究与临床试验表明，老年人不断学习新鲜事物可以有效减小老年痴呆 症的发生几率，很多知识分子到八、九十岁依然能保持敏锐的洞察力和强大的 思维力。 信息论：信息是负熵，系统有效的获取信息就能使自己的组织性更强，效率更 高。信息量（bit）的计算公式与熵的定义式非常相似，它们的单位相同。 在 64 个数中选
5、中一个数所需的信息量（回答“是” 、 “否”的最少次数）为 而一个数所包含的信息量为 熵的定义式为 可见，信息是一种负熵。 信息的掌握，是信息社会中成功的关键。 政治、历史：熵的减少使系统（团队）生命力旺盛，最开放的系统是最有活力 的。古罗马帝国的皇帝一旦国内发生政治危机，其首选政策不是政治改革，而 是对外发动战争.虽然对于全人类而言是灾难，但是对于罗马帝国这个系统而言 往往能化解危机，因为一旦战争胜利，领土、财富、奴隶、贸易就会滚滚而来， 这些都是帝国的负熵，是保持帝国生命力所必须的。 纵观中国历史，汉唐兴盛于开放，明清衰败于封闭。封闭必然导致腐败，因为 封闭必然导致形成相对稳固的利益集团，任人唯亲、物以类聚是这类腐败集团 的最大特征，这样才能维持集团利益的最大化和永恒化，同时也使集团成为一 个日益封闭的系统，集团的活力不断下降，管理和控制国家的能力极大弱化。 社会：官员岗位轮换制度、公务员的考试录取制度都是为了不断注入新鲜血液 已保持机体的生命力。 文化：由于闭关锁国，几乎没有与外界的文化、科技、思想的交流，社会生产 力停滞不前，这样的国家极易受到外来强权的冲击和先进文化的入侵。外来的 强权早已被我们赶出去，外来文化的统治力却相当长的时间才能消除。
