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。