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4热力学第二定律5热力学第二定律的微观解释1．热传导的方向性热传导的过程可以向一个方向自发地进行(热量从高温物体自发地传给低温物体)；但向相反的方向不会自发地进行(热量不会自发地从低温物体传给高温物体)，只有借助外界的帮助才能进行。
①“自发地”过程就是在不受外来干扰的条件下进行的自然过程。
②热量可以自发地从高温物体传向低温物体，却不能自发地从低温物体传向高温物体。
③要将热量从低温物体传向高温物体，必须有“外界的影响或帮助"，就是要由外界对其做功才能完成。
电冰箱、空调就是例子。
【例1】两个温度不同的物体接触时，热量会自发地从高温物体传向低温物体,直到两者温度相等；一个温度处处相等的物体,不可能自发地变得一部分温度高、另一部分温度低。
怎样从分子热运动的角度解释热传递的方向性？解析：两个物体温度不同，分子热运动的平均动能不同，一个物体分子平均动能大，另一个物体分子平均动能小，总体来看,分子热运动的分布较为有序，能量适当集中，而热量由高温物体传到低温物体的过程中，能量变得分散和退降，分子热运动的分布较为无序。
由于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。
所以热传递是由高温物体传向低温物体的，即热传递具有方向性.答案：见解析点技巧：热现象的方向性自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。
无论是有生命的或是无生命的，所有的宏观自发过程都具有单向性，都有一定的方向性，都是不可逆过程。
如河水向下流，重物向下落，山岳被侵蚀，人的一生从婴儿到老年到死亡等.2．第二类永动机(1)定义：只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用的功而不引起其他变化的热机。
(2)第二类永动机不可能制成,因为尽管机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化成机械能而不引起其他变化.释疑点:第一类永动机和第二类永动机的比较它们都不可能制成，第一类永动机的设想违反了能量守恒定律;第二类永动机的设想虽不违反能量守恒定律，但违背了跟热现象相联系的宏观自然过程具有方向性的规律.【例2】我们绝不会看到：一个放在水平地面上的物体,靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来,其原因是(）A．违反了能量守恒定律B．在任何条件下内能不可能转化成机械能，只有机械能才能转化成内能C．机械能和内能的转化过程具有方向性，内能转化成机械能是有条件的D．以上说法均不正确解析:机械能和内能的相互转化必须通过做功来实现。
5热力学第二定律的微观解释学习目标：知识与技能：1、知道有序和无序，宏观态和微观态的概念2、知道熵的概念，知道熵是反映系统无序程度的物理量。
知道任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减少3、了解热力学第二定律的微观意义。
知道随着条件的变化，熵是变化的。
过程与方法：1、学会通过现象总结规律的科学方法2、知道熵的概念，知道任何自然过程中一个孤立系统的总熵不会减少情感态度和价值观：培养分析、归纳、综合能力重点：热力学第二定律的微观解释难点：熵的概念知识链接：1、热力学第一定律2、热力学第二定律的第一种表述：3、热力学第二定律的第二种表述：学习过程：1、举例说明什么是有序和无序。
无序意味着各处都一样，平均、没有差别，有序则相反。
有序和无序是相对的。
2、简述什么是宏观态和微观态。
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“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说这个“宏观态”是比较无序的，同时也决定了宏观过程的方向性——从有序到无序。
3、什么样的宏观态是比较无序的？4、阅读教材p64总结热力学第二定律的微观意义5、写出熵与微观态数目的定量关系6、写出熵增加原理熵和系统内能一样都是一个状态函数，仅由系统的状态决定。
从分子运动论的观点来看，熵是分子热运动无序(混乱)程度的定量量度。
一个系统的熵是随着系统状态的变化而变化的。
在自然过程中，系统的熵是增加的。
在绝热过程或孤立系统中，熵是增加的，叫做熵增加原理。
对于其它情况，系统的熵可能增加，也可能减小。
从微观的角度看，热力学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程度更大的方向发展。
例1 一个物体在粗糙的平面上滑动，最后停止。
系统的熵如何变化？解析：因为物体由于受到摩擦力而停止运动，其动能变为系统的内能，增加了系统分子无规则运动的程度，使得无规则运动加强，也就是系统的无序程度增加了，所以系统的熵增加。
高中物理选修3-3知识复习提纲：第十章热力学定律(人教版)高中物理选修3-3知识点总结：第十章热力学定律（人教版）冷热变化是最常见的一种物理现象，本章主要将的就是热力学的有关问题，其中热力学的第一和第二定律是比较重要得，对于能量守恒定律必须要深刻的理解。
考试的要求：Ⅰ、对所学知识要知道其含义，并能在有关的问题中识别并直接运用，相当于课程标准中的“了解”和“认识”。
Ⅱ、能够理解所学知识的确切含义以及和其他知识的联系，能够解释，在实际问题的分析、综合、推理、和判断等过程中加以运用，相当于课程标准的“理解”，“应用”。
要求Ⅰ：热力学第一定律、能量守恒定律、热力学第二定律、热力学第二定律的微观结构等内容。
要求Ⅱ：这一章这项要求考察比较少。
知识网络：内容详解：一、功、热与内能●绝热过程：不从外界吸热，也不向外界传热的热力学过程称为绝热过程。
●内能：内能是物体或若干物体构成的系统内部一切微观粒子的一切运动形式所具有的能量的总和，用字母U表示。
●热传递：两个温度不同的物体相互接触时温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，这个过程称之为热传递。
●热传递的方式：热传导、对流热、热辐射。
二、热力学第一定律、第二定律●第一定律表述：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所作的功的和。
表达式uWQ符号+-W外界对系统做功系统对外界做功Q系统从外界吸热系统向外界放热u系统内能增加系统内能减少●第二定律的表述：一种表述：热量不能自发的从低温物体传到高温物体。
另一种表述：（开尔文表述）不可能从单一热库吸收热量，将其全部用来转化成功，而不引起其他的影响。
●应用热力学第一定律解题的思路与步骤：一、明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统。
二、别列出物体或系统(吸收或放出的热量)外界对物体或系统。
三、据热力学第一定律列出方程进行求解，应用热力学第一定律计算时，要依照符号法则代入数据，对结果的正负也同样依照规则来解释其意义。
第5、6节热力学第二定律的微观解释能源和可持续发展1.热力学第二定律的微观意义：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。
2．热力学第二定律可叫做熵增加原理：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小。
3．能量耗散虽然不会导致能量总量的减少，却会导致能量品质的降低，实际上是将能量从高度有用的高品质形式降低为不大可用的低品质形式。
一、热力学第二定律的微观解释1．有序、无序一个系统的个体按确定的某种规则，有顺序地排列即有序；个体分布没有确定的要求，“怎样分布都可以”即无序。
2．宏观态、微观态系统的宏观状态即宏观态，系统内个体的不同分布状态即微观态。
3．热力学第二定律的微观意义一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。
4．熵及熵增加原理(1)熵：表达式S＝k ln Ω，k叫做玻耳兹曼常量，Ω表示一个宏观状态所对应的微观状态的数目。
S表示系统内分子运动无序性的量度，称为熵。
(2)熵增加原理：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小。
二、能源和可持续发展1．能量耗散和品质降低(1)能量耗散：有序度较高(集中度较高)的能量转化为内能，成为更加分散因而也是无序度更大的能量，分散到环境中无法重新收集起来加以利用的现象。
(2)各种形式的能量向内能转化方向是无序程度较小的状态向无序程度较大的状态的转化，是能自动发生、全额发生的。
(3)能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的自发变化过程具有方向性。
(4)能量耗散虽然不会导致能量总量的减少，却会导致能量品质的降低，实际上是将能量从高度有用的高品质形式降级为不大可用的低品质形式。
2．能源和环境1．自主思考——判一判(1)熵越小，系统对应的微观态就越少。
(√)(2)在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会增加。
(×)(3)大量分子无规则的热运动能够自动变为有序运动。
(×)(4)能量耗散会导致总能量的减少，也会导致能量品质的降低。
选修3-3教材全解第七章分子运动论章首语：……古希腊学者德谟克列特认为这是由于花的原子飘到了人们的鼻子里。
他认为“只有原子和虚空是真实的。
〞古人的原子论只是属于思辨的范畴，无法得到实验验证。
随着……渗透科学方法的教育。
中国古代的学者……第1节物体是由大量分子组成的P2实验：用油膜法估测分子的大小分成了三个小问题，效果就不一样：1. 怎样估算油酸分子的大小？……2. 如何获得很小的1滴油酸？怎样测量它的体积？……3. 如何测量油膜的面积？……这样……就可以算出油酸分子的尺寸。
提出问题有助于鼓励学生独立思考，思维有条理，搭台阶。
第2节分子的热运动P7布朗运动的解释：统计起伏。
不必讲给学生提这个术语，但可举例。
P7说一说：图7.2-5是法国物理学家佩兰〔J. B. Perrin〕在1908年研究布朗运动时对三个运动微粒位置变化的真实记录。
根据这个实验事实，你能不能否定布朗运动是由外界因素〔例如振动、对流等〕引起的说法？这是个科学探究：已经提出了问题，有人做出了猜想与假设，需要学生进行分析和论证〔最终要否定〕。
不一定相同的答案，有道理就行。
第3节分子间的作用力图7.2-5与原来的教材相比，内容相同，但台阶很细：请在图7.3-2中作出一个分子所受另一个分子的斥力与引力的合力随分子间距离r变化的图象。
例如，当r＝OP时，这个分子所受斥力的大小可以用线段PC的长度表示，所受引力的大小用PD的长度表示。
从C向下作CQ＝PD，于是线段PQ的长度就代表了合力F的大小：F＝F斥－F引。
图7.3-2图7.5-1分子间的作用力与距离的关系再作出r取其他大约10个值时代表合力的点，连成平滑曲线。
这条曲线将在第5节用到，因此作图时要尽可能准确。
讨论这条曲线的含义。
第4节温度和温标本节思路系统、状态参量↓平衡态〔指一个系统的状态〕〔各宏观部分之间没有能流、粒子流――力学、热学、化学〕↓热平衡〔指两个系统间的关系〕〔状态参量不变〕↓共同的某个热学物理量――称为温度〔气体共同的力学量――压强、导体共同的电学量――电势……〕“平衡态〞、“热平衡〞、“温度〞都不追求严格的定义P13热力学温标只要求会换算：T = t +273.15 K国家标准：表示温度差时“K〞与“℃〞通用第5节内能P16图7.5-1的目的：原来习惯于通过力了解运动趋势还要习惯于通过势能了解运动趋势思考与讨论假定两个分子的距离为无穷远时它们的分子势能为零。
第三章热力学定律1．功、热和内能的改变................................................................................................ - 1 -2. 热力学第一定律....................................................................................................... - 10 -3. 能量守恒定律........................................................................................................... - 10 -4. 热力学第二定律....................................................................................................... - 18 -章末复习提高................................................................................................................ - 28 -1．功、热和内能的改变一、功和内能1．焦耳的实验(1)绝热过程：系统只由于外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热。
(2)代表性实验①重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升；②通过电流的热效应给水加热。
(3)实验结论：要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的数量只由过程始末两个状态决定，而与做功的方式无关。
2．功和内能(1)内能：任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统自身状态的物理量，这个物理量在两个状态间的差别与外界在绝热过程中对系统所做的功相联系。
第五节热力学第二定律的微观解释
一、教学目标
1、了解有序和无序是相对的。
2、知道宏观态与微观态，知道宏观态对应的微观态的数目与无序程度的对应关系。
3、知道熵的概念，初步了解熵是描述系统无序程度的物理量。
了解熵增加原理，知道它是热力学第二定律的另一种表述。
4、能用熵增加原理解释生活中的一些现象。
二、教学重点与难点
对热力学第二定律的微观解释是本节的重点，对熵的概念的学习以及熵增加原理的内容和运用是本节的难点。
三、教学方法与建议
阅读法、实例分析法
四、学情分析
这一节的概念挺多的，从无序到有序，从宏观态到微观态，从熵的概念到熵增加原理，要想使学生在一节内容中接受这些概念而不相互混淆的话，教师需要通过适当的举例，分层次地将难懂的物理知识与学生的生活经验结合起来，以帮助学生完成本节课的学习。
五、教学过程
（一）复习引入
[问题]热力学第二定律的两种表述分别是什么？
学生：给出热力学第二定律的克劳休斯表述与开尔文表述，并说明它们是分别从热传递过程的方向性和机械能与内能转化过程的方向性表述的。
教师：热力学定律是以宏观事实为基础的，它告诉我们热学现象、热学过程遵循什么规律。
但是，通过前面几章的学习我们已经知道，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）新课学习
1、几个基本概念
让学生阅读课本P63对应内容，归纳以下概念：
（1）有序和无序
有序：只要确定了某种规则，符合这个规则的就叫做有序。
无序：不符合某种确定规则的称为无序。
（2）宏观态和微观态
宏观态：符合某种规定、规则的状态，叫做热力学系统的宏观态。
微观态：在宏观状态下，符合另外的规定、规则的状态叫做这个宏观态的微观态。
教师补充：
（1）无序意味着各处都一样，平均、没有差别，有序则相反。
（2）有序和无序是相对的。
（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
“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说这个“宏观态”是比较无序的，同时也决定了宏观过程的方向性——从有序到无序。
2、热力学第二定律的微观意义
（1）气体向真空的扩散 一个被隔板分为A 、B 相等两部分的容器，装有4个涂以不同颜色分子。
开始时，4个分子都在A 部，抽出隔板后分子将向B 部扩散并在整个容器内无规则运动。
隔板被抽出后，4分子在容器中可能的分布情形如下图所示：
左边一列的各种分布仅指出A 、B 两边各有几个分子，代表的是系统可能的宏观态。
中间各列是详细的分布，具体指明了这个或那个分子各处于A 或B 哪一边，代表的是系统的任意一个微观态。
4个分子在容器中的分布对应5种宏观态。
一种宏观态对应若干种微观态。
不同的宏观态对应的微观态数不同。
均匀分布对应的微观态数最多。
全部退回A 边仅对应一种微观态。
（2）结论
我们所说的有序状态，指的是对应着较少微观态的那样的宏观态。
自发的过程总是倾向于出现与较多微观态对应的宏观态，因此，自发的过程总是从有序向着无序发展的。
（3）热力学第二定律的微观意义
综上分析可知：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。
3、熵
阅读课本对应内容，了解以下知识：
（1）为了便于理论上处理，物理学家们用一个新的状态函数——熵 S 来表示系统无序性的大小。
玻耳兹曼在1877年定义熵与热力学概率之间的关系为： S =k ln
分布 详细分布 （微观态）
其中k为玻耳兹曼常量，上式称为玻耳兹曼关系式或玻耳兹曼熵公式。
（2）用熵S代替热力学概率后，热力学第二定律可以表述为：在孤立系统中进行的自发过程总是沿着熵增加的方向进行，它是不可逆的，平衡态相应于熵最大值的状态。
热力学第二定律的这一表述称为熵增加原理。
（3）关于熵的一些知识介绍
“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。
卡农、乔治·梅特勒的大爆炸学说也认为，宇宙是以有序的状态开始，不断地向无序状态发展，它与热力学第二定律是相符的。
热力学第一定律说明能量是守恒的、不灭的，只能从一种形式转变到另一种形式；热力学第二定律（熵定律）却表明：能量不可逆转地沿着一个方向转化，即从对人类来说是可利用的变为不可利用的状态。
•有效能量告罄时，是“热寂”──死寂的热平衡状态。
•有效物质耗尽时，是一片“物质混乱”──整个宇宙的大混乱和大混沌。
•古罗马诗人贺拉斯说：“时间磨灭了世界的价值！”可谓一语道破了熵定律的真谛。
•物理学家们认为，熵定律是物质世界的最终定律，人类参与的每一项物质活动都受到热力学第一、第二定律的严密制约；但是，他们又认为熵定律只涉及物质世界，只控制时空的横向世界，人类的精神世界并不受熵定律的专制统治！
•所以，生命的现象是宇宙洪流中的一股逆流！
•人类精神的无限发展，是不可抗拒的熵增大长河中的一条逆流之舟！
[例题] 一个物体在粗糙的平面上滑动，最后停止。
系统的熵如何变化？
解析：因为物体由于受到摩擦力而停止运动，其动能变为系统的内能，增加了系统分子无规则运动的程度，使得无规则运动加强，也就是系统的无序程度增加了，所以系统的熵增加。
（三）课堂总结
教师和学生一起总结本节课所学内容。
（四）课后作业
完成课后P67“问题与思考”，第1题书面作业，第2题课后思考。
