2024-2025学年高中物理 第十章 热力学定律 5 热力学第二定律的微观解释（2）教学实录 新人教版选修3-3

2024-2025学年高中物理第十章热力学定律5热力学第二定律的微观解释（2）教学实录新人教版选修3-3学校授课教师课时授课班级授课地点教具教学内容2024-2025学年高中物理第十章热力学定律5热力学第二定律的微观解释（2）教学实录新人教版选修3-3

1.热力学第二定律的微观解释：通过分子运动论，阐述热力学第二定律的微观意义，包括熵的概念、熵增原理等。

2.熵与热力学第二定律的关系：分析熵与热力学第二定律之间的联系，探讨熵增原理在热力学过程中的体现。

3.熵与能量转换：研究熵与能量转换的关系，探讨熵增原理在能量转换过程中的作用。

4.熵与实际应用：结合实际应用，如热机效率、制冷技术等，讲解熵增原理在现实生活中的应用。核心素养目标分析培养学生科学探究能力，通过实验和理论分析，理解熵的概念和热力学第二定律的微观解释；提升科学思维能力，运用分子运动论分析能量转换和熵变；增强科学态度与责任，认识到热力学第二定律在能量利用和环境保护中的重要性；培养科学精神，对科学真理的追求和科学方法的严谨性有更深的认识。教学难点与重点1.教学重点，

①理解熵的概念及其在热力学过程中的作用，包括熵的微观意义和宏观表现。

②掌握热力学第二定律的微观解释，特别是熵增原理与能量转换的关系。

③能够运用熵的概念分析实际物理现象，如热机效率、制冷循环等。

2.教学难点，

①将抽象的熵概念与具体的物理过程相联系，理解熵增原理在自然界和人类生活中的体现。

②理解热力学第二定律在不同条件下的具体表现形式，如可逆过程与不可逆过程。

③在实际应用中，结合具体案例，如热机循环、制冷系统等，运用熵增原理分析系统的热力学行为，并解释效率问题。教学资源-软硬件资源：多媒体教学设备（投影仪、计算机）、实验器材（温度计、压力计、量筒等）。

-课程平台：学校内部教学平台，用于发布教学资料和在线讨论。

-信息化资源：热力学第二定律相关的教学视频、动画演示、在线实验模拟。

-教学手段：实物模型、黑板板书、课堂讨论、小组合作学习。教学过程课堂导入

（1）回顾上一节课的内容，引导学生回顾热力学第一定律的基本概念和能量守恒定律。

（2）提出问题：“在能量守恒的基础上，为什么自然界中热量总是自发地从高温物体传递到低温物体？”

（3）引出本节课的主题：热力学第二定律的微观解释。

新课讲授

1.熵的概念

（1）介绍熵的定义：熵是系统无序度的量度，用来描述系统微观状态的概率。

（2）通过实例分析，如气体扩散、冰融化等，让学生直观理解熵的概念。

（3）引导学生思考：熵增原理在自然界中的体现。

2.熵增原理

（1）讲解熵增原理的基本内容：在封闭系统中，任何自然过程总是使系统的总熵增加。

（2）通过实例分析，如热机循环、制冷循环等，让学生理解熵增原理在能量转换过程中的作用。

（3）引导学生思考：熵增原理与热力学第二定律的关系。

3.熵与能量转换

（1）讲解熵与能量转换的关系：熵增原理是能量转换过程中不可或缺的因素。

（2）通过实例分析，如热机效率、制冷技术等，让学生理解熵增原理在现实生活中的应用。

（3）引导学生思考：如何提高能量转换效率，降低熵增。

4.熵与实际应用

（1）介绍熵在实际应用中的重要性，如热力学第二定律在环境保护、能源利用等方面的指导作用。

（2）结合实际案例，如热机循环、制冷系统等，让学生分析熵增原理在现实生活中的应用。

（3）引导学生思考：如何利用熵增原理解决实际问题。

课堂互动

1.提问与回答

（1）针对本节课的重点内容，提出问题，引导学生回答。

（2）对学生的回答进行点评，纠正错误，强化正确概念。

2.小组讨论

（1）将学生分成小组，针对本节课的难点和重点进行讨论。

（2）每个小组汇报讨论结果，教师点评并总结。

课堂小结

1.总结本节课的重点内容：熵的概念、熵增原理、熵与能量转换、熵与实际应用。

2.强调熵增原理在自然界和人类生活中的重要性。

3.鼓励学生在课后继续学习，深入理解热力学第二定律的微观解释。

课后作业

1.完成课后习题，巩固本节课所学知识。

2.查阅资料，了解熵在实际应用中的具体案例。

3.思考：如何将熵增原理应用于实际生活中的问题解决。

教学反思

1.教师根据学生的课堂表现和作业完成情况，对教学效果进行反思。

2.分析教学过程中存在的问题，如学生对某些概念理解不透彻、课堂互动不足等。

3.制定改进措施，提高教学质量。学生学习效果学生学习效果

1.理解熵的概念：通过本节课的学习，学生能够理解熵作为系统无序度的量度，以及其在热力学过程中的重要性。学生能够区分熵与能量、温度等概念，并能够运用熵的概念分析简单的物理现象。

2.掌握熵增原理：学生能够理解熵增原理的基本内容，即在任何自然过程中，封闭系统的总熵总是增加。学生能够通过实例分析，如热机循环、制冷循环等，理解熵增原理在能量转换过程中的作用。

3.应用熵增原理：学生能够将熵增原理应用于实际物理现象的分析，如热机效率、制冷技术等。学生能够解释熵增原理如何影响能量转换的效率，并能够提出提高效率的方法。

4.理解熵与能量转换的关系：学生能够理解熵与能量转换之间的关系，认识到熵增原理在能量转换过程中的作用。学生能够分析不同能量转换过程中的熵变，并能够解释熵变对能量转换效率的影响。

5.熵在实际应用中的认识：学生能够认识到熵增原理在现实生活中的重要性，如环境保护、能源利用等方面。学生能够结合实际案例，如热机循环、制冷系统等，分析熵增原理在现实生活中的应用。

6.科学思维能力的提升：通过本节课的学习，学生的科学思维能力得到提升。学生能够运用分子运动论分析能量转换和熵变，培养了对科学真理的追求和科学方法的严谨性。

7.科学探究能力的培养：学生在本节课中通过实验和理论分析，培养了科学探究能力。学生能够通过实验观察和数据分析，提出假设、验证假设，并得出结论。

8.科学态度与责任的培养：学生通过学习热力学第二定律的微观解释，认识到科学态度与责任的重要性。学生能够意识到科学知识在解决实际问题中的作用，并培养了对科学研究的尊重和责任感。

9.课堂参与度和合作能力的提高：通过小组讨论和课堂互动，学生的课堂参与度和合作能力得到提高。学生在讨论中能够积极表达自己的观点，倾听他人的意见，并能够与他人合作解决问题。

10.课后学习的积极性：学生在课后能够主动查阅资料，了解熵在实际应用中的具体案例，进一步拓展知识面。学生能够将所学知识应用于实际生活中，提高解决问题的能力。板书设计1.熵的概念

①熵（Entropy）：系统无序度的量度

②微观状态的概率：描述系统微观状态的可能性

③熵增原理：封闭系统中，任何自然过程总是使系统的总熵增加

2.熵增原理

①熵增原理：封闭系统中，总熵不减少

②可逆过程：熵不变

③不可逆过程：熵增加

3.熵与能量转换

①能量转换：从一种形式转化为另一种形式

②熵变：能量转换过程中熵的变化

③熵增原理在能量转换中的应用：如热机效率、制冷技术

4.熵与实际应用

①熵增原理在环境保护中的应用：如减少能源消耗、降低污染

②熵增原理在能源利用中的应用：如提高能源转换效率、开发新型能源

③熵增原理在现实生活中的应用：如热机循环、制冷系统

5.热力学第二定律的微观解释

①热力学第二定律：热量不能自发地从低温物体传递到高温物体

②熵增原理：熵增原理是热力学第二定律的微观解释

③熵增原理在自然界和人类生活中的体现反思改进措施反思改进措施（一）教学特色创新

1.案例教学法的应用：在讲解熵增原理时，结合实际案例，如热机循环、制冷系统等，让学生通过分析实际应用中的熵增原理，加深对理论知识的理解。

2.多媒体教学资源的整合：利用多媒体教学设备，如投影仪、计算机等，展示熵增原理的动画演示和实验视频，增强学生的直观感受和学习兴趣。

反思改进措施（二）存在主要问题

1.学生对熵概念的理解不够深入：部分学生对熵的概念理解停留在表面，未能将其与具体的物理现象相结合。

2.学生在分析复杂问题时缺乏系统性：学生在面对复杂问题时，往往缺乏系统性思维，难以全面分析问题。

3.教学评价方式单一：目前的评价方式主要依赖于课后作业和考试，未能全面评估学生的实际学习效果。

反思改进措施（三）改进措施

1.加强熵概念的教学：在讲解熵的概念时，通过实例分析和实验演示，让学生深入理解熵的微观意义和宏观表现。

2.培养学生的系统性思维：在教学中，引导学生运用系统性思维分析问题，通过小组讨论和合作学习，提高学生的分析问题和解决问题的能力。

3.丰富教学评价方式：引入多元化的评价方式，如课堂表现、小组合作、实验报告等，全面评估学生的学习效果。同时，关注学生的个体差异，给予个性化指导。

4.拓展课外实践活动：组织学生参与课外实践活动，如参观能源企业、参与科学实验等，让学生将所学知识应用于实际，提高学生的实践能力。

5.加强师生互动：在教学过程中，鼓励学生提问，及时解答学生的疑惑，增强师生之间的互动。同时，关注学生的情感需求，营造良好的学习氛围。

6.持续更新教学资源：关注最新教学资源，如网络课程、教育软件等，不断丰富教学内容，提高教学效果。同时，鼓励教师开展教学研究，提高自身的教学水平。

7.强化校企合作：与相关企业合作，开展产学研一体化教学，让学生在真实的工作环境中学习，提高学生的就业竞争力。课堂小结，当堂检测课堂小结：

今天我们学习了热力学第二定律的微观解释，重点掌握了以下内容：

1.熵的概念：熵是系统无序度的量度，反映了系统微观状态的概率。

2.熵增原理：在封闭系统中，任何自然过程总是使系统的总熵增加。

3.熵与能量转换：熵增原理在能量转换过程中起着关键作用，影响了能量转换的效率和方向。

4.熵与实际应用：熵增原理在环境保护、能源利用等方面具有重要的实际意义。

现在，让我们回顾一下这些知识点，确保我们已经掌握了它们。

当堂检测：

1.熵的概念可以用以下哪个词来描述？

A.无序度

B.温度

C.压力

D.能量

2.下列哪个过程符合熵增原理？

A.热量从高温物体传递到低温物体

B.热量从低温物体传递到高温物体

C.系统内能增加

D.系统内能减少

3.熵增原理在能源利用中的应用体现在哪些方面？

A.提高能源转换效率

B.开发新型能源

C.降低能源消耗

D.减少环境污染

4.熵增原理在环境保护中的意义是什么？

A.减少能源消耗

B.提高能源转换效率

C.降低环境污染

D.优化能源结构

5.下列哪个选项是熵增原理的正确描述？

A.熵增原理表示系统内能的增加

B.熵增原理表示系统内能的减少

C.熵增原理表示系统无序度的增加

D.熵增原理表示系统有序度的增加

请同学们认真思考并回答上述问题，这将有助于巩固我们对本节课知识的理解。完成检测后，我将针对这些问题进行讲解和点评。希望大家能够积极参与，积极思考，我们将一起度过一个充实的课堂。典型例题讲解1.例题：

一个理想气体在等温过程中，从体积V1膨胀到V2，求气体熵的变化ΔS。

解答：

根据熵的定义，ΔS=Q/T，其中Q是气体吸收的热量，T是温度。

在等温过程中，温度T保持不变，因此ΔS=Q/T。

根据理想气体状态方程PV=nRT，气体膨胀时体积增加，压力降低。

由于等温过程，内能不变，气体对外做功，吸收的热量Q等于对外做的功W。

所以，ΔS=W/T。

将理想气体状态方程代入，得到ΔS=(nRTln(V2/V1))/T。

ΔS=nRln(V2/V1)。

2.例题：

一个系统由两个部分组成，第一部分是理想气体，第二部分是理想晶体。系统从初始状态I变化到最终状态F，求系统总熵的变化ΔS。

解答：

对于理想气体部分，熵的变化ΔS1=nRln(T2/T1)+nRln(P2/P1)。

对于理想晶体部分，熵的变化ΔS2=ΔH/T2-ΔH/T1，其中ΔH是系统在等压过程中吸收或放出的热量。

总熵的变化ΔS=ΔS1+ΔS2。

ΔS=nRln(T2/T1)+nRln(P2/P1)+(ΔH/T2-ΔH/T1)。

3.例题：

一个热机在循环过程中，从高温热源吸收热量Q1，向低温热源放出热量Q2，求热机的效率η。

解答：

热机的效率η定义为有用功W与吸收热量Q1的比值。

在循环过程中，热机对外做的功W等于吸收的热量Q1减去放出的热量Q2。

所以，η=W/Q1=(Q1-Q2)/Q1。

根据热力学第二定律，热机的效率η小于1，即η<1。

4.例题：

一个绝热过程中，一个系统从初始温度T1变化到最终温度T2，求系统熵的变化ΔS。