《有序、无序和熵》教案1
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| 作者: 上传：zzmmjj 加入日期：13-02-02 |
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有序、无序和熵
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。
诱思导学
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。
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.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。
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.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。
4.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。
典例探究
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。
友情提示：本题考查的是对熵增加原理的理解和应用。
课后问题与练习点击：
1.解析：①全是甜的，对应的微观态1个，宏观态出现的概率是1/32；②全是咸的，对应的微观态1个，宏观态出现的概率是1/32；③1甜4咸，对应的微观态5个，宏观态出现的概率是5/32；④4甜1咸，对应的微观态5个，宏观态出现的概率是5/32；⑤2甜3咸，对应的微观态10个，宏观态出现的概率是10/32；⑥3甜2咸，对应的微观态10个，宏观态出现的概率是10/32；
2.解析：(1)概率
(2)概率
(3)概率
(4)无序性增大了3.略基础训练
1.一定质量的气体被压缩，从而放出热量，其熵怎样变化？
2.保持体积不变，将一个系统冷却，熵怎样变化？
多维链接
1.熵与熵增加原理
\'熵\'是什么？\'熵\'是德国物理学家克劳修斯在1850年创造的一个术语，他用熵来表示任何一种能量在空间分布的均匀程度。能量分布得越均匀，熵就越大。如果对于我们所考虑的那个系统来说，能量完全均匀地分布，那么这个系统的熵就达到最大值。简单的说，\'熵\'就是微观粒子的无序程度、能量差别的消除程度。
在克劳修斯看来，在一个封闭的系统中，运动总是从有序到无序发展的。比如，把一块冰糖放入水中，结果整杯水都甜了。这就是说，糖分子的运动扩展到了整杯水中，它们的运动变得更加无序了。对于一个封闭的系统，能量差也总是倾向于消除的。比如，有水位差的两个水库，如果把它们连接起来，那么，重力就会使一个水库的水面降低，而使另一个水库的水面升高，直到两个水库的水面均等，势能取平为止。
克劳修斯总结说，自然界中的一个普遍规律是：运动总是从有序到无序，能量的差异总是倾向变成均等，也即\'熵将随着时间而增大\'。
2.宇宙热寂说
克劳修斯把他的熵增加原理应用到无限的宇宙中去，得出了\'宇宙热寂说\'。
\'宇宙热寂说\'主要有以下几个结论：第一，宇宙的离散度不断增加。第二，所有的机械运动都转化为热运动。第三，热量停止传递。最后我们可以设想出这么一个宇宙的图景：宇宙的有效生命将停止。能量还保存着，但已失去一切活动的能力，它无力再使宇宙运动，正如一潭死水不能使水车转动起来一样，我们将处在一个死寂的、热的宇宙中。
但宇宙真会热寂吗？首先，热力学试验成果是以有限的、孤立封闭的系统为研究对象的。以有限的范围、有限的事件得出的规律能否推广到全宇宙呢？其次，自然界的规律是否同样适用于高级的生命运动呢？第三，黑洞理论指出，宇宙的离散度并非不断增加。宇宙中存在的黑洞在不断地吸引物质。所以说，克劳修斯的\'宇宙热寂说\'仅仅是一种形而上学的自然观，我们不必杞人忧天地担心宇宙会进入\'热寂\'。
3.大爆炸理论
大爆炸宇宙理论认为，宇宙的演化是从物质分布为均匀的状态演化到非均匀状态。宇宙膨胀是引力理论的一个结果，在宇宙范围内，引力是主导的，引力系统的热力学与无引力的热力学会导致十分不同的结论。比如，原来密度均匀的物质由于涨落可产 | |
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