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1、2023-2023 年高中物理 10.5 热力学其次定律的微观解释教案 人教版选修 3-3一、教材分析热力学其次定律以宏观事实为根底，告知我们热学现象和热学过程应当遵循的规律，本节要从微观的角度说明，为什么涉及热运动的宏观过程会有这样的方向性。二、教学目标1. 了解有序和无序，宏观态和微观态的概念。2. 了解热力学其次定律的微观意义。3. 了解熵的概念，知道熵是反映系统无序程度的物理量。知道随着条件的变化，熵是变化的。4. 理解能量耗散和品质降低的概念。.理解能源的利用实际上是能量的转化和转移过程。5. 了解常规能源的使用带来的环境污染。.了解开发能源的方法和意义。三、教学重难点1. 了解热力
2、学其次定律的微观意义。2. 了解熵的概念，知道熵是反映系统无序程度的物理量。3.理解能量耗散和品质降低的概念。四、学情分析学生把握了热力学其次定律，但不知道它的微观解释。本节中的概念“有序”、“无序”、“熵”不易理解。热力学其次定律的微观解释较抽象。“能源和可持续进展”内容简洁，易 于把握。五、教学方法思考、争论、总结发言，多媒体。六、课前预备预习学案 阅读课本七、课时安排 1 课时八、教学过程一预习检查、总结疑心二情景引入、呈现目标三合作探究、精讲点拨1. 有序和无序有序：只要确定了某种规章，符合这个规章的就叫做有序。无序：不符合某种确定规章的称为无序。无序意味着各处都一样，平均、没有差异，
3、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、规章的状态，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、规章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。假设一个“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，同时也打算了宏观过程的方向性从有序到无序。3. 热力学其次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展。4. 熵和系统内能一样都是一个状态函数，仅由系统的状态打算。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
4、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。对于其它状况，系统的熵可能增加，也可能减小。从微观的角度看，热力学其次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进展，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进展。典例探究例：一个物体在粗糙的平面上滑动，最终停顿。系统的熵如何变化？解析：由于物体由于受到摩擦力而停顿运动，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，使得无规章运动加强，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：此题考察的是对熵增加原理的理解和应用。1. 能量耗散
5、：系统的内能流散到四周环境中，没有方法把这些内能收集起来加以利用， 这种现象叫做能量耗散。2. 品质降低：能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式叫品质降低。能量在利用过程中，总是由高品质的能量最终转化为低品质的内能。3. 能源：能源是指能够供给可利用能量的物质，它是现代社会生活的重要物质根底。常规能源：指已被广泛应用的能源，如煤、石油、自然气、水力等。4. 能源危机与环境污染(1). 近一百年，地球人口由 16 亿增加到目前的 50 亿，净增了 2 倍多，而能源消耗据统计却增加了 16 倍。按目前的消耗量，专家推想石油、自然气最多只能维持半个世纪，煤炭尚可维持一二百年。(2). 能源利用的过
6、程也直接污染着地球环境温室效应：化石燃料燃烧放出的大量二氧化碳，使大气中二氧化碳的含量大量增高， 导致“温室效应”，造成地面温度上升，两极的冰雪溶化，海平面上升，漂移沿海地区等不良影响。酸雨污染：排放到大气中的大量二氧化硫和氮氧化物等在降水过程中溶入雨水，使其 形成酸雨，酸雨进入地表、江河，破坏土壤，影响农作物生长，使生物死亡，破坏生态平衡。同时腐蚀建筑构造、工业装备、动力和通讯设备等，还直接危害人类安康。臭氧层的破坏：臭氧层的存在对吸取紫外线方面起着举足轻重的作用，一旦臭氧层遭 到破坏，对生物有害的紫外线会毫无遮拦地照耀到地面上，会提高皮肤癌和白内障的发病率， 也会影响我们的免疫系统。同时对
7、不同生态系统中生物的生长、发育、生殖、分布和生物地 球化学循环都会造成一系列危害。5. 能源的开发1.能源：指目前尚未被人类大规模利用而有待进一步争论、开发和利用的能源， 如核能、太阳能、风能、地热能、海洋能、氢能等。2.无穷无尽的太阳能： 九、板书设计：热力学其次定律的微观意义：1. 有序和无序2. 热力学其次定律的微观意义：3. 熵增加原理能源和持续进展：1. 能量耗散：2. 品质降低：3. 能源： 十、教学反思能源和环境是社会关注的两个问题。通过本节的学习，是学生理解这两个社会问题产生的缘由，使学生理解开发利用清洁能源的价值，让学生提高科学观念，提高社会责任感。2023-2023 年高中
8、物理 10.6能源和可持续进展三维目标教案 人教版选修 3-3三维目标 学问与技能1. 理解能量耗散和品质降低的概念。2. 理解能源的利用实际上是能量的转化和转移过程。3. 了解常规能源的使用带来的环境污染。4. 了解开发能源的方法和意义。过程与方法从日常生活现象了解能源，了解常规能源的储量与人类需求的关系情感、态度与价值观知道能源和可持续进展的关系，培育学生探究学问的欲望和学习兴趣教学重点难点重点：理解能源的概念和能源的使用与环境污染的关系 难点：能源的开发和利用与环境的关系教学方法：探究教学教具：多媒体课件 教学过程设计：引入课能源和环境是两个全球所关注的问题，能源是现代社会生活的重要物质
9、根底，而常规能源的有限贮存量与人类的需求存在冲突，同时大量消耗常规能源带来了环境问题， 正确地协调和解决这一冲突和问题是生活在地球上每一个人的职责.课教学一 能量耗散和品质降低由热力学其次定律知，能量的转移和转化具有方向性。1. 能量耗散：系统的内能流散到四周环境中，没有方法把这些内能收集起来加以利用， 这种现象叫做能量耗散。2. 品质降低：能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式叫品质降低。能量在利用过程中，总是由高品质的能量最终转化为低品质的内能。从被利用的价值来看，内能较之机械能、电能等，是一种低品质的能量。由此可知，能量耗散虽然不会使能的总量削减，却会导致能量品质的降低。煤、石油、自然
10、气等能量，在利用它们的时候，高品质的能量释放并最终转化为低品质的内能。所以我们要节约能源.(二)能源与人类社会进展能源是社会存在与进展永久不行或缺的必需品.是国民经济运动的物质根底.它与材料、信息构成现代社会的三大支柱。能源科技的每一次突破，都带来了生产力的巨大飞跃和社会 的进步。远古时代火的使用,使人们脱离了茹毛饮血的时代18 世纪末蒸汽机的制造和完善,带动了第一次产业革命和资本主义社会的成长. 内燃机的进展,推动了 19 世纪末、20 世纪初开头的机械化和电气化进程.20 世纪中叶,蒸汽轮机和燃气轮机的进展为大规模发电和航空事业奠定了根底. (三) 能源与环境常规能源的大量消耗带来了环境问
11、题（1） 温室效应：温室效应是由于大气里温室气体二氧化碳、甲烷等含量增大而形成的石油和煤炭燃烧时产生二氧化碳（2） 酸雨：大气中酸性污染物质，如二氧化硫、二氧化碳、氢氧化物等，在降水过程中溶入雨水，使其成为酸雨煤炭中含有较多的硫，燃烧时产生二氧化硫等物质（3） 光化学烟雾：氮氧化合物和碳氢化合物在大气中受到阳光中猛烈的紫外 线照耀后产生的二次污染物质光化学烟雾，主要成分是臭氧另外常规能源燃烧时产生的浮尘也是一种污染常规能源的大量消耗所带来的环境污染既损害人体安康，又影响动植物的生长，破坏经济资源，损坏建筑物及文物古迹，严峻时可转变大气的性质使生态受到损害四开发能源1.能源：指目前尚未被人类大规
12、模利用而有待进一步争论、开发和利用的能源， 如核能、太阳能、风能、地热能、海洋能、氢能等。2.无穷无尽的太阳能：太阳以其巨大的、无穷无尽的辐射能形式供给地球最清洁的能源能。数量巨大：太阳辐射功率为3.91026 瓦。能到达地球外表的太阳能每年约为1.31010 吨标准煤，是目前全世界所消耗的各种能量总和的1104 倍。时间长期：依据天文学的争论结果，可知太阳系已存在大约5109 年左右，估量尚可连续维持大约 1010 年之久。清洁安全：太阳能素有“干净能源”和“安全能源”之称，它不仅毫无污染，也毫无危急。6. 永葆青春的风能：风能是由于太阳辐射造成地球各局部受热不均匀，而引起的空气流淌所产生的
13、能量。整个地球承受到的太阳能辐射能约有 0.2%被转换成风能，全球的风能总量估量有 1.61022J。这是一个巨大的潜在的能源宝库，假设 1%被利用，即可满足人类对能量的全部需求。7. 丰富干净的海洋能：包括潮汐能、波浪能、海流能、温差能等，它们不仅可以再生， 还具有不污染环境的优点。据科学家估量，世界海洋能源总量为40 多万亿千瓦，这些能量超过目前世界能源消费的一万倍，假设开发出其中一小局部，即可满足人类对能源的全部需 求。8. 深藏不露的地热能：地球本身是一个巨大的自然储热库。地热能指地球内部可释出来的热量。据估量，从地球内部每年传到地球外表的热量，相当于 370 亿吨标准煤燃烧时所放出的
14、热量。9. 将来能源的期望核能：在当前开发和利用的能源中，核能尤其重要。核能包括裂变能和聚变能，其中受控热核聚变的原料氘和氚可取自海洋，足够人类使用几十亿年，是取之 不尽的能源。典例探究例 1 某地的平均风速为 5m/s，空气密度是 1.2kg/m3，有一风车，它的车叶转动时可形成半径为 12m 的圆面，假设这个风车能将此圆内 10%的气流的动能转变为电能，则该风车带动的发电机功率是多大？解析：首先可以求出在时间 t 内作用于风车的气流质量为 m= r2 t ，这些气流的动能为 m 2；转变的电能为，故风车带动发电机发电的功率为代入数据以后得 P=3.4kW友情提示：从能量守恒定律入手，留意能
15、量转移的方向性是解答此题的关键。例 2 据中国环境报报道：从一份科技攻关课题争论结果显示，我国酸雨区已占国土面积的 40以上，争论结果还说明，我国农业每年因患病酸雨而造成的经济损失高达15 亿多元为了有效把握酸雨，目前国务院已批准酸雨把握区和二氧化硫污染把握区划分方案等法规1在英国进展的一项争论结果说明：高烟囱可有效地降低地面浓度在20 世纪的6070 年月的 10 年间，由发电厂排放的增加了 35，但由于建筑高烟囱的结果，地面浓度降低了 30之多请你从全球环境保护的角度，分析这种作法是否可取？说其理由 2用传统的煤、石油做燃料，其主要缺点是什么？与传统的煤、石油做燃料相比， 哪种物质可以作为
16、能源？主要优点是什么缺点又是什么？【解析】此题涉及能源、环保等社会热点问题，我们要从化学视角去关注这些 与生态环境、人们的安康亲热相关的问题环境污染的恶果是直接影响人类的连续和进展， 酸雨是影响全球的问题削减酸雨的产生是要杜绝污染源，而不是建筑高烟囱转移污染而杜绝酸雨的污染途 径一般有三个：一是对煤、石油等传统能源进展处理，使其在燃烧过程中不产生；二是对污 染物进展回收利用，三是开拓能源而目前最抱负的能源为氢能源，由于它原料来源丰富， 燃烧的产物又是水，既不污染环境，又可以循环利用（1） 不行取，由于的排放总量并没有削减，进一步形成的酸雨仍会造成对全球的危害（2） 煤、石油是不易再生的化工燃料，其资源是有限的，其次燃烧后产生的、等严峻污染 大气，进而形成酸雨，燃烧后产生的又会造成温室效应第一，可以用水作为原料来制取； 其次，燃烧时放热多，放出的热量约为同质量汽油的3 倍；第三，氢燃料的最大优点是燃烧产物为水，不易污染环境，还可循环使用小结常规能源储存量有限，在利用过程中会带来环境污染，能源的开发和利用成为当务之急