熵一种新的世界观人教版高三下册语文教案

1868年，德国伟大的物理学家鲁道尔夫·克劳修斯提出了一个十分重要而又让人费解的概念——熵。“熵”这个概念谈的是热力学的第二定律。曾有不少人对这个奇怪的概念不以为然，他们想制造出各种形式的永动机来证明“熵”这个概念的错误。然而，100年的时间过去了，没有任何一个永动机能够永动。人们在实践中，越来越深刻地认识到，“熵”这个概念与我们的现实生存乃至我们的未来有如此紧密的联系，以致于1959年，在克劳修斯提出“熵”的理论91年后，英国著名作家斯诺在剑桥大学作题为《两种文化及再谈两种文化》的讲演时说：一个作家对热力学第二定律毫无所知，就等于一个科学家没读过莎士比亚的作品。那么，“熵”究竟与我们人类的生存有怎样密切的关系呢?“熵”又揭示了人类怎样的未来呢?今天，我们来学习美国当代著名社会学家里夫金和霍华德的文章——《熵：一种新的世界观》，让我们一同走近科学领域中的“莎士比亚”。

(解说：设计此导语，旨在与学生已有的知识经验建立关联并直奔课文题目。引用斯诺的话，意在激发学生对“熵”这个概念产生浓厚的探索兴趣。)

二、解题

本文是一篇科学论文，作者里夫金和霍华德是美国当代著名社会学家。1972年，西方著名的未来学研究团体罗马俱乐部发表了关于人类困境的研究报告，题为《增长的极限》，提出了“增长的极限”理论，提出人口和经济的增长，必然耗尽世界上不可再生的自然资源，同时污染环境，威胁人类生存。罗马俱乐部的报告，向世人敲响了警钟，对近代西方文化中经济无限增长的观点作了批判。《熵：一种新的世界观》就是在这样的背景下诞生的一部学术著作。这部学术著作指出科技的发展是一个能源消耗不断增加，因而“熵”也不断增加的过程，得出了人类的历史是一个不断倒退、逐渐衰亡的结论。

三、研习课文

1.整体把握，理清思路。

(1)让学生在预习的基础上速读课文，初步提取要点，理清全文的论述思路。

(解说：此步骤着意于培养学生“提要”的能力，引导学生从文中勾画概括性语句，将概述内容与段落形式结合起来理清思路，为分析文中的疑难点做好铺垫。)

(2)学生讨论发言，教师引导学生理顺全文的论述脉络。

明确：全文共15段。第1段通过民谚引出了热力学定律，第2段用一句话表述了热力学的两个定律，引出了“熵”的概念。第3、4段是对热力学第一定律的论述，为下文论述热力学第二定律即熵的定律做铺垫。第5段为过渡段，转入对熵的论述。第6、7段是对熵下定义并做解说。第8、9段进一步从能量耗散的角度论述熵的涵义：能量平均状态是熵值达到最大的状态。第10至15段从地球上能量来源、工业回收、物质衰变等角度探讨了能源危机，说明地球上的有效能量在不断减少，熵在不断增加。

2.具体研习，突破重难点。

(1)学生梳理文中有关“熵”的概述，并用自己的话对“熵”的本质做出概括。

明确：第5段——熵就是损失了的能在将来用于做某种功的一定能量。

第6段——熵是不能再被转化做功的能量的总和的测定单位。

第7段——熵和污染是同义词，是某一系统中存在的一定单位的无效能量。

第9段——熵即无效能量的总和。

概括：熵就是无效能量，就是污染。

(解说：在对课文整体把握的基础上，通过对文中“熵”的概括的勾画梳理，可加深对课文重难点的理解，使学生养成利用提要的方式来理解文章的习惯。先让学生在书上勾画并在笔记本上整理，然后用自己的话来谈一谈对“熵”的概括理解;教师可以摘要板书。文中关于“熵”有多处论述，梳理不必求全，但要能抓住关键从不同角度论述。)

(2)学生勾画课文中关于“能量”的概述，并用自己的话来谈一谈对“能量”的新认识。

明确：第6段——能量可以分为“有效的”或“自由的”能量，和“无效的”或“封闭的”能量。

第7段——熵的增加就意味着有效能量的减少。被转化成了无效状态的能量构成了我们所说的污染。

第8段——在一个封闭系统里，能量水准的差异总是趋向于零。没有任何能量级别差异的状态叫做能量平均状态。

第9段——能量平均状态是熵值达到的最大的状态，那时将不再有任何自由能量来进一步做功了。

第10段——地球上有两个有效能量的来源：一个是地球本身所蕴藏的能量，另一个是太阳能。在对人类有意义的时间里，这两个能量都是有限的。

第14段——当有效能量告罄时，我们称之为“热寂”。认识“能量”：能量可以分为“有效的”和“无效的”两类，有效能量是有限的并且总在减少，即熵总在增加。有效能量消耗完时，熵达到最大值，这叫做能量平衡状态或者叫“热寂”。

(解说：要深入理解“熵”的内涵，就必须深入理解与“熵”密切相关的“能量”的内涵。让学生能用自己的话来谈理解，是真正理解的标志。此设计既是提要钩玄能力的培养，也是突破课文重难点的途径。课文中关于能量有较多表述，学生能够勾画出来加以研讨即可，不必逐一整理。)

《熵：一种新的世界观》原文阅读

一位名叫麦克斯·格拉克曼[1] 的人类学家曾经说：“科学是一门学问，它能使这一代的傻瓜超越上一代的天才。”热力学第一定律与第二定律早已编入物理学基础教程，它们所表达的内容现在看来不过是简单明了的常识而已。然而将它们最终明白无误地表达出来，却经过了一段曲折的路程;许多天才为之呕心沥血，提出过大量复杂的理论。奇怪的是，虽然科学家们多少年来为这两个定律的真正涵义绞尽脑汁，地球上各民族文化的民谚却早已悟出其中三昧[2]。我们都听说过这些说法：“你不可能不劳而获”，“覆水难收”或者“天网恢恢，疏而不漏”。如果这些谚语对你说来不算陌生，而且在日常生活中你也反复有过这样的亲身体验的话，那么，你就懂得了热力学第一定律和第二定律。

热力学概念乍听起来有些深不可测，其实它们是我们所知道的最简单而又给人印象最深的科学概念。热力学的两个定律可以用一句简短的句子来表达：

宇宙的能量总和是个常数，总的熵是不断增加的。

这也就是说我们既不能创造，也不能消灭能量。宇宙中的能量总和一开始便是固定的，而且永远不会改变。热力学第一定律就是能量守恒定律，它告诉我们能量虽然既不能被创造又不能被消灭，但它可以从一种形式转化为另一种形式。

我们应该牢记的最重要的一点，就是我们不能创造能量。从来就没人创造过能量，也永远不会有人能创造。我们力所能及的只是把能量从一种状态转化成另一种状态。要理解这一点不甚容易，特别是考虑到一切都是由能量所生成的。世间万物的形态、结构和运动都不过是能量的不同聚集与转化形式的具体表现而已。一个人、一幢摩天大楼、一辆汽车或一棵青草，都体现了从一种形式转化成为另一种形式的能量。高楼拔地而起，青草的生成，都耗费了在其他地方聚集起来的能量。高楼夷为平地，青草也不复生长，但它们原来所包含的能量并没有消失，而只是被转移到同一环境的其他所在去了。我们都听说过这么一句话：太阳底下没有新鲜东西[3]。要证实这一点你只需呼吸一下。你刚才吸进了曾经让柏拉图[4]吸进过的5 000万个分子。

如果我们需要考虑的仅仅是热力学第一定律，那我们滥用那万世不竭的能源也没有什么奥妙了。然而我们知道世界并非如此。比如我们烧掉一块煤，它的能量虽然并没有消失，但却经过转化随着二氧化碳和其他气体一起散发到空间中去了。虽然燃烧过程中能量并没有消失，但我们却再也不能把同一块煤重新烧一次来做同样的功了。热力学第二定律解释了这个现象。它告诉我们每当能量从一种状态转化到另一种状态时，我们会“得到一定的惩罚”。这个惩罚就是我们损失了能在将来用于做某种功的一定能量。这就是所谓的熵。

熵是不能再被转化做功的能量的总和的测定单位。这个名称是由德国物理学家鲁道尔夫·克劳修斯[5]于1868年第一次造出来的。但是年轻的法国军官沙迪·迦诺[6]却比克劳修斯早41年发现了熵的原理。迦诺在研究蒸汽机工作原理时发现，蒸汽机之所以能做功，是因为蒸汽机系统里的一部分很冷，而另一部分却很热。换一句话说，要把能量转化为功，一个系统的不同部分之间就必须有能量集中程度的差异(即温差)。当能量从一个较高的集中程度转化到一个较低的集中程度(或由较高温度变为较低温度) 时，它就做了功。更重要的是每一次能量从一个水平转化到另一个水平，都意味着下一次能再做功的能量就减少了。比如河水越过水坝流入湖泊。当河水下落时，它可被用来发电，驱动水轮，或做其他形式的功。然而水一旦落到坝底，就处于不能再做功的状态了。在水平面上没有任何势能的水是连最小的轮子也带不动的。这两种不同的能量状态分别被称为“有效的”或“自由的”能量，和“无效的”或“封闭的”能量。

熵的增加就意味着有效能量的减少。每当自然界发生任何事情，一定的能量就被转化成了不能再做功的无效能量。被转化成了无效状态的能量构成了我们所说的污染。许多人以为污染是生产的副产品，但实际上它只是世界上转化成无效能量的全部有效能量的总和。耗散了的能量就是污染。既然根据热力学第一定律，能量既不能被产生又不能被消灭，而根据热力学第二定律，能量只能沿着一个方向——即耗散的方向——转化，那么污染就是熵的同义词。它是某一系统中存在的一定单位的无效能量。

[1] 麦克斯·格拉克曼(1911—1975)〕南非文化人类学家，以研究非洲诸部落的政治制度著称。

[2] 〔三昧〕梵文Samadhi的音译，指使心神平静、杂念止息的修行方法。后借指事物的要诀。

[3] 〔太阳底下没有新鲜东西〕这是《旧约·传道书》中的话，一般译作“日光之下，并无新事”。

[4] 〔柏拉图(前427—前347)〕古希腊著名的唯心主义哲学家。认为理念是世界的本原，是古希腊哲学家中第一个留下大量著述的人，对后世影响很大。

[5] 〔鲁道尔夫·克劳修斯(1822—1888)〕德国物理学家，热力学的奠基人之一。

[6] 〔沙迪·迦诺(1796—1832)〕一般译作“卡诺”，法国物理学家、工程师，在研究热机效率的过程中，提出了“卡诺循环”定理。

《熵：一种新的世界观》同步练习

一、阅读课文，简要回答下列问题。

1.从能量耗散方面，结合课文阐释下列说法的意义。

(1)你不可能不劳而获。

___________________________________________________________________________

(2)覆水难收。

___________________________________________________________________________

(3)天网恢恢，疏而不漏。

___________________________________________________________________________

2.理解下面两句话的含义。

(1)太阳底下没有新鲜东西。

___________________________________________________________________________

(2)虽然太阳能量的总和每秒钟都在递减，然而在它的熵达到最大值之前，地球上的能源早已告罄了。

___________________________________________________________________________

二、结合课文，分别说说文章以下面例子说明了什么道理。

1.比如我们烧掉一块煤。

___________________________________________________________________________

2.一把烧红了的火钳从火中取出……开始冷却。

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综合练习

1.下列词语中划线字字形读音都正确的一项是(　)

A.告馨qìng 混乱hǔn 辐射fǔ

B.衰变shuāi 一幢zhuàng 蒙昧méng

C.曲折qǔ 机械jiè 挺拨bá

D.呕吐ōu 虽然suí 惩罚chěng

2.选出最恰当的一组填入空白处(　)

(1)虽然科学家们多少年来为这两个定律的真正涵义( )，地球上各民族文化的民谚却早已悟出其中的三味。

(2)如果我们需要考虑的仅仅是热力学第一定律，那我们( )那万世不竭的能源也没有什么奥妙了。

(3)我们地球上有两上有效能量的来源：一个是地球本身所( )的能量，另一个是太阳能。

A.绞尽脑汁乱用蕴涵　　 B.费劲心机滥用蕴涵

C.绞尽脑汁滥用蕴藏　　 D.费劲心机乱用蕴藏

3.下列句中画线成语使用正确的一项是(　)

A.腐败分子无论多么狡猾都难以逃脱制裁，因为天网恢恢，疏而不漏。

B.爸爸年轻时没机会上大学，所以他让我呕心沥血地学习，争取考取名牌大学。

C.下课了，同学们涌出教室，奔向操场，小明抱着篮球首当其冲。

D.甲A联赛各队精神状态普遍不佳，表现差强人意，足协对此进行了批评。

4.用合适的关联词语填空。

(1)这就是说，我们( )不能创造，( )不能消灭能量。

(2)( )这些谚语对你说来不算陌生。( )在日常生活中你也反复有过这样的亲身体验的话，( )，你就懂得了热力学第一定律和第二定律。

(3)( )更为有效的回收技术对我们这个星球的确有着十分重要的意义，( )要做到接近100%的回收是不可能的。

(4)蒸汽机( )能做功，( )蒸汽机系统里的一部分很冷，( )另一部分( )很热。

5.根据下列句子提供的信息解释熵。

(1)每当能量从一种状态转到另一种状态时，我们会“得到一定的惩罚”。这个惩罚就是我们损失了能在将来做某种功的一定能量。这就是所谓的熵。

(2)熵的增加就意味着能量的减少。

(3)熵是不能再被转化做功的能量总和的测定单位。

(4)每一次能量从一个水平转化到另一个水平，都意味着下一次能再做功的能量的减少。这两种不同的能量状态分别被称为“有效的”或“自由的”能量，和“无效的”或“封闭的”能量。

(5)世界的熵总是趋向最大值。

(6)能量平均状态是熵值达到最大的状态，那时将不再有任何自由能量来进一步做功。

熵是□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□(不超过45字)

6.阅读下面这段文字，回答问题。

熵是不能再被转化做功的能量的总和的测定单位。这个名称是由德国物理学家鲁道尔夫·克劳修斯于1868年第一次造出来的。但是年轻的法国军官沙迪·迦诺却比克劳修斯早41年发现了熵的原理。迦诺在研究蒸汽机工作原理时发现，蒸汽机之所以能做功，是因为蒸汽机系统里的一部分很冷，而另一部分却很热。换一句话说，要把能量转化为功，一个系统的不同部分之间就必须有能量集中程度的差异(即温差)。当能量从一个较高的集中程度转化到一个较低的集中程度时(或由较高温度变为较低温度)，它就做了功。更重要的是每一次能量从一个水平转化到另一个水平，都意味着下一次能再做功的能量就减少了。比如河水越过水坝流入湖泊。当河水下落时，它可被用来发电，驱动水轮，或做其他形式的功。然而水流到坝底，就处于不能再做功的状态了。在水平面上没有任何势能的水是连最小的轮子也带不动的。这两种不同的能量状态分别被称为“有效的”或“自由的”能量，和“无效的”或“封闭的”能量。

(1)这段文字论述的要点是什么?论述的思路是什么?

___________________________________________________________________________

(2)这段文字用“河水越过水坝流入湖泊”这个例子说明了什么道理?

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(3)什么是“自由的”能量?什么是“封闭的”能量?

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