熵：一种新的世界观-课件.ppt

1、里夫金 霍华德【教学目的】1.1.尝试解读文章内容以培养阅读尝试解读文章内容以培养阅读的提要能力；的提要能力；2.2.学习举要日常事例来链接行文学习举要日常事例来链接行文的说理路径。的说理路径。呕心沥血：形容费尽心思。呕心沥血：形容费尽心思。绞尽脑汁：费尽思虑。绞尽脑汁：费尽思虑。告罄告罄qn：指财物用完或货物售完。：指财物用完或货物售完。【注音释义】1868 1868年，德国伟大的物理学家鲁道尔年，德国伟大的物理学家鲁道尔夫夫克劳修斯提出了一个十分重要而又让克劳修斯提出了一个十分重要而又让人费解的概念人费解的概念熵。熵。“熵熵”这个概念谈这个概念谈的是热力学的第二定律。曾有不少人对这的是热力

2、学的第二定律。曾有不少人对这个奇怪的概念不以为然，他们想制造出种个奇怪的概念不以为然，他们想制造出种种形式的永动机来证明种形式的永动机来证明“熵熵”这个概念的这个概念的错误。错误。100100年的时间过去了，没有一个永年的时间过去了，没有一个永动机能够永动。动机能够永动。【阅读导言】yuedudaoyanyuedudaoyan究报告，提出了究报告，提出了“增长的极限增长的极限”理论，指出人口和经理论，指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。时污染环境，威胁人类生存。19811981年，美国当代著名社会学家

3、里夫金和霍华德年，美国当代著名社会学家里夫金和霍华德出版了出版了熵：一种新的世界观熵：一种新的世界观，从热力学第二定律，从热力学第二定律出发，对熵这一物理概念作了哲学阐释，论述了政治、出发，对熵这一物理概念作了哲学阐释，论述了政治、经济、教育等诸多领域的重大问题，在西方学术界引经济、教育等诸多领域的重大问题，在西方学术界引起震动。起震动。熵：一种新的世界观熵：一种新的世界观一书，特别对科学一书，特别对科学技术的迅速发展所带来的负面影响作了深刻的分析。技术的迅速发展所带来的负面影响作了深刻的分析。1972 1972年，西方著名的未来学研究团年，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

4、的研体罗马俱乐部发表了关于人类困境的研 现代科学技术从根本上改变了我们现代科学技术从根本上改变了我们这个世界，解放了人类的体力甚至脑力，这个世界，解放了人类的体力甚至脑力，提高了我们的生活品质。科学意味着福音，提高了我们的生活品质。科学意味着福音，我们无时不在享受科学技术的发展所创造我们无时不在享受科学技术的发展所创造的现代文明。科学作为一种文化，并非完的现代文明。科学作为一种文化，并非完美无缺。它在传播福音的同时，也不自觉美无缺。它在传播福音的同时，也不自觉地扮演着魔鬼。对技术进步的乐观，对物地扮演着魔鬼。对技术进步的乐观，对物质增长的贪求，使人类陷入种种困境，如质增长的贪求，使人类陷入种种

5、困境，如环境污染、能源危机、战争威胁等。环境污染、能源危机、战争威胁等。关于熵 热力学第二定律的思想萌生于卡诺的热机效率研热力学第二定律的思想萌生于卡诺的热机效率研究，在理想的卡诺循环里，做功的代价是热所付出的，究，在理想的卡诺循环里，做功的代价是热所付出的，并且一定要有一个对转换进行补偿的过程。开尔文在并且一定要有一个对转换进行补偿的过程。开尔文在18511851年提出了：不可能从单一热源吸取热量，使之完年提出了：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。这一表述被称之为全变为有用功而不产生其他影响。这一表述被称之为“热力学第二定律的开尔文说法热力学第二定律的开尔文说法”

6、。克劳修斯如是说：。克劳修斯如是说：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他影响。这一表述被称之为影响。这一表述被称之为“热力学第二定律的克劳修热力学第二定律的克劳修斯说法斯说法”。【知识卡片】wenzhangzuozhe 18651865年，德国物理学家克劳修斯首次将熵这个概年，德国物理学家克劳修斯首次将熵这个概念引入热力学，用来阐明热力学第二定律。念引入热力学，用来阐明热力学第二定律。18771877年，年，奥地利物理学家玻耳兹曼提出了玻耳兹曼关系式，建奥地利物理学家玻耳兹曼提出了玻耳兹曼关系式，建立了熵与系统微观性质的联系，赋予了熵统计

7、学的意立了熵与系统微观性质的联系，赋予了熵统计学的意义。义。19291929年，匈牙利物理学家西拉德又阐述了熵与信年，匈牙利物理学家西拉德又阐述了熵与信息的关系，揭示了熵的新的意义。在热力学中，熵是息的关系，揭示了熵的新的意义。在热力学中，熵是测定不能再用来做功的能量的量；在统计物理学中，测定不能再用来做功的能量的量；在统计物理学中，熵是衡量微观系统无序程度的量；在信息论中，熵成熵是衡量微观系统无序程度的量；在信息论中，熵成为信息不确定度的量。为信息不确定度的量。【信息提取】xinxitiqu 宇宙的能量总和是个常数宇宙中的能量总和宇宙的能量总和是个常数宇宙中的能量总和一开始便是固定的。能量既

8、不能被被创造，又不能被一开始便是固定的。能量既不能被被创造，又不能被消灭。能量可以从一种形式转化为另一种形式。消灭。能量可以从一种形式转化为另一种形式。热力学第一定律？热力学第一定律？热力学第二定律？热力学第二定律？总的熵是不断增加的每当能量从一种状态转总的熵是不断增加的每当能量从一种状态转化到另一种状态时，就会损失能在将来用于做某种功化到另一种状态时，就会损失能在将来用于做某种功的一定能量。的一定能量。熵：是不能再被转化做功的能量的总和的测定单熵：是不能再被转化做功的能量的总和的测定单位。定律：世界上的熵（即无效能量的总和）总是趋位。定律：世界上的熵（即无效能量的总和）总是趋向最大的量的。向

9、最大的量的。熵？熵？热力学第一定律、第二定律是彼此独立的吗？热力学第一定律、第二定律是彼此独立的吗？热力学第一定律说明了热力学过程中能量转换的热力学第一定律说明了热力学过程中能量转换的量的关系能量守恒；热力学第二定律说明了能量量的关系能量守恒；热力学第二定律说明了能量转换的方向问题服从能量守恒定律的过程并不一转换的方向问题服从能量守恒定律的过程并不一定都能实现；两个定律从不同的角度反映了热力学过定都能实现；两个定律从不同的角度反映了热力学过程的规律，二者不能互相替代，互相包容，是彼此独程的规律，二者不能互相替代，互相包容，是彼此独立的定律。立的定律。为什么说污染就是熵的同义词？为什么说污染就是

10、熵的同义词？举例举例“冷却的铁钳、平面上的水冷却的铁钳、平面上的水”试图诠释的是？试图诠释的是？“得到一定的惩罚得到一定的惩罚”指的是？指的是？能量转换时，损失了能在将来用于做某能量转换时，损失了能在将来用于做某种功的一定能量。种功的一定能量。熵的增加意味着有效能量的减少。被转化成了无熵的增加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污染。污染是世界上转化成无效效状态的能量构成了污染。污染是世界上转化成无效能量的全部有效能量的总和。能量的全部有效能量的总和。能量平均状态是熵值达到最大的状态，将不再能量平均状态是熵值达到最大的状态，将不再有任何自由能量来进一步做功。有任何自由能量来进一

11、步做功。区别地球上两个有效能量来源的基本点？区别地球上两个有效能量来源的基本点？为什么说为什么说“100100的回收是不可能的的回收是不可能的”？举例举例“餐具的使用餐具的使用”试图诠释的是？试图诠释的是？是否是否“在对人类有意义的时间内在对人类有意义的时间内”。可以逆转熵的过程，但同时必须消耗更多的能量。可以逆转熵的过程，但同时必须消耗更多的能量。物质可以循环再生，但必须以一定的衰变为代价。物质可以循环再生，但必须以一定的衰变为代价。“热寂热寂”来临，导致的是？来临，导致的是？人有提倡低熵世界观和低熵生活方式，你对此有人有提倡低熵世界观和低熵生活方式，你对此有何看法？何看法？是熵，是能量的耗

12、散，是做有用功的能力降低。是熵，是能量的耗散，是做有用功的能力降低。提示：低熵世界观，精髓是以保存有限的资源提示：低熵世界观，精髓是以保存有限的资源为思想基础，将能流降低到最低限度；低熵生活方为思想基础，将能流降低到最低限度；低熵生活方式，返朴归真，真正贯彻低度耗费。式，返朴归真，真正贯彻低度耗费。全文共全文共1515段。段。第第1 1段：段：引出热力学定律；引出热力学定律；第第2 2段：段：表述热力学的两个定律，引出表述热力学的两个定律，引出 熵的概念；熵的概念；第第3 34 4段：段：简说热力学第一定律；简说热力学第一定律；第第5 5段：段：过渡到论述熵；过渡到论述熵；第第6 67 7段：

13、段：对熵下定义并解说；对熵下定义并解说；第第8 89 9段：段：能量耗散与熵；能量耗散与熵；第第10101515段：有效能量与熵。段：有效能量与熵。【整体把握】zhengtibawo 课文节选自课文节选自熵：一种新的世界观熵：一种新的世界观的第二章第一节，的第二章第一节，主要解释了主要解释了“熵的定律熵的定律”的物理学意义，进而强调了有效的物理学意义，进而强调了有效能源的不可再生性，对能源危机表现出深深的忧虑。能源的不可再生性，对能源危机表现出深深的忧虑。开头引用人类学家麦克斯开头引用人类学家麦克斯 格拉克曼的话，来说明热力学格拉克曼的话，来说明热力学第一定律和第二定律经过科学家的第一定律和第

14、二定律经过科学家的“呕心沥血呕心沥血”和和“绞尽绞尽脑汁脑汁”，已成为，已成为“物理学基础教程物理学基础教程”的内容；然后举了的内容；然后举了“地球上各民族文化的民谚地球上各民族文化的民谚”，说明热力学两个定律的原，说明热力学两个定律的原理在生活中能体味得到。经过这样的铺垫，理在生活中能体味得到。经过这样的铺垫，“深不可测深不可测”的热力学概念变得可以亲近了。的热力学概念变得可以亲近了。【阅读评点】yuedupingdian 作者在第二段中将热力学的两个定律用作者在第二段中将热力学的两个定律用一句话概括出来，即一句话概括出来，即“宇宙的能量总和是个宇宙的能量总和是个常数，总的熵是不断增加的常数

15、，总的熵是不断增加的”，至此引出了，至此引出了“熵熵”的概念。作者并没有急于解释的概念。作者并没有急于解释“熵熵”的涵义，而是努力把上面的概括作通俗的阐的涵义，而是努力把上面的概括作通俗的阐释。首先指出热力学第一定律的实质就是能释。首先指出热力学第一定律的实质就是能量的守恒和转化，强调能量量的守恒和转化，强调能量“既不能被创造既不能被创造又不能被消灭又不能被消灭”，为下面说明热力学第二定，为下面说明热力学第二定律埋下伏笔。律埋下伏笔。能量虽然不能被消灭，但它在转化中却能耗散，能量虽然不能被消灭，但它在转化中却能耗散，“有效的有效的”“”“自由的自由的”能量，会变成能量，会变成“无效的无效的”“

16、”“封闭封闭的的”能量，我们会因此能量，我们会因此“得到惩罚得到惩罚”，这个惩罚就是熵，这个惩罚就是熵的增加。因为的增加。因为“熵是不能再被转化做功的能量的总和的熵是不能再被转化做功的能量的总和的测定单位测定单位”。算是给出了熵的通俗定义。算是给出了熵的通俗定义。作者进一步阐述熵的涵义。能量的耗散意味着熵的作者进一步阐述熵的涵义。能量的耗散意味着熵的增加，熵的增加就意味着有效能量的减少，有效能量的增加，熵的增加就意味着有效能量的减少，有效能量的减少就意味着污染的加剧，所以减少就意味着污染的加剧，所以“污染就是熵的同义污染就是熵的同义词词”。克劳修斯已经意识到，。克劳修斯已经意识到，“能量水准的

17、差异总是趋能量水准的差异总是趋向于零向于零”，冷却的铁钳与平面上的水都不能再做功了。，冷却的铁钳与平面上的水都不能再做功了。能量如果处于平均状态，熵值就达到了最大状态。能量如果处于平均状态，熵值就达到了最大状态。由是，议题由能量的耗散，自然过渡到由是，议题由能量的耗散，自然过渡到有关有关“能源危机能源危机”的探讨。作者从地球上能的探讨。作者从地球上能量来源、工业回收、物质衰变等角度探讨了量来源、工业回收、物质衰变等角度探讨了能源危机。地球上的可再生能源，满足不了能源危机。地球上的可再生能源，满足不了人类的需求，不可再生能源飞速耗尽。太阳人类的需求，不可再生能源飞速耗尽。太阳能也能也“每秒钟都在

18、递减每秒钟都在递减”，对它的利用十分，对它的利用十分有限。在能源问题上，不允许有半点乐观，有限。在能源问题上，不允许有半点乐观，因为因为“每当你点燃一支香烟的时候，世界上每当你点燃一支香烟的时候，世界上的有效能量就减少了一点儿的有效能量就减少了一点儿”。热力学第二定律是冷酷无情的，热力学第二定律是冷酷无情的，“物质虽然可物质虽然可以循环再生，但必须以一定的衰变为代价以循环再生，但必须以一定的衰变为代价”。“工工业回收业回收”不可能做到不可能做到100%100%。回收加工又要消耗新的。回收加工又要消耗新的能量，使熵继续增加。从理论上讲，当宇宙中的有能量，使熵继续增加。从理论上讲，当宇宙中的有效能

19、量告罄时，便达到了一种热平衡状态，即效能量告罄时，便达到了一种热平衡状态，即“热热寂寂”。那时，将不会有任何可以做功的能量，更不。那时，将不会有任何可以做功的能量，更不会有生命。即使在太阳的有生之年，经过几十亿年，会有生命。即使在太阳的有生之年，经过几十亿年，太阳或许能把地球上耗散的能量又重新聚集起来，太阳或许能把地球上耗散的能量又重新聚集起来，但人类已等不到那个时候了。但人类已等不到那个时候了。下列推断错误的一项是（下列推断错误的一项是（）A.A.宇宙中的能量总和是一定的。能量不会消失也可以宇宙中的能量总和是一定的。能量不会消失也可以转化。转化。B.B.既然熵的不断增加是客观规律，所以总的来

20、说，不既然熵的不断增加是客观规律，所以总的来说，不论人如何努力，污染都是不可避免的。论人如何努力，污染都是不可避免的。C.C.人类科学技术的进步，完全可以发现并创造出新的人类科学技术的进步，完全可以发现并创造出新的能量。能量。D.D.世间一切事物的运动都在不断地耗散能量。世间一切事物的运动都在不断地耗散能量。【课堂巩固】ketanggonggu 对课文理解有误的一是（对课文理解有误的一是（）A.A.烧红的火钳和水坝截住的水具有有效的自由烧红的火钳和水坝截住的水具有有效的自由的能量。的能量。B.B.人们用水桶把水从坝底提到坝顶再让水落下人们用水桶把水从坝底提到坝顶再让水落下来，或者把火钳再一次加

21、热，这时它们的熵来，或者把火钳再一次加热，这时它们的熵值最大。值最大。C.C.冷却的铁钳与平面上的水的能量是封闭的或冷却的铁钳与平面上的水的能量是封闭的或无效的，都不属于自由能。无效的，都不属于自由能。D.D.世界上能量总是趋向于没有任何能量级别差世界上能量总是趋向于没有任何能量级别差异的能量平均状态。异的能量平均状态。课文第一段，作者举了三个民谚来启发人课文第一段，作者举了三个民谚来启发人们认识热力学第二定律。请结合课文知识，们认识热力学第二定律。请结合课文知识，从能量耗散的方面，阐释下面语句的意义：从能量耗散的方面，阐释下面语句的意义：你不可能不劳而获：任何收获总是要消耗一定能量的，不任何

22、收获总是要消耗一定能量的，不付出的收获是没有。被消耗的能量，就不付出的收获是没有。被消耗的能量，就不能再用来做功了。高楼夷为平地后，不可能再用来做功了。高楼夷为平地后，不可能自己再拔地而起；水从水坝上流到坝底，能自己再拔地而起；水从水坝上流到坝底，不可能自己再返回坝上。要想重新做功，不可能自己再返回坝上。要想重新做功，就要消耗新的能量，而熵总是持续增加的。就要消耗新的能量，而熵总是持续增加的。事物处于凝聚状态，就有了势能；一事物处于凝聚状态，就有了势能；一旦分散开来，就再也不能自动回到凝聚状旦分散开来，就再也不能自动回到凝聚状态。餐具在使用中，由于磨损，金属分子态。餐具在使用中，由于磨损，金属

23、分子不断离开餐具，最终不断离开餐具，最终“零零星星地散失在零零星星地散失在土地里土地里”。虽然它们依然存在，但已不能。虽然它们依然存在，但已不能作为成块的金属被有效地使用了。作为成块的金属被有效地使用了。覆水难收：覆水难收：是是老子老子中的话，原意为天道像一张中的话，原意为天道像一张大网，广阔无边，稀疏却不会有一点漏失。大网，广阔无边，稀疏却不会有一点漏失。后来常用来比喻国家的法网虽宽，却不会漏后来常用来比喻国家的法网虽宽，却不会漏掉一个坏人。在本文中，这句话意为：自然掉一个坏人。在本文中，这句话意为：自然界虽然广大无边，但也从不疏漏。用课文中界虽然广大无边，但也从不疏漏。用课文中的原话来说，

24、就是每当能量从一种状态转化的原话来说，就是每当能量从一种状态转化到另一种状态时，我们会到另一种状态时，我们会“得到一定的惩得到一定的惩罚罚”。这个惩罚就是我们损失了能在将来用。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。于做某种功的一定能量。这就是所谓的熵。天网恢恢，疏而不漏天网恢恢，疏而不漏：熵，从火，商声。本文多次以燃熵，从火，商声。本文多次以燃烧为例展开议论。试找出三个例子，说烧为例展开议论。试找出三个例子，说说作者举例时所说明的道理。说作者举例时所说明的道理。燃烧的例子有：烧掉一块煤、烧红了的火钳、点燃烧的例子有：烧掉一块煤、烧红了的火钳、点燃一支香烟等。分别

25、说明：煤的能量没有消失，但它燃一支香烟等。分别说明：煤的能量没有消失，但它却不能再用来做功了；热量总是从温度较高的物体流却不能再用来做功了；热量总是从温度较高的物体流向温度较低的物体，当温度平均后，就达到了向温度较低的物体，当温度平均后，就达到了“能量能量平均状态平均状态”，不能再做功了，这时，不能再做功了，这时“熵值达到最大的熵值达到最大的状态状态”；能量耗散的不可逆性，点燃一支香烟的确微；能量耗散的不可逆性，点燃一支香烟的确微不足道，但世界上的有效能量就会因此减少一点儿，不足道，但世界上的有效能量就会因此减少一点儿，真是真是“天网恢恢，疏而不漏天网恢恢，疏而不漏”。课文题目课文题目熵：一种新的世界熵：一种新的世界观观指的究竟是一种怎样的指的究竟是一种怎样的“新新的世界观的世界观“？作者认为人类科学技术的发展史是一个作者认为人类科学技术的发展史是一个能量不断消耗、熵不断增加的过程，也是人能量不断消耗、熵不断增加的过程，也是人类自身不断衰退、一步步走向毁灭的过程。类自身不断衰退、一步步走向毁灭的过程。作者对人类发展史和人类未来的发展持悲观作者对人类发展史和人类未来的发展持悲观的态度。作者用熵来重新认识人类发展史和的态度。作者用熵来重新认识人类发展史和发展前景，是一种新的世界观。发展前景，是一种新的世界观。