高中物理-熱力學(xué)第二定律教學(xué)設(shè)計(jì)

1、高中物理-熱力學(xué)第二定律教學(xué)設(shè)計(jì)1.教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)：（一）知識(shí)與技能1、了解熱傳遞過(guò)程的方向性。2、知道熱力學(xué)第二定律的兩種不同的表述，以及這兩種表述的物理實(shí)質(zhì)。3、知道什么是第二類永動(dòng)機(jī)，為什么第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成。（二）過(guò)程與方法1、熱力學(xué)第二定律的表述方式與其他物理定律的表述方式有一個(gè)顯著不 同，它是用否定語(yǔ)句表述的。2、熱力學(xué)第二定律的表述不只一種，對(duì)任何一類宏觀自然過(guò)程進(jìn)行方向的說(shuō)明，都可以作為熱力學(xué)第二定律的表述，學(xué)習(xí)本節(jié)時(shí)注意這一方法。（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀1、通過(guò)學(xué)習(xí)熱力學(xué)第二定律，可以使學(xué)生明白熱機(jī)的效率不會(huì)達(dá)到100%我們只能想辦法盡量提高熱機(jī)的效率，但不能渴求達(dá)到1

2、00%2、自然界發(fā)生的一切過(guò)程中的能量都是守恒的，但不違背能量守恒定律 的宏觀過(guò)程并不是都能發(fā)生。2 .教學(xué)重點(diǎn)/難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn):熱力學(xué)第二定律兩種常見(jiàn)的表述。教學(xué)難點(diǎn)：1、熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文表述。2、自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性。3 .教學(xué)用具4 . 標(biāo)簽教學(xué)過(guò)程教學(xué)過(guò)程：(一)引入新課任何物體都具有內(nèi)能，在地球上貯存量十分豐富的海水總質(zhì)量約達(dá)1.4 X 1018噸，它的溫度只要降低0.1 C,就能釋放相當(dāng)于1800萬(wàn)個(gè)功率為100萬(wàn)千瓦的 核電站一年的發(fā)電量，而人類都不能利用這種“新能源”，究其原因，是因?yàn)?涉及物理學(xué)的一個(gè)基本定律。我們?cè)诔踔袑W(xué)過(guò)，當(dāng)物體溫度升高時(shí)，就

3、要吸收熱量；當(dāng)物體溫度降低時(shí), 就要放出熱量。而且熱量公式 Q = cmAt ,這里有一個(gè)有趣的問(wèn)題：地球上有 大量的海水，它的總質(zhì)量約為1.4X1018 t , 如果這些海水的溫度降低 0.1oC, 將要放出多少焦耳的熱量？海水的比熱容為C=4.2X103J/(kg? C)。下面請(qǐng)大家 計(jì)算一下。學(xué)生計(jì)算：Q = 4.2 X 103X 1.4 X 1018X103X 0.1 J = 5.8 X1023J 這相當(dāng)于1800萬(wàn)個(gè)功率為100萬(wàn)千瓦的核電站一年的發(fā)電量。為什么人們不去 研究這“新能源”呢？原來(lái)，這樣做是不可能的，這涉及物理學(xué)的一個(gè)基本定 律，這就是本節(jié)要討論的熱力學(xué)第二定律。（二）

4、新課教學(xué)1、熱傳遞的方向性演示實(shí)驗(yàn)：點(diǎn)燃酒精燈，用鉗夾住事先準(zhǔn)備好的鐵塊，在火焰上灼燒一段時(shí)間 后，問(wèn)學(xué)生現(xiàn)在如果用手摸會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？下面把灼熱的鐵塊放入冷水中， 過(guò)一段時(shí)間，拿出鐵塊現(xiàn)在你們敢用手摸嗎？通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明什么問(wèn)題？學(xué)生思考，教師給予啟發(fā)學(xué)生回答：熱量從溫度高的物體自發(fā)地傳給溫度低的物體再讓學(xué)生列舉一些這樣的例子，例如：雪花落在手上就融化，挨著火爐就溫暖 等等。利用課本中“思考與討論”開(kāi)展小組討論并進(jìn)行對(duì)話交流。教師反問(wèn)學(xué)生：有沒(méi)有可能發(fā)生這樣的現(xiàn)象，熱量自發(fā)地從低溫物體傳給高溫 物體，使低溫物體的溫度越來(lái)越低，高溫物體的溫度越來(lái)越高。這里所說(shuō)的“自發(fā)地”，指的是沒(méi)有任何外界的

5、影響或幫助。學(xué)生思考討論一會(huì)后，有的 同學(xué)可能產(chǎn)生疑問(wèn)：電冰箱內(nèi)部的溫度比外部低，為什么致冷系統(tǒng)還能夠不斷 地把冰箱內(nèi)的熱量傳給外界的空氣？教師展示電冰箱模型給學(xué)生簡(jiǎn)要講解（多媒體課件）。這是因?yàn)殡姳湎牧穗娔?，?duì)致冷系統(tǒng)做了功。一旦切斷電源，電冰箱就不 能把其內(nèi)部的熱量傳給外界的空氣了。相反，外界的熱量會(huì)自發(fā)地傳給電冰 箱，使其溫度逐漸升高?？偨Y(jié)：熱傳導(dǎo)的方向性：兩個(gè)溫度不同的物體相互接觸時(shí)，熱量會(huì)自發(fā)地從高 溫物體傳給低溫物體。要實(shí)現(xiàn)相反過(guò)程，必須借助外界的幫助，因而會(huì)產(chǎn)生其 他影響或引起其他變化。結(jié)論：熱力學(xué)第二定律的一種表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。 這是熱力學(xué)第二定律

6、的克勞修斯表述。老師講解對(duì)定律的理解：這里闡述的是熱傳遞的方向性.在這個(gè)表述中，“自發(fā)” 二字指的是：當(dāng)兩個(gè)物體接觸時(shí)，不需要任何第三者的介入、不會(huì)對(duì)任何第三者 產(chǎn)生任何影響，熱量就能從一個(gè)物體傳向另一個(gè)物體.當(dāng)兩個(gè)溫度不同的物體接 觸時(shí)，這個(gè)“自發(fā)”的方向是從高溫物體指向低溫物體的。教師指出：熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述實(shí)質(zhì)上就是：熱傳遞過(guò)程是不可逆 的。2、熱力學(xué)第二定律的另一種表述（第二類永動(dòng)機(jī)）前面我們學(xué)習(xí)了第一類永動(dòng)機(jī)及其不能制成的原因（違背了能量守恒），接著 來(lái)學(xué)習(xí)第二類永動(dòng)機(jī)。分組合作學(xué)習(xí)，思考討論下列問(wèn)題：1、熱機(jī)是一種把什么能轉(zhuǎn)化成什么能的裝置？2、熱機(jī)的效率能否達(dá)到100%

7、 3、第二類永動(dòng)機(jī)模型HI 1Q,J-S的鼾,：桿燈的看竹祝4、機(jī)械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性然后由各小組代表回答，教師進(jìn)行思路點(diǎn)撥1、熱機(jī)是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的裝置2、熱機(jī)的效率不能達(dá)到100%原因分析：以內(nèi)燃機(jī)為例，氣缸中的氣體得到燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量為Q1,推動(dòng)活塞做功W然后排出廢氣，同時(shí)把熱量 Q2散發(fā)到大氣中，由能量守恒定律可知：Q1 = W + Q2我們把熱機(jī)做的功Wft它從熱源吸收的熱量Q1的比值叫做熱機(jī)的效率, 用T表示4=W / Q1實(shí)際上熱機(jī)不能把得到的全部?jī)?nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，熱機(jī)必須有熱源和冷 凝器，熱機(jī)工作時(shí)，總要向冷凝器散熱，不可避免的要由工作物質(zhì)帶走一部分 熱量Q2,所以有

8、：Q1>W因此，熱機(jī)的效率不可能達(dá)到100%汽車上的汽油機(jī)效率只有20%- 30%蒸汽輪機(jī)的效率比較高，也只能達(dá)到 60%即使是理想熱機(jī)，沒(méi)有摩擦， 也沒(méi)有漏氣等能量損失，它也不可能把吸收的熱量百分之百的轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，總要有一部分散發(fā)到冷凝器中。師生總結(jié)：熱力學(xué)第二定律的另一種表述：不可能從單一熱源吸收熱量，使之完 全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。這是熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文表述（也稱第二類永動(dòng)機(jī)）。教師應(yīng)該強(qiáng)調(diào)定律內(nèi)容”而不產(chǎn)生其他影響”這個(gè)條件，舉出“絕熱膨脹”的 例子加以說(shuō)明。第二類永動(dòng)機(jī)并不違反能量守恒定律，人們?yōu)榱酥圃斐龅诙愑绖?dòng)機(jī)作出了各 種努力，但同制造第一類永動(dòng)機(jī)一樣，都失敗了

9、。為什么第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成呢？因?yàn)闄C(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過(guò)程具有方向性。機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，同時(shí)不引起其他變化。（三）課堂小結(jié)熱力學(xué)第二定律的兩種表述表述一：不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化（按照熱傳遞的方向性來(lái)表述的）表述二：不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來(lái)做功，而不引起其 他變化。也可表述為第二類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的。（機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化具有方 向性） 這兩種表述是等價(jià)的，可以從一種表述導(dǎo)出另一種表述，所以他們都稱為熱力 學(xué)第二定律。熱力學(xué)第二定律揭示了有大量分子參與的宏觀過(guò)程的方向性（自然界中進(jìn)行的 涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性）。因此，對(duì)任何一類宏觀自然過(guò)程進(jìn)行方 向的說(shuō)明，都可以作為熱力學(xué)第二定律的表述。注意：不管如何表述，熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)在于揭示了： 一切與熱現(xiàn)象有關(guān) 的實(shí)際宏觀過(guò)程都是不可逆的。課堂小結(jié)1、熱力學(xué)第二定律有常見(jiàn)的兩種表述，提示了有大量分子參與的宏觀過(guò)程（即與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程）的方向性，第二類永動(dòng)機(jī)不可能