人教版高中物理選修熱力學(xué)定律教學(xué)設(shè)計(jì)

1、人教版高中物理選修(3-3)第十章熱力學(xué)定律教學(xué)設(shè)計(jì)物理名言：在自然過程的龐大工廠里，嫡的原理起著經(jīng)理的作用，因?yàn)樗?guī)定整個(gè)企業(yè)的經(jīng)營方式和方法；而能的原理僅僅充當(dāng)了簿記員，平衡著貸方和借方一一R埃姆登(1862-1940)。德國物理學(xué)家，主要從事天體物理學(xué)研究。冷熱變化是最早引起人們關(guān)注的自然現(xiàn)象之一。人類不但掌握了精確的測溫控溫方法，還可以人工產(chǎn)生高熱和深冷，在高熱和深冷的“世界”里不斷發(fā)現(xiàn)科學(xué)的奇跡。物理學(xué)中的熱學(xué)，已經(jīng)成為當(dāng)代科技中最活躍的領(lǐng)域之一。10.1、2功和內(nèi)能熱和內(nèi)能三維教學(xué)目標(biāo)1、知識(shí)與技能(D了解內(nèi)能改變的兩種方式：做功、熱傳遞；(2)理解內(nèi)能的變化可以分別由功和熱量來量

2、度，知道做功和熱傳遞對改變物體內(nèi)能是等效的；(3)知道什么是絕熱過程。2、過程與方法：通過書本中的事例體會(huì)做功和熱傳遞都能改變物體的內(nèi)能。3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀：教學(xué)重難點(diǎn)(1)改變內(nèi)能兩種方式及內(nèi)能改變量度；(2)對做功和熱傳遞對改變內(nèi)能是等效的理解。教學(xué)教具：細(xì)鐵棒、鐵錘、灑精燈、木塊、厚壁玻璃筒(帶活塞)、硝化棉、乙醛、學(xué)生每人準(zhǔn)備一小段鋼絲等.教學(xué)過程：第一節(jié)功和內(nèi)能熱和內(nèi)能(一)復(fù)習(xí)引入提問：(1)什么是物體的內(nèi)能？(物體內(nèi)所有分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子勢能的總和，叫做物體的內(nèi)能)(2)什么叫分子的動(dòng)能？它和哪些因素有關(guān)？(由于分子在不停地做著無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)而具有的動(dòng)能.它與物體的溫度有關(guān)

3、，溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志)(3)什么叫分子的勢能？它和哪些因素有關(guān)？(分子間存在相互作用力，分子間具有由它們的相對位置決定的勢能，這就是分子勢能，它和物體的體積有關(guān))(4)物體的內(nèi)能和哪些因素有關(guān)呢？(與物體的溫度和體積有關(guān))小結(jié)：通常情況下，對固體或液體，由于體積變化不明顯，主要是通過溫度的變化來判斷內(nèi)能是否改變。(二)新課教學(xué)1、提出問題如何改變物體的內(nèi)能呢？物體內(nèi)能的變化可以通過什么表現(xiàn)出來呢？或者說怎樣判斷一個(gè)物體(如一杯水、一塊鐵塊)的內(nèi)能是否改變呢？2、尋找解決問題的辦法有的想到“摩擦”，有的想到“折”，有的想到“敲打”，有的想到用“鋼鋸鋸”，有的想到“燒”，有的想到“曬”，有的

4、想到“烤”，有的想到“燙”、“冰”等等.一邊想辦法，一邊體驗(yàn)內(nèi)能是不是已經(jīng)增加了。3、知識(shí)的提練改變物體內(nèi)能的物理過程有兩種：做功和熱傳遞。4、新知識(shí)的深入探討(1)內(nèi)能改變的量度如何量度物體內(nèi)能的改變多少呢？10.3熱力學(xué)第一定律能量守恒定律三維教學(xué)目標(biāo)1、知識(shí)與技能(D認(rèn)識(shí)物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)形式有多種，對應(yīng)不同運(yùn)動(dòng)形式的運(yùn)動(dòng)有不同形式的能，各種形式的能在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化；(2)進(jìn)一步掌握能的轉(zhuǎn)化和守恒定律，并了解能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的意義；(3)運(yùn)用公式4U=VWQ分析有關(guān)問題并具體進(jìn)行計(jì)算。2、過程與方法：3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀：教學(xué)重點(diǎn)：熱力第一定律教學(xué)難點(diǎn)：能量守恒教學(xué)教具：多媒體課件教

5、學(xué)過程：第三節(jié)熱力學(xué)第一定律能量守恒定律(一)復(fù)習(xí)提問物體做什么樣的運(yùn)動(dòng)具有機(jī)械能？機(jī)械能轉(zhuǎn)化和守恒定律的內(nèi)容是什么？(二)新課教學(xué)1、熱力學(xué)第一定律分析下列特殊情況：(1)如果物體只與外只有熱交換，沒有做功，外界傳給物體4J熱量物體的內(nèi)能增加了多少？物體若向外界傳出了4J熱量，物體內(nèi)能如何變化？結(jié)論：在沒有做功情況下，物體與外界間傳遞熱量Q,物體內(nèi)能變化為4U,則4U=Q,為了在此表達(dá)式中能反映物體對外界是吸熱不是放熱，作出規(guī)定：吸熱Q取正值，放熱Q取負(fù)值，由此可知：物體吸熱，內(nèi)能增加，放熱，內(nèi)能減少。(2)如果物體和外界不發(fā)生熱交換，當(dāng)外界對物體做了10J功，物體內(nèi)能增加了多少？當(dāng)物體對外

6、做了10J功，物體內(nèi)能又如何變化？結(jié)論：在無熱交換T#況下，u=w(對外做功時(shí)，w取負(fù)值)(3)如果物體內(nèi)能在改變的過程中，既有熱傳遞又有做功，例如外界對物體做了10J的功，同時(shí)物體吸收4J熱量，物體的內(nèi)能如何變化？(4)又如，外界對物體做10J功，物體放熱4J物體內(nèi)能又如何變化？又物體對外界做了10J功，物體吸熱4J,物體放熱4J物體內(nèi)能又如何變化？綜上所述：在能的轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移過程中，一個(gè)物體，如果沒有吸收熱量也沒有放出熱量，那么外界對它做多少功它的內(nèi)能就增加多少；如果它既沒有對外做功，外界也沒有對其做功，則它從外界吸收多少熱量，它的內(nèi)能就增加多少。用U表示物體內(nèi)能的增量，用Q表示吸收的熱量，用

7、W表示外界對物體所做的功，那么：4U=Q+Wk式就是熱力學(xué)第一定律。例1:一定量的氣體從外界吸收了2.6X105J的熱量，內(nèi)能增加了4.2X105J,外界對物體做了多少功?解：根據(jù)熱力學(xué)第一定律得，WAUI-Q=4.2X105J2.6X105J=1.6X105J2、能的轉(zhuǎn)化物體的每一種運(yùn)動(dòng)形式都有一種對應(yīng)的能機(jī)械運(yùn)動(dòng)一一機(jī)械能電荷運(yùn)動(dòng)電能生物運(yùn)動(dòng)生物能各種形式的能可以相互轉(zhuǎn)化:熱運(yùn)動(dòng)內(nèi)能化學(xué)運(yùn)動(dòng)一一化學(xué)能原子核內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)一一原子能機(jī)械能中的動(dòng)能和勢能可互相轉(zhuǎn)化(自由落體運(yùn)動(dòng))，機(jī)械能可以與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化(摩擦生熱，消耗了機(jī)械能通過做功的形式轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；熱機(jī)中的氣體推動(dòng)活塞做功把氣體內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械

8、能)，其它形式有能也可以轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，如電流通過導(dǎo)體時(shí)，把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；熾熱的燈絲發(fā)光，又把內(nèi)能轉(zhuǎn)化成光能；燃燒時(shí)，把化學(xué)能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能)3、能量守恒定律(1)內(nèi)容：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能眾一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中其總量不變。4、永動(dòng)機(jī)不可能制成討論：第一類永動(dòng)機(jī)是否真的能永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去？(它不可能持續(xù)運(yùn)動(dòng)的原因：雖然右邊每個(gè)球的力矩大,但球的個(gè)數(shù)少，左邊的每個(gè)球產(chǎn)生的力矩雖然小，但是球的個(gè)數(shù)多，于是輪子不會(huì)持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)下去對外做功，只會(huì)擺動(dòng)幾下便停在圖中所畫的位置上)，不消耗能量的機(jī)器從來沒有制成功過。能量不能創(chuàng)生，工程技術(shù)的任

9、務(wù)在于設(shè)法找出合理利用能源途徑和減少能量損耗，而不是去研制永動(dòng)機(jī)。10.4熱力學(xué)第二定律三維教學(xué)目標(biāo)1、知識(shí)與技能(D了解熱力學(xué)第二定律的發(fā)展簡史；(2) 了解什么是第二類永動(dòng)機(jī)，為什么第二類永動(dòng)機(jī)不可以制成；(3) 了解熱傳導(dǎo)的方向性；(4) 了解熱力學(xué)第二定律的兩種表述方法，以及這兩種表述的物理實(shí)質(zhì)；(5) 了解什么是能量耗散。2、過程與方法：3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀：教學(xué)重點(diǎn)：熱力學(xué)第二定律及所反映出的熱現(xiàn)象的宏觀過程的方向性。教學(xué)難點(diǎn)：熱力學(xué)第二定律中所描述的"不發(fā)生其他變化"。教學(xué)方法：多媒體輔助教學(xué)，分析討論講解相結(jié)合。教學(xué)器材：多媒體演示系統(tǒng)、自制電腦教學(xué)軟件。

10、教學(xué)過程:第四節(jié)熱力學(xué)第二定律(一)引入新課提問：熱力學(xué)第一定律的內(nèi)容是什么？第一類永動(dòng)機(jī)為什么沒有制成？能量守恒定律是怎樣表述的？在能量守恒定律中，存在著能量的"轉(zhuǎn)移"和"轉(zhuǎn)化"，具體到熱力學(xué)第二定律，內(nèi)能和內(nèi)能之間存在著"轉(zhuǎn)移”以及內(nèi)能和機(jī)械能之間也存在著"轉(zhuǎn)化”的過程，引入課題：熱力學(xué)第二定律。(二)新課教學(xué)1、內(nèi)能的轉(zhuǎn)移：內(nèi)能轉(zhuǎn)移實(shí)質(zhì)就是熱傳遞。例1:冰箱中的冰激凌在停電時(shí)的融化過程，引導(dǎo)學(xué)生分析融化的原因。(熱量可以從高溫物體傳遞給低溫物體)冰箱里的冰激凌在冰箱正常工作時(shí)并沒有融化。進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思考熱量只能從高溫物體傳遞給

11、低溫物體這種說法是否妥當(dāng)。如果不妥當(dāng)應(yīng)該怎樣說。從而得出所謂的熱量從高溫物體向低溫物體傳遞是一個(gè)自發(fā)的過程，熱量從低溫物體向高溫物體轉(zhuǎn)移需要其他的物理過程參與。(以模擬動(dòng)畫說明內(nèi)能轉(zhuǎn)移過程的方向性)(1)熱力學(xué)第二定律克勞修斯表述：不可能使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體而不產(chǎn)生其他變化。內(nèi)能轉(zhuǎn)移過程的方向性說明：不產(chǎn)生其他變化是指沒有其他物理過程參與。2、內(nèi)能和機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)化(1)第二類永動(dòng)機(jī)瓦特蒸汽機(jī)的發(fā)明說明人們開始了熱機(jī)理論的研究，("熱機(jī)”就是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)械)1824年，卡諾在論火的動(dòng)力中指出"凡是有溫度差的地方就能夠發(fā)生動(dòng)力"1834年，克

12、拉珀龍把卡諾這一思想幾何化為"卡諾循環(huán)"熱機(jī)從高溫?zé)嵩次諢崃縌,其中一部分對外做功W另一部分被釋放給低溫?zé)嵩?，根?jù)能量守恒定律Q=Q2+Wri=W/Q1=(Q1-Q2)/Q1=1-Q2/Q1，可以知道Q越少，越高，于是人們就考慮能否讓Q不存在，這樣就可以產(chǎn)生一個(gè)7)=100%的熱機(jī)，就可以產(chǎn)生另一種永動(dòng)機(jī)，可以看到這種機(jī)械并不違反能量守恒定律，這一類永動(dòng)機(jī)叫第二類永動(dòng)機(jī)。第二類永動(dòng)機(jī)：能從單一熱源吸收熱量全部用來做功而不引起其他變化的機(jī)械。如果這一類永動(dòng)機(jī)能夠制成，它就可以從外界諸如空氣、海洋、土壤等單一熱源中不斷地吸取能量，而對外做功。眾所周知在空氣和海洋中內(nèi)能是取之不

13、盡的，這樣的話飛機(jī)不用帶油箱，輪船不用帶燃料。人們?yōu)榇俗龀隽嗽S多努力，做了大量的嘗試，但是第二類永動(dòng)機(jī)始終還是沒能制成。伴隨著一次次的失敗，終于認(rèn)識(shí)到第二類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的。這個(gè)結(jié)論是開爾文首先提出來的。(2)開爾文表述：不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不產(chǎn)生其他變化。即：第二類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的。說明：熱力學(xué)第二定律兩種表述形式實(shí)質(zhì)是一樣的，只是側(cè)重角度不同：(1)克勞修斯表述體現(xiàn)熱傳導(dǎo)的方向性(2)開爾文表述體現(xiàn)機(jī)械能和內(nèi)能之間轉(zhuǎn)化的方向性3、能量耗散自然界中的能量有的便于利用而有的不便于利用，內(nèi)能作為能量發(fā)展的最終形式是沒有辦法把這些流散的內(nèi)能重新收集起來加以利用。舉

14、例：電能轉(zhuǎn)化為光能再轉(zhuǎn)化為內(nèi)能：烤火時(shí)高溫物體的內(nèi)能變?yōu)榈蜏匚矬w的內(nèi)能都是無法將散失的內(nèi)能重新再利用能量耗散是從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有的方向性。說明能量耗散不是能量損失，只是可便于利用的能量減少了。總結(jié)：熱力學(xué)第二定律提示了有大量分子參與的宏觀過程的方向性，使得它成為獨(dú)立于熱力學(xué)第一定律的一個(gè)重要自然規(guī)律。說明：不僅僅在物理上存在這種"方向性"，在其他領(lǐng)域也都存在。比如：化學(xué)中的不可逆反應(yīng)；生物中的進(jìn)化過程的不可逆都說明了這一點(diǎn)。10.5能源環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展三維教學(xué)目標(biāo)1、知識(shí)與技能(D了解什么是能源，了解什么是常規(guī)能源，了解常規(guī)能源的儲(chǔ)備與人類需求間的

15、矛盾；(2) 了解常規(guī)能源的使用與環(huán)境污染的關(guān)系；(3) 了解哪些能源是清潔能源，哪些能源可再生；(4) 要求就能源與環(huán)境問題開展研究性學(xué)習(xí)。2、過程與方法：3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀：教學(xué)重難點(diǎn)：常規(guī)能源與新能源，能源與環(huán)境；研究性學(xué)習(xí)的課題選擇及材料的收集。教學(xué)方法：學(xué)生課堂自學(xué)結(jié)合討論歸納。教學(xué)過程：第五節(jié)能源環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展1、能源(1)常規(guī)能源與新能源；常規(guī)能源有：煤、石油、天然氣等。新能源有：風(fēng)能、潮汐能、太陽能、原子能、沼氣等。(2)常規(guī)能源的儲(chǔ)備與利用間的關(guān)系：(3)常規(guī)能源的利用與環(huán)境污染環(huán)境污染的種類：大氣污染、水污染、噪聲污染，具體有：溫室效應(yīng)、酸雨、光化學(xué)污染。(4)環(huán)境污

16、染的防止：2、研究性學(xué)習(xí)課題總課題：能源與環(huán)境子課題：(1)研究“溫室效應(yīng)”的形成(起因、結(jié)果)與防止。(2)簡易太陽灶的制作。(3)家用太陽能熱水器的工作原理。(4)煤和石油中的化學(xué)能從何而來?3、能源與環(huán)境保護(hù)教育(1)能源與環(huán)境人類的生活離不開能源。如果沒有能源，人就得吃生米、生菜、生肉，這對原始人來說，可以，對現(xiàn)代人來說，那不可想像。要把飯菜燒熟，就得能源。照明需要能源，坐汽車、火車、輪船、飛機(jī)也需要能源，煉鋼煉鐵、開動(dòng)機(jī)器都得有能源。人類能源的總來源是太陽。這就是說，不僅風(fēng)能、水力能、海浪能、生物質(zhì)能、太陽能等自然能源來自太陽，就是礦物燃料煤、石油、天然氣也來自太陽。以上這些屬于一次

17、能源，由一次能源生產(chǎn)的電力屬于二次能源。目前在人類能源當(dāng)中挑大梁的一次能源是煤、石油、天然氣這些礦物燃料。礦物燃料的大量使用，給環(huán)境帶來十分廣泛的影響：礦物燃料的開采要?dú)У粢恍┩恋?，有時(shí)不可避免地要占用一部分農(nóng)田。礦物燃料的運(yùn)輸也會(huì)帶來環(huán)境問題，如海上石油運(yùn)輸，經(jīng)常發(fā)生事故，泄漏的原油污染大片海域；就是不發(fā)生事故，壓艙水的排放也常常在小范圍內(nèi)使海域受到污染。礦物燃料的燃燒，對環(huán)境產(chǎn)生的影響最大。其中硫氧化物、氮氧化物等各種有害氣體污染空氣，已經(jīng)使人們難以忍受，因?yàn)榈V物燃料的燃燒總是要排放出非常多的二氧化碳，甚至達(dá)到改變空氣成分的比例的程度，使地球的氣溫升高，這已經(jīng)成了全世界格外關(guān)注、十分頭疼的

18、一個(gè)環(huán)境問題。怎樣才能減少因能源使用而帶來的環(huán)境影響呢？首先，要節(jié)約能源。減少全人類的能源消耗，才能減少二氧化碳的排放。這是從環(huán)境保護(hù)的角度說，節(jié)約能源勢在必行。另一方面，能源本身也存在著危機(jī)。據(jù)勘察，地球上可供開采的石油有816億噸，天然氣495億噸，煤10萬億噸?，F(xiàn)在全世界每年的能源總消耗量大體上是95億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中主要的是石油、天然氣和煤，分別占45%19%25%此外，還有7%勺水電，3%勺核能。按照目前的消費(fèi)狀況，石油將在三四十年內(nèi)采完，煤炭雖多，也只能開采250年左右。以后，隨著科技水平的提高，這些礦物能源的儲(chǔ)量也可能提高，但是，不管怎么說，地殼運(yùn)動(dòng)給我們預(yù)備下的礦物燃料總是有數(shù)的

19、，我們用一點(diǎn)就少一點(diǎn)，不悠著點(diǎn)兒用，恐怕是要被動(dòng)的。其次，要利用高科技，開發(fā)新能源。目前原子能發(fā)電已進(jìn)入實(shí)用階段，受控?zé)岷司圩兊奶剿饕苍诓讲角斑M(jìn)，有望加入人類能源的行列。再次，要積極利用自然能。其中包括，直接利用太陽能，太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、海浪，潮汐發(fā)電、水力發(fā)電等。這些能源的使用，基本上對環(huán)境沒有污染，因此被人們稱作“清潔能源”。還有，還必須治理礦物能源燃燒產(chǎn)生的污染物。最后一點(diǎn)必須說明的是，要注意解決廣大農(nóng)村的能源問題。全世界的廣大農(nóng)村，能源相當(dāng)缺乏。全球大約有15億農(nóng)村人口用不上煤、石油、天然氣這些礦物燃料，他們只能砍柴燒，或燒牛羊糞或燒作物秸稈。有的農(nóng)民要花費(fèi)很大精力去剝樹皮、砍灌木

20、、鏟草根、揀牛糞。這樣做的結(jié)果，毀掉了很多樹木，破壞了綠色植被，對生態(tài)環(huán)境也是一種巨大的破壞。由于全世界每年要燒掉4億噸以上的牛糞和秸稈，使越來越貧瘠的土壤喪失了很多有機(jī)物還田的機(jī)會(huì)。不解決這些農(nóng)民的能源問題，他們的生存環(huán)境就會(huì)更加惡化，他們也難以擺脫貧困的境地。(2)人類優(yōu)先開發(fā)的五種新能源在即將過去的20世紀(jì)中，人類使用的能源主要有三種，就是原油、天然氣和煤炭。而根據(jù)國際能源機(jī)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)，假使按目前的勢頭發(fā)展下去，不加節(jié)制，那么，地球上這三種能源能供人類開采的年限，分別只有40年、50年和240年了。四五十年。從人類歷史的角度來看，實(shí)在是非常非常的短促；試想一下，對于今于20來歲的年輕人來說，到他們六七十歲的時(shí)候，如果地球上已經(jīng)沒有原油和天然氣可用，我們能不為此感到驚愕嗎？所以，開發(fā)新能源，替代上述三種傳統(tǒng)能源，迅速地逐年降低它們的消耗量，已經(jīng)成為人類發(fā)展中的緊迫課題，核能在今后一段時(shí)期內(nèi)還將有所發(fā)展，但是核電站的最大使用期只