高二物理教案分子熱運(yùn)動(dòng)-能量守恒-六-熱力學(xué)第二定律

1、六 熱力學(xué)其次定律【教學(xué)目標(biāo)】1、明白熱傳導(dǎo)過(guò)程的方向；2、明白什么是其次類(lèi)永動(dòng)機(jī),為什么其次類(lèi)永動(dòng)機(jī)不行能制成；3、明白熱力學(xué)其次定律的兩種不同的表述以及這兩種表述的物理實(shí)質(zhì)；4、明白什么是能量耗散；5、知道肯定零度不行能到達(dá)；6、指導(dǎo)同學(xué)分析事例,培育同學(xué)分析問(wèn)題和理論聯(lián)系實(shí)際的才能【重點(diǎn)、難點(diǎn)分析】重點(diǎn)： 1、熱力學(xué)其次定律兩種常見(jiàn)的表述 2、什么是肯定零度,知道它是不行到達(dá)的 難點(diǎn)： 1、熱力學(xué)其次定律表述的物理實(shí)質(zhì) 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【課時(shí)支配】一課時(shí)【課前預(yù)備】老師：投影儀及膠片,一個(gè)電冰箱模型,一盆涼水,預(yù)備一個(gè)酒精 燈和一個(gè)鐵塊,鐵鉗 同學(xué)：課下

2、預(yù)習(xí)課文,在家觀看自家的電冰箱【教學(xué)設(shè)計(jì)】引入新課 我們?cè)谥袑W(xué)學(xué)過(guò), 當(dāng)物體溫度上升時(shí),就要吸取熱量；當(dāng)物體溫度降低時(shí),就要放出熱量；而且熱量公式 地球上有大量的海水 ,它的總質(zhì)量約為Q = cm t,這里有一個(gè)好玩的問(wèn)題：1.4 1018 t , 假如這些海水的溫度降低 0.1 oC,將要放出多少焦耳的熱量 .海水的比熱容為 C=4.2103J/kg ；下面請(qǐng)大家運(yùn)算一下；1 同學(xué)運(yùn)算： Q = 4.2 103 1.4 1018 103 0.1 = 5.8 1023J 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 們不去爭(zhēng)論這“ 新能源” 呢？原先,這樣做是不

3、行能的,這涉及物理學(xué)的 一個(gè)基本定律,這就是本節(jié)要爭(zhēng)論的熱力學(xué)其次定律；【板書(shū)】第六節(jié)熱力學(xué)其次定律【板書(shū)】一、熱傳導(dǎo)的方向性 老師試驗(yàn),點(diǎn)燃酒精燈,用鉗夾住事先預(yù)備好的鐵塊,在火焰上灼 燒一段時(shí)間后, 問(wèn)同學(xué)現(xiàn)在用手摸會(huì)顯現(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)試驗(yàn)說(shuō) 明什么問(wèn)題？同學(xué)摸索,老師賜予啟示 同學(xué)答：熱量從溫度高的物體自發(fā)地傳給溫度低的物體 再讓同學(xué)列舉一些這樣的例子 例如：雪花落在手上就融解,挨著火爐就暖和等等 老師反問(wèn)同學(xué)：大家是否想過(guò)熱量為什么不會(huì)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

4、來(lái)越高；這 里所說(shuō)的“ 自發(fā)地” ,指的是沒(méi)有任何外界的影響或幫忙；同學(xué)摸索爭(zhēng)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)仍能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳給外界的空氣？事前我們讓大家觀看自家的電冰箱,請(qǐng)同學(xué)做簡(jiǎn)要的答復(fù),老師進(jìn) 行點(diǎn)撥；然后,展現(xiàn)電冰箱模型給同學(xué)簡(jiǎn)要講解；這是由于電冰箱消耗了電能,對(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；發(fā)地傳給電冰箱,使其溫度逐步上升；同學(xué)總結(jié)：2 相反,外界的熱量會(huì)自熱傳導(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,必需借助外界的幫忙,因而 產(chǎn)

5、生其他影響或引起其他變化；【板書(shū)】二、其次類(lèi)永動(dòng)機(jī) 前面我們學(xué)習(xí)了第一類(lèi)永動(dòng)機(jī),不能制成的緣由是什么？違反了能 量守恒,什么是其次類(lèi)永動(dòng)機(jī)呢？同學(xué)看書(shū),并摸索爭(zhēng)論以下問(wèn)題：投影片 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)的效率能否到達(dá) 100%？ 3、其次類(lèi)永動(dòng)機(jī)模型 4、機(jī)械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性 然后由各小組代表答復(fù),老師進(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)的效率不能到達(dá) 100% 緣由分析：以?xún)?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)活塞做工 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 + Q 2我

6、們把熱機(jī)做的功W 和它從熱源吸取的熱量Q1 的比值叫做熱機(jī)的效率,用表示 =W / Q 1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)必需有熱源和冷凝器,熱機(jī)工作時(shí),總要向冷凝器散熱,一部分熱量 Q2,所以有：Q1W 3 不行防止的要由工作物質(zhì)帶走因此,熱機(jī)的效率不行能到達(dá)100%,汽車(chē)上的汽油機(jī)械效率只有20%30%,蒸汽輪機(jī)的效率比較高,也只能到達(dá)60%,即使是抱負(fù)熱機(jī),沒(méi)有摩擦,也沒(méi)有漏氣等能量缺失, 它也不行能把吸取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 3、能從單一熱源吸取熱量, 然后全部用來(lái)做功, 而不引起其他 變化的機(jī)器,稱(chēng)為其次類(lèi)永動(dòng)機(jī)；其次類(lèi)永動(dòng)機(jī)并不

7、違反能量守恒定律,人們?yōu)榱酥圃斐銎浯晤?lèi)永動(dòng)機(jī) 作出了各種努力,但同制造第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)一樣,都失敗了；為什么其次類(lèi)永動(dòng)機(jī)不行能制成呢？由于機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過(guò)程具有方向性；4、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【板書(shū)】三、熱力學(xué)其次定律 再舉實(shí)例,說(shuō)明有些物理過(guò)程具有方向性同學(xué)摸索答復(fù),老師引導(dǎo)點(diǎn)撥 氣體的擴(kuò)散現(xiàn)象 書(shū)上連通器的小試驗(yàn)氣體向其中膨脹【板書(shū)】熱力學(xué)其次定律的兩種表述 表述一：不行能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體,而不引起其他 變化根據(jù)熱傳遞的方向性來(lái)表述的表述二：不行能從單一熱源吸取熱量并把它全部用來(lái)做功,而不引起 其他變化；也可表述為其次類(lèi)永動(dòng)

8、機(jī)是不行能制成的；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4 稱(chēng)為熱力學(xué)其次定律；熱力學(xué)其次定律揭示了有大量分子參加的宏觀過(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【板書(shū)】四、能量耗散設(shè)疑既然自然界中的能量是守恒的,的能量可以利用有的能量不便于利用；舉例說(shuō)明：流淌的水帶動(dòng)水磨做功為什么仍要節(jié)省能源呢？由于有電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能,電能又在燈泡中轉(zhuǎn)變成光能 火爐把屋子燒暖等同學(xué)總結(jié)： 流散的內(nèi)能無(wú)法重新收集起來(lái)加以利用的現(xiàn)象,稱(chēng)為能量耗散 能量耗散是從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中宏觀過(guò)程具有方向性；【板書(shū)】五、肯定零度不行到達(dá)

9、宇宙中存在著溫度的下限：273.15,以這個(gè)下限為起點(diǎn)的溫度叫做熱力學(xué)溫度,用 T,單位是開(kāi)爾文,符號(hào)是 K,熱力學(xué)溫度 T 同攝氏溫 度 t 的換算關(guān)系是： T = t + 273.15K 一些實(shí)際的溫度值投影儀顯示此表或讓同學(xué)看書(shū)上的表同學(xué)分析此表, 并結(jié)合課本可以知道, 試驗(yàn)室中的低溫已經(jīng)特別接近 熱力學(xué)零度了也稱(chēng)肯定零度對(duì)大量事實(shí)的分析說(shuō)明： 熱力學(xué)零度不行到達(dá)； 這個(gè)結(jié)論稱(chēng)做熱力學(xué) 第三定律；盡管熱力學(xué)零度不行能到達(dá), 但是只要溫度不是肯定零度就總有可能 降低；因此,熱力學(xué)第三定律不阻擋人們想方法盡可能地接近肯定零度；小結(jié)：老師用投影儀寫(xiě)出框架,同學(xué)進(jìn)行總結(jié)【隨堂練習(xí)】1、熱力學(xué)其次

10、定律使人們熟識(shí)到,自然界中進(jìn)行的涉及 現(xiàn)象的5 宏觀過(guò)程都具有 性,例如機(jī)械能可以 轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,但內(nèi)能 全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能,而不引起其他變化；2、熱傳導(dǎo)的規(guī)律為：A、熱量總是從熱量較多的物體傳遞給熱量較少的物體B、熱量總是從溫度較高的物體傳遞給溫度較低的物體C、熱量總是從內(nèi)能較多的物體傳遞給內(nèi)能較少的物體D、熱量總是從比熱容較大的物體傳遞給比熱容較小的物體摸索題：一種冷暖兩用型空調(diào)銘牌標(biāo)注有如下指標(biāo)：輸入功率 1KW ,制冷能力 1.2 104KJ/h,制熱才能 1.3 10 4 KJ/h；這樣,該空調(diào)在制熱時(shí),每消耗 1J 電能,將放出 3J多熱量,是指標(biāo)注錯(cuò)誤仍是能量不守恒呢？【教學(xué)設(shè)計(jì)說(shuō)明

11、】1、從同學(xué)比較熟識(shí)的熱傳導(dǎo)的方向性入手,爭(zhēng)論與分子熱運(yùn)動(dòng)有關(guān)的方向性問(wèn)題,通過(guò)簡(jiǎn)潔的試驗(yàn),幫忙同學(xué)懂得,以期引起同學(xué)思維的深化,也作為學(xué)習(xí)熱力學(xué)其次定律的基礎(chǔ)；2、熱力學(xué)第肯定律和其次定律是構(gòu)成熱力學(xué)學(xué)問(wèn)的理論基礎(chǔ),熱力學(xué)第肯定律對(duì)自然過(guò)程沒(méi)有任何限制,只指出在任何熱力學(xué)過(guò)程中能量不會(huì)有任何增加或缺失；熱力學(xué)其次定律解決哪些過(guò)程可以發(fā)生；教學(xué)時(shí)要留意講清二者的關(guān)系；3、熱機(jī)的效率不能到達(dá)100%,不行防止地要把一部分熱傳遞給低溫的環(huán)境,所以其次類(lèi)永動(dòng)機(jī)不行能制成；4、熱力學(xué)其次定律的兩種表述,一種是根據(jù)熱傳導(dǎo)過(guò)程的方向性表述的 另一種是根據(jù)機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過(guò)程的方向性表述的；這兩種表述是 等價(jià)的,它們都說(shuō)明,自然界中一切與熱現(xiàn)象