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2019-2020年高中物理《熱力學(xué)第二定律》教案2 新人教版選修3-3 【教學(xué)目標(biāo)】 1、 了解熱傳導(dǎo)過(guò)程的方向。 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)不可能制成。 3、 了解熱力學(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)。 4、 指導(dǎo)學(xué)生分析事例，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和理論聯(lián)系實(shí)際的能力 【重點(diǎn)、難點(diǎn)分析】 1、熱力學(xué)第二定律表述的物理實(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)安排】 一課時(shí) 【課前準(zhǔn)備】 一盆涼水，準(zhǔn)備一個(gè)酒精燈和一個(gè)鐵塊，鐵鉗 【教學(xué)設(shè)計(jì)】 引入新課 我們?cè)诔踔袑W(xué)過(guò)，當(dāng)物體溫度升高時(shí)，就要吸收熱量；當(dāng)物體溫度降低時(shí)，就要放出熱量。而且熱量公式Q = cm△t，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1.41018 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=4.2103J/(kg℃)。下面請(qǐng)大家計(jì)算一下。 學(xué)生計(jì)算：Q = 4.21031.410181030.1 = 5.81023J 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。 【板書】 第六節(jié) 熱力學(xué)第二定律 【板書】一、熱傳導(dǎo)的方向性 教師實(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 教師反問(wèn)學(xué)生：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？ 展示電冰箱模型給學(xué)生請(qǐng)同學(xué)做簡(jiǎn)要的回答，教師進(jìn)行點(diǎn)撥。 這是因?yàn)殡姳湎牧穗娔埽瑢?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。 學(xué)生總結(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，因而產(chǎn)生其他影響或引起其他變化。 再舉實(shí)例，說(shuō)明有些物理過(guò)程具有方向性 1、氣體的擴(kuò)散現(xiàn)象 2、書上連通器的小實(shí)驗(yàn)?。怏w向外膨脹） 【板書】二、機(jī)械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性 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 【板書】三、熱機(jī)：1熱機(jī)是一種把熱（內(nèi)）能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的裝置？ 學(xué)生回憶初中所學(xué)過(guò)的內(nèi)燃機(jī)的工作過(guò)程思考： 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%？ 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 + Q2 我們把熱機(jī)做的功W和它從熱源吸收的熱量Q1的比值叫做熱機(jī)的效率，用 表示 η=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： 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)械效率只有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。 【思考題】：1、根據(jù)以上的熱機(jī)工作圖，我們應(yīng)該采取怎樣的措施來(lái)提高燃料的利用效率。 2、通過(guò)對(duì)以上知識(shí)的學(xué)習(xí)你有什么體會(huì)？（按客觀規(guī)律辦事，科學(xué)實(shí)踐要有正確的理論指導(dǎo)） 【板書】四、第二類永動(dòng)機(jī) 什么是第二類永動(dòng)機(jī)呢？ 能從單一熱源吸收熱量，然后全部用來(lái)做功，而不引起其他變化的機(jī)器，稱為第二類永動(dòng)機(jī)。 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。 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。 【板書】五、熱力學(xué)第二定律 【板書】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。(克勞修斯表述) （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。（開爾文表述） （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） 五、結(jié)：（學(xué)生進(jìn)行總結(jié)） 【隨堂練習(xí)】 1、熱力學(xué)第二定律使人們認(rèn)識(shí)到，自然界中進(jìn)行的涉及 現(xiàn)象的宏觀過(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 思考題： 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1.2104KJ/h，制熱能力1.3104 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)誤還是能量不守恒呢？