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2019-2020年高中物理 10.4 熱力學(xué)第二定律教案 新人教版選修3-3 一、教材分析 本節(jié)介紹熱力學(xué)第二定律，該定律與熱力學(xué)第一定律是構(gòu)成熱力學(xué)知識(shí)的理論基礎(chǔ)，熱力學(xué)第一定律對(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)有任何增加或損失，熱力學(xué)第二定律解決哪些過(guò)程可以發(fā)生，教學(xué)時(shí)要注意講清二者的關(guān)系。 二、教學(xué)目標(biāo) 知識(shí)和技能 　　1、能判斷涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程是具有方向性的； 　　2、知道并理解熱力學(xué)第二定律的兩種經(jīng)典表述； 　　3、形成關(guān)于宏觀熱現(xiàn)象都具有不可逆性的概念； 　　4、認(rèn)識(shí)到熱力學(xué)第一定律與熱力學(xué)第二定律具有同樣重要的意義。 過(guò)程和方法 　分析各種熱學(xué)現(xiàn)象的過(guò)程，歸納出現(xiàn)象背后的普遍規(guī)律──熱力學(xué)第二定律。 情感、態(tài)度和價(jià)值觀 　　1、體會(huì)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的曲折性和必然性； 　　2、體會(huì)熱力學(xué)第二定律對(duì)于人類實(shí)踐的指導(dǎo)意義。 三、教學(xué)重難點(diǎn) 　 重點(diǎn)：熱力學(xué)第二定律內(nèi)容的理解。 難點(diǎn)：熱力學(xué)第二定律的兩種表述的理解。 四、學(xué)情分析 學(xué)生已經(jīng)掌握了熱力學(xué)第一定律，能夠說(shuō)出一些熱現(xiàn)象的方向性，如熱傳遞從高溫到低溫，本節(jié)要求學(xué)生更加深入的理解熱現(xiàn)象的方向性，從現(xiàn)象到本質(zhì)，具有一定難度。 五、教學(xué)方法 思考、討論、總結(jié)發(fā)言，多媒體。 六、課前準(zhǔn)備 預(yù)習(xí)學(xué)案 閱讀課本 七、課時(shí)安排 1課時(shí) 八、教學(xué)過(guò)程 （一）預(yù)習(xí)檢查、總結(jié)疑惑 （二）情景引入、展示目標(biāo) 　 師：我們先從分析一組物理現(xiàn)象開(kāi)始。請(qǐng)看下面的一些視頻：①空氣和二氧化氮?dú)怏w的擴(kuò)散；②燒紅的鐵棒浸入水中冷卻；③向密閉的廣口瓶中充氣，將瓶塞充開(kāi)；④在草坪上滾動(dòng)的足球最終停下來(lái)；⑤一玻璃杯從桌子邊緣摔在地面上破碎。（展示視頻） 　　師：這些是我們眼中能看到的現(xiàn)象，大家能否描述一下上述現(xiàn)象的逆過(guò)程？并判斷這些逆過(guò)程可能實(shí)現(xiàn)嗎？注意語(yǔ)言表述的準(zhǔn)確性，大家相互討論一下。 （三）合作探究、精講點(diǎn)撥 1.可逆與不可逆過(guò)程 （1）.熱傳導(dǎo)的方向性 生1：現(xiàn)象①的逆過(guò)程是均勻混合的空氣與二氧化氮?dú)怏w過(guò)一段時(shí)間變的涇渭分明：上面是空氣，下面是二氧化氮。該過(guò)程不可能。 　　生2：現(xiàn)象②的逆過(guò)程是浸在水中的鐵棒過(guò)一段時(shí)間后吸收水的熱量變紅了，而水溫降低了。該過(guò)程不可能。 　生3：現(xiàn)象③的逆過(guò)程是從瓶中沖出去的氣體又自動(dòng)回到瓶中，瓶中氣體的壓強(qiáng)達(dá)到了將瓶塞沖開(kāi)時(shí)的壓強(qiáng)。該過(guò)程不可能。 　　生4：現(xiàn)象④的逆過(guò)程是靜止在草坪上的足球自動(dòng)地吸收草地的熱量轉(zhuǎn)化為足球的動(dòng)能，足球滾了起來(lái)。該過(guò)程不可能。 　　生5：現(xiàn)象錯(cuò)誤！鏈接無(wú)效。的逆過(guò)程是碎在地面上的玻璃杯自動(dòng)地變成完整的杯子，并跳回桌面。該過(guò)程不可能。 　　師：所有的這些現(xiàn)象有何共同特征？ 　　生：都是不可逆的。 　　師：既然在不同的現(xiàn)象背后存在著一個(gè)共同特征，那么就應(yīng)該存在著一個(gè)普遍的客觀規(guī)律。事實(shí)上，許多科學(xué)家已經(jīng)從不同的角度分別進(jìn)行了歸納總結(jié)，提出了熱力學(xué)第二定律。 (2).說(shuō)明： ①“自發(fā)地”過(guò)程就是在不受外來(lái)干擾的條件下進(jìn)行的自然過(guò)程。 ②熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳向低溫物體，熱量卻不能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體。 ③要將熱量從低溫物體傳向高溫物體，必須有“外界的影響或幫助”，就是要由外界對(duì)其做功才能完成。電冰箱、空調(diào)就是例子。 2.熱力學(xué)第二定律的兩種表述 ①.克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體。 ②.開(kāi)爾文表述：不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。 3.熱機(jī) 熱機(jī)是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置。其原理是熱機(jī)從熱源吸收熱量Q1，推動(dòng)活塞做功W，然后向冷凝器釋放熱量Q2。 由能量守恒定律可得： Q1=W+Q2 我們把熱機(jī)做的功和它從熱源吸收的熱量的比值叫做熱機(jī)效率，用η表示，即η= 4.第二類永動(dòng)機(jī) ①.設(shè)想：只從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)橛杏玫墓Χ灰鹌渌兓臒釞C(jī)。 ②.第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成，表示盡管機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能而不引起其他變化；機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過(guò)程具有方向性。 典型例題 例1 下列所述過(guò)程是可逆的，還是不可逆的？ A.氣缸與活塞的組合內(nèi)裝有氣體，當(dāng)活塞上沒(méi)有外加壓力，活塞與氣缸間沒(méi)有摩擦，氣體緩慢地膨脹時(shí)； B.上述裝置，當(dāng)活塞上沒(méi)有外加壓力，活塞與氣缸上摩擦很大，使氣體緩慢地膨脹時(shí)； C.上述裝置，沒(méi)有摩擦，但調(diào)整外加壓力，使氣體能緩慢地膨脹時(shí)； D.在一絕熱容器內(nèi)盛有液體，不停地?cái)噭?dòng)它，使它溫度升高； E.在一傳熱容器內(nèi)盛有液體，容器放在一恒溫的大水池內(nèi)，液體不停地?cái)噭?dòng)，可保持溫度不變； F.在一絕熱容器內(nèi)，不同溫度的液體進(jìn)行混合； G.在一絕熱容器內(nèi)，不同溫度的氦氣進(jìn)行混合； 解析：A.發(fā)生自由膨脹，則是不可逆的； B.有摩擦發(fā)生，也是不可逆的； C.是準(zhǔn)靜態(tài)無(wú)摩擦的膨脹，則為可逆過(guò)程。 D.這是做功變?yōu)闊岬倪^(guò)程，一定不可逆。 E.此過(guò)程中既有“功變熱”又有“熱傳導(dǎo)”，也是不可逆過(guò)程。 F.液體的擴(kuò)散是不可逆過(guò)程。 G.有一定溫度差的熱傳導(dǎo)是不可逆過(guò)程。 友情提示：注意分析可逆與不可逆滿足的條件。 例2 一種冷暖兩用型空調(diào)，銘牌標(biāo)注：輸入功率1kW，制冷能力1.2104kJ/h，制熱能力1.3104kJ/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)錯(cuò)誤還是能量不守恒？ 解析：都不是?？照{(diào)制冷、制熱靠壓縮機(jī)做功，從室內(nèi)（室外）吸收熱量放到室外(室內(nèi))。在制熱時(shí)，放出的熱量等于消耗的電能與從室外吸收的熱量之和，完全可以大于電能消耗。這既不違背熱力學(xué)第一定律，也不違背熱力學(xué)第二定律。 友情提示：本題注重考查對(duì)熱力學(xué)第一定律，熱力學(xué)第二定律的理解。 （四）反思總結(jié)、當(dāng)堂檢測(cè) （五）發(fā)導(dǎo)學(xué)案、布置作業(yè) 九、板書設(shè)計(jì)： 熱力學(xué)第二定律的兩種表述 ①.克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體。 ②.開(kāi)爾文表述：不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。 十、教學(xué)反思 　與熱力學(xué)第一定律不同的是，熱力學(xué)第二定律與日常的生活、學(xué)習(xí)較遠(yuǎn)，并且熱力學(xué)第二定律的兩種表述實(shí)質(zhì)上是通過(guò)大量實(shí)例歸納出來(lái)的，因此教學(xué)過(guò)程中利用好學(xué)生熟悉的熱學(xué)現(xiàn)象和曾經(jīng)接觸過(guò)的物理模型就非常重要。而課堂中學(xué)生積極主動(dòng)地發(fā)表個(gè)人的看法，不管是對(duì)的，還是錯(cuò)的，都對(duì)本課達(dá)成教學(xué)目標(biāo)起到的推進(jìn)作用。教學(xué)中利用流程圖形象地將能量轉(zhuǎn)化與守恒的特征與轉(zhuǎn)化的方向性特征并重地表示出來(lái)，并從多角度描述熱力學(xué)第二定律，有效地幫助學(xué)生建構(gòu)了比較完整的宏觀熱學(xué)規(guī)律體系。