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2019-2020年高中物理《熱力學第二定律》教案7 新人教版選修3-3 教學目標 一、知識目標 1.了解熱傳導過程的方向性. 2.了解什么是第二類永動機，為什么第二類永動機不可能制成. 3.了解熱力學第二定律的兩種不同表述，以及這兩種表述的物理實質. 4.了解什么是能量耗散. 二、能力目標 培養(yǎng)學生通過日常生活現(xiàn)象概括物理規(guī)律的能力. 三、德育目標 通過第二類永動機不可能制成的教學，教育學生要有效地利用自然界提供的的各種能源，必須遵循自然界的規(guī)律. 教學重點 1.熱力學第二定律的兩種不同表述，以及兩種表述的物理實質. 2.第二類永動機及其不能制成的原因. 教學難點 第二類永動機及其不能制成的原因 教學方法 閱讀法、分析歸納法、講練法 教學用具 投影儀、投影片、錄像帶 課時安排 1課時 教學過程 ［投影］本節(jié)課的學習目標 1.了解熱傳導過程的方向性 2.了解什么是第二類永動機；為什么第二類永動機不可能制成 3.了解熱力學第二定律的兩種不同的表述，以及這兩種表述的物理實質 4.了解什么是能量耗散 學習目標完成過程 一、引入 ［投影］地球上海水的總質量約為1.41018 t，當海水的溫度降低0.1 ℃，放出多少焦的熱量？ 假設每個核電站的功率為100萬千瓦，則這些熱量相當于多少個這樣的電站一年的發(fā)電量？ ［學生解答］ 得到：這些海水的溫度降低0.1 ℃，能放出5.81023 J的熱量，這相當于 1800萬個功率為100 萬千瓦的核電站一年的發(fā)電量. ［教師］既然海水能放出這么多的能量，為什么人們不去研究這種新能源呢？原來這樣做是不可能的，這涉及到物理學的一個基本定律，這就是本節(jié)要學習的熱力學第二定律. 二、新課教學 （一）熱傳導的方向性 ［問］兩個溫度不同的物體互相接觸時，將會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？ ［學生］兩個溫度不同的物體互相接觸時，熱量將從高溫物體傳給低溫物體，使高溫物體溫度降低，低溫物體溫度升高. ［教師］上述過程中熱量是自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體的，我們所說的“自發(fā)地”指的是沒有任何的外界影響或者幫助. ［問］那么，同學們見過熱量從低溫物體傳給高溫物體的實例嗎？ ［學生］電冰箱能夠把熱量從低溫物體傳給高溫物體 ［教師］電冰箱能夠把熱量從低溫物體傳給高溫物體，在該過程中電冰箱要消耗電能，一旦切斷電源，電冰箱就不能把其內部的熱量傳給外界的空氣了，相反，外界的熱量會自發(fā)地傳給電冰箱，使其溫度逐漸升高. ［總結］熱傳導的過程是有方向性的，這個過程可以向一個方向自發(fā)地進行，但是向相反方向卻不能自發(fā)地進行，要實現(xiàn)相反方向的過程.必須借助外界的幫助.因而要產生其他影響或引起其他變化. （二）第二類永動機 ［問］一個在水平地面上運動的物體，撤去外力作用后，為什么會停下來？ 在這個過程中，能量是如何轉化的？ ［學生］在水平地面上運動的物體，撤去外力后，由于克服摩擦力做功，所以最后會停下來； 在上述過程中，物體的動能轉化為內能. ［教師］現(xiàn)在，我們假想：發(fā)明一種熱機，用它把物體與地面摩擦所生的熱量都吸收過來，并用來對物體做功，將內能全部轉化為動能，使因摩擦停止運動的物體在地面上重新運動起來，而不引起其他變化，這是否可能？ ［學生閱讀課文，分組討論］ ［學生匯報討論結果］ ［教師總結］通過同學們的分析，我們得到：實際上，熱機不能把它得到的內能轉化為機械能，因為熱機必須有熱源和冷凝器，熱機工作時，總要向冷凝器放熱，不可避免地要由工作物質帶走一部分熱量Q，即使是理想熱機，沒有摩擦，也沒有漏氣等能量損失，它也不可能把吸收的熱量百分之百地轉化為機械能，總要有一部分熱量散發(fā)到冷凝器中. ［放映熱機工作的錄像資料，加深學生的理解］ ［教師］人們把這種從單一熱源吸收的熱量，可以全部用來做功而不引起其他變化的熱機叫第二類永動機. 第二類永動機雖不違背守恒定律，但是也失敗了. 第二類永動機不可能制成，表示機械能和內能的轉化過程具有方向性，也就是說機械能可以全部轉化為內能，但內能卻不能全部轉化為機械能，同時不引起其他變化. （三）熱力學第二定律 ［演示］如圖所示的連通容器，A中裝有紅棕色NO2氣體，B是真空，打開閥門K，觀察發(fā)生的現(xiàn)象. ［現(xiàn)象］我們看到A中的氣體自發(fā)地向容器B中膨脹，最后兩個容器都充滿氣體 ［問］A、B中的氣體是否會自發(fā)地分開呢？ ［學生］不會自發(fā)地分開 ［教師］上述實驗說明熱學中的擴散現(xiàn)象具有方向性，我們把類似的具有方向性的現(xiàn)象進行概括，就得到了熱力學第二定律. ［學生閱讀課文，并解答思考題］ ［投影］ 1.熱力學第二定律常見的兩種表述方式是什么？ 2.熱力學第二定律對我們認識自然、利用自然有什么重要意義？ 3.什么是能量耗散？能量耗散反映了什么問題？ ［學生回答］ 1.熱力學第二定律的兩種常見表述是： 第一種表述： 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. 第二種表述： 不可能從單一熱源吸熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化. 2.熱力學第二定律揭示了有大量分子參與的宏觀過程的方向性，即自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性 3我們沒有辦法把流散的能量重新收集起來加以利用，這種現(xiàn)象叫能量耗散，能量耗散從能量轉化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有方向性. ［強化訓練］ 討論：熱力學第一定律和熱力學第二定律的關系. 參考解答 熱力學第一定律和第二定律都自然界中獨立的定律，熱力學第二定律是第一定律的補充. 1.第一定律只指出了η不大于100%，而第二定律指出的是η不等于100%，說明功可以全部變?yōu)闊?，而熱量不能通過一循環(huán)全部變?yōu)楣Γ礄C械能和內能是有區(qū)別的. 2.第一定律指出了熱功等效和轉換關系，指出任何過程能量必須守恒 第二定律指出的是：并非所有能量守恒過程都能實現(xiàn)，低溫熱源的熱量就不能自動地傳向高溫熱源，揭示了過程進行的方向和條件. 3.第一定律沒有溫度的概念，第二定律中有了溫度的概念，提出了在高溫熱源和低溫熱源間的問題，提出了不同溫度差下，相同的熱量效果是不一樣的，有必要加以區(qū)分. 三、小結 用投影片出示下列小結思考題 1.什么是熱傳導的方向性？ 2.機械能和內能之間相互轉化的方向性指的是什么？ 3.什么是第二類永動機？為什么第二類永動機不可能制成？ 4.熱力學第二定律的兩種表述方式是什么？ 該定律的實質是什么？ 5. 什么是能量耗散？ ［學生解答上述思考題，對本節(jié)小結］ 四、作業(yè) 1.閱讀本節(jié)課文 2.收集有關能源的資料 五、板書設計