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2019-2020年高二物理 第十一章《分子熱運動 能量守恒》第六節(jié) 熱力學第二定律（1）教案 舊人教版 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制成。 3．了解熱力學第二定律的兩種表述方法以及這兩種表述的物理實質(zhì)。 4．了解什么是能量耗散。 二、能力目標： 培養(yǎng)學生運用所學知識分析問題解決問題的能力。 三、德育目標: 具有對科學的求知欲，樂于探索自然現(xiàn)象和日常生活中的物理學道理，有將科學技術(shù)應用與日常生活、社會實踐的意識。 教學重點 熱力學第二定律的兩種表述方法以及這兩種表述的物理實質(zhì). 教學難點 第二類永動機不可制成的物理實質(zhì). 教學方法 教師講解與學生課堂自學結(jié)合，并討論歸納。 教學用具 投影儀，大屏幕，相關圖片. 課時安排 1課時 教學過程 一、引入新課: 有這樣一個有趣的問題：地球上有大量海水，它的總質(zhì)量約為1.41018t，只要這些海水的溫度降低0.1℃，就能放出5.81023J的熱量，這相當于1800萬個核電站一年的發(fā)電量．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．這涉及物理學的一個基本定律，就是本節(jié)要討論的熱力學第二定律。 【板書】第七節(jié) 熱力學第二定律 二、新課教學: [學生帶著問題閱讀、討論]： 思考： 1、何為熱傳導的方向性？ 2、什么是第二類永動機？它違背了什么規(guī)律？ 3、何為熱力學第二定律？它有幾種表述方法？ 歸納： Ⅰ、熱傳導的方向性： 高溫物體只能“自發(fā)地”將熱量傳給低溫物體，而低溫物體必須要依靠外界的輔助才能將熱量傳給高溫物體。 Ⅱ、第二類永動機 １、沒有冷凝器的能從單一熱源吸收熱量并全部用來做功而不引起其他變化的熱機。 ２、特征：符合能量守恒定律；不可能引起其他變化 。 ３、結(jié)論：機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性，盡管機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化為機械能，同時不引起其它變化 Ⅲ、熱力學第二定律 表述一：不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不產(chǎn)生其他變化。（按熱傳導的方向性表述） 表述二：不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化。（按能量轉(zhuǎn)化的方向性表述） 小結(jié)：熱力學第二定律揭示了自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性，使得它成為獨立于熱力學第一定律的一個重要的自然規(guī)律．熱力學第二定律在物理、化學、生物等學科中有重要的應用，它對于我們認識自然和利用自然有重要的指導意義。 Ⅳ、能量耗散 在自然界中的宏觀過程由于方向性，使得能量在轉(zhuǎn)化過程中不可能使轉(zhuǎn)化后的能量全部加以利用，總會有一部分能量會流散，這種現(xiàn)象叫能量耗散。 讓學生合上書本，思考并回答問題 1．電冰箱內(nèi)部的溫度比外部低，為什么致冷系統(tǒng)還能不斷地把箱內(nèi)的熱量傳給外界的空氣？這個事實說明了什么？ 這是因為電冰箱消耗了電能，對致冷系統(tǒng)做了功(下圖所示，投影)．一旦切斷電源，電冰箱就不能把箱內(nèi)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，使箱內(nèi)的溫度逐漸升高． 我們看到，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，但是向相反的方向卻不能自發(fā)地進行．要實現(xiàn)相反方向的過程，必須借助外界的幫助，因而產(chǎn)生其他影響或引起其他變化． 2．能否生產(chǎn)出效率可達到100％的熱機？為什么？ 氣缸中的氣體得到燃料燃燒時產(chǎn)生的熱量Q1，推動活塞做功W，然后排出廢氣，同時把熱量Q2散發(fā)到大氣中．由能量守恒定律知道Q1=W+Q2．我們把熱機做的功W和它從熱源吸收的熱量Q1的比值叫做熱機的效率，用η表示效率，則有， 只有當氣缸中工作物質(zhì)的溫度比大氣溫度高時內(nèi)燃機才能工作，所以Q2這部分熱量是不可避免的．熱機工作時，總要向冷凝器散熱，總要由工作物質(zhì)帶走一部分熱量Q2(如下圖，投影)，所以總有Q1＞W(wǎng)．因此，熱機的效率不可能達100％． 3．能量耗散和能量守恒是否矛盾？試舉例說明。 不矛盾。比如流動的水帶動水磨做功，由于磨盤之間的摩擦、磨盤和糧食之間的摩擦和擠壓，磨盤、糧食的溫度升高，水流的機械能轉(zhuǎn)變成了內(nèi)能．這些內(nèi)能最終流散到周圍的環(huán)境中．我們沒有辦法把這些流散的內(nèi)能重新收集起來加以利用．這種現(xiàn)象叫做能量的耗散，而總能量并沒有減少。電池中的化學能轉(zhuǎn)變成電能，電能又在燈泡中轉(zhuǎn)變成光能．光被墻壁吸收之后變成周圍環(huán)境的內(nèi)能，我們無法把這些內(nèi)能收集起來重新利用．火爐把屋子烤暖，這時高溫物體的內(nèi)能變成低溫物體的內(nèi)能．誰也不能把這些散失的能量重新收集到火爐中再次用來取暖． 自然界中的宏觀過程具有方向性，能量耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出這種方向性，與能量守恒定律是不矛盾的。 三、小結(jié)： 通過這節(jié)課的學習，我們了解了熱傳導過程的方向性、第二類永動機、熱力學第二定律的兩種表述方法以及能量耗散,重點在于理解熱力學第二定律的兩種表述方法及其內(nèi)涵。大家課下要多看課本，掌握好這些內(nèi)容。 四、布置作業(yè)： 課后習題 五、板書設計： 1、熱傳導的方向性： 2、第二類永動機： 3、熱力學第二定律：