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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)過程的方向。 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(xué)第二定律的兩種不同的表述以及這兩種表述的物理實質(zhì)。 4、 指導(dǎo)學(xué)生分析事例，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和理論聯(lián)系實際的能力 【重點、難點分析】 1、熱力學(xué)第二定律表述的物理實質(zhì) 2、自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性 【課時安排】 一課時 【課前準(zhǔn)備】 一盆涼水，準(zhǔn)備一個酒精燈和一個鐵塊，鐵鉗 【教學(xué)設(shè)計】 引入新課 我們在初中學(xué)過，當(dāng)物體溫度升高時，就要吸收熱量；當(dāng)物體溫度降低時，就要放出熱量。而且熱量公式Q = cm△t，這里有一個有趣的問題：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℃)。下面請大家計算一下。 學(xué)生計算：Q = 4.21031.410181030.1 = 5.81023J 這相當(dāng)于1800萬個功率為100萬千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，這樣做是不可能的，這涉及物理學(xué)的一個基本定律，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 教師實驗，點燃酒精燈，用鉗夾住事先準(zhǔn)備好的鐵塊，在火焰上灼燒一段時間后，問學(xué)生現(xiàn)在用手摸會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？下面把灼熱的鐵塊放入冷水中，過一段時間，拿出鐵塊現(xiàn)在你們敢用手摸嗎？通過這個實驗說明什么問題？ 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 教師反問學(xué)生：大家是否想過熱量為什么不會自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體，使低溫物體的溫度越來越低，高溫物體的溫度越來越高。這里所說的“自發(fā)地”，指的是沒有任何外界的影響或幫助。學(xué)生思考討論一會后，有的同學(xué)可能產(chǎn)生疑問：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)生請同學(xué)做簡要的回答，教師進行點撥。 這是因為電冰箱消耗了電能，對致冷系統(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：兩個溫度不同的物體相互接觸時，熱量會自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體。要實現(xiàn)相反過程，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。 再舉實例，說明有些物理過程具有方向性 1、氣體的擴散現(xiàn)象 2、書上連通器的小實驗?。怏w向外膨脹） 【板書】二、機械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性 機械能全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化為機械能，同時不引起其他變化 【板書】三、熱機：1熱機是一種把熱（內(nèi)）能轉(zhuǎn)化成機械能的裝置？ 學(xué)生回憶初中所學(xué)過的內(nèi)燃機的工作過程思考： 1、熱機是一種把什么能轉(zhuǎn)化成什么能的裝置？ 2、熱機的效率能否達到100%？ 然后由各小組代表回答，教師進行思路點撥 1、 熱機是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機械能的裝置 2、 熱機的效率不能達到100% 原因分析： 以內(nèi)燃機為例，氣缸中的氣體得到燃燒時產(chǎn)生的熱量為Q1，推動活塞做工W，然后排出廢氣，同時把熱量Q2散發(fā)到大氣中， 由能量守恒定律可知：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 表示 η=W / Q1 實際上熱機不能把得到的全部內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能，熱機必須有熱源和冷凝器，熱機工作時，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，熱機的效率不可能達到100%，汽車上的汽油機械效率只有20%～30%，蒸汽輪機的效率比較高，也只能達到60%，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的轉(zhuǎn)化成機械能，總要有一部分散發(fā)到冷凝器中。 【思考題】：1、根據(jù)以上的熱機工作圖，我們應(yīng)該采取怎樣的措施來提高燃料的利用效率。 2、通過對以上知識的學(xué)習(xí)你有什么體會？（按客觀規(guī)律辦事，科學(xué)實踐要有正確的理論指導(dǎo)） 【板書】四、第二類永動機 什么是第二類永動機呢？ 能從單一熱源吸收熱量，然后全部用來做功，而不引起其他變化的機器，稱為第二類永動機。 第二類永動機并不違反能量守恒定律，人們?yōu)榱酥圃斐龅诙愑绖訖C作出了各種努力，但同制造第一類永動機一樣，都失敗了。 為什么第二類永動機不可能制成呢？ 因為機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性。 【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做功，而不引起其他變化。也可表述為第二類永動機是不可能制成的。（開爾文表述） （機械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化具有方向性） 這兩種表述是等價的，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程的方向性。（自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性） 五、結(jié)：（學(xué)生進行總結(jié)） 【隨堂練習(xí)】 1、熱力學(xué)第二定律使人們認(rèn)識到，自然界中進行的涉及 現(xiàn)象的宏觀過程都具有 性，例如機械能可以 轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能 全部轉(zhuǎn)化成機械能，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，每消耗1J電能，將放出3J多熱量，是指標(biāo)注錯誤還是能量不守恒呢？