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3-32.doc

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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3-32 教學(xué)目標(biāo) ①、了解熱力學(xué)第二定律的發(fā)展簡(jiǎn)史， 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)不可以制成。 ③、了解熱傳導(dǎo)的方向性， ④、了解熱力學(xué)第二定律的兩種表述方法，以及這兩種表述的物理實(shí)質(zhì)， ⑤、了解什么是能量耗散 教學(xué)重點(diǎn) 熱力學(xué)第二定律及所反映出的熱現(xiàn)象的宏觀過程的方向性。 教學(xué)難點(diǎn) 熱力學(xué)第二定律中所描述的 "不發(fā)生其他變化" 教學(xué)方法 多媒體輔助教學(xué)，分析討論講解相結(jié)合 教學(xué)器材 多媒體演示系統(tǒng)、自制電腦教學(xué)軟件 教學(xué)過程 引入新課 復(fù)習(xí)提問 ①熱力學(xué)第一定律的內(nèi)容是什么？ ②第一類永動(dòng)機(jī)為什么沒有制成？ ③能量守恒定律是怎樣表述的？ 引入新課 在能量守恒定律中，存在著能量的 "轉(zhuǎn)移"和 "轉(zhuǎn)化"，具體到熱力學(xué)第二定律，內(nèi)能和內(nèi)能之間存在著"轉(zhuǎn)移"以及內(nèi)能和機(jī)械能之間也存在著"轉(zhuǎn)化"的過程，引入課題：熱力學(xué)第二定律。 新課教學(xué) 一、內(nèi)能的轉(zhuǎn)移 內(nèi)能轉(zhuǎn)移實(shí)質(zhì)就是熱傳遞。 舉例：1 冰箱中的冰激凌在停電時(shí)的融化過程，引導(dǎo)學(xué)生分析融化的原因。 （熱量可以從高溫物體傳遞給低溫物體） 2 冰箱里的冰激凌在冰箱正常工作時(shí)并沒有融化。 進(jìn)一步思考熱量只能從高溫物體傳遞給低溫物體這種說法是否妥當(dāng)。 如果不妥當(dāng)應(yīng)該怎樣說。 從而得出所謂的熱量從高溫物體向低溫物體傳遞是一個(gè)自發(fā)的過程，熱量從低溫物體向高溫物體轉(zhuǎn)移需要其他的物理過程參與。 （以模擬動(dòng)畫說明內(nèi)能轉(zhuǎn)移過程的方向性） 得出熱力學(xué)第二定律克勞修斯表述： 不可能使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體而不產(chǎn)生其他變化。（內(nèi)能轉(zhuǎn)移過程的方向性） 說明: 不產(chǎn)生其他變化是指沒有其他物理過程參與 二、內(nèi)能和機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)化 瓦特蒸汽機(jī)的發(fā)明說明人們開始了熱機(jī)理論的研究，（"熱機(jī)"就是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)械） 1824年，卡諾在《論火的動(dòng)力》中指出 "凡是有溫度差的地方就能夠發(fā)生動(dòng)力" 1834年，克拉珀龍把卡諾這一思想幾何化為"卡諾循環(huán)" 熱機(jī)從高溫?zé)嵩次諢崃縌，其中一部分對(duì)外做功W，另一部分被釋放給低溫?zé)嵩矗鶕?jù)能量守恒定律 Q1 = Q2 + W η=W/ Q1 = (Q1- Q2) /Q1 =1 - Q2/ Q1 可以知道Q2 越少，η越高 于是人們就考慮能否讓Q2不存在，這樣就可以產(chǎn)生一個(gè)η=100％的熱機(jī)，就可以產(chǎn)生另一種永動(dòng)機(jī)，可以看到這種機(jī)械并不違反能量守恒定律，這一類永動(dòng)機(jī)叫第二類永動(dòng)機(jī)。 第二類永動(dòng)機(jī)：能從單一熱源吸收熱量全部用來做功而不引起其他變化的機(jī)械。 如果這一類永動(dòng)機(jī)能夠制成，它就可以從外界諸如空氣、海洋、土壤等單一熱源中不斷地吸取能量，而對(duì)外做功。眾所周知在空氣和海洋中內(nèi)能是取之不盡的，這樣的話飛機(jī)不用帶油箱，輪船不用帶燃料。人們?yōu)榇俗龀隽嗽S多努力，做了大量的嘗試，但是第二類永動(dòng)機(jī)始終還是沒能制成。伴隨著一次次的失敗，終于認(rèn)識(shí)到第二類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的。 這個(gè)結(jié)論是開爾文首先提出來的。 開爾文表述：不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不產(chǎn)生其他變化。即:第二類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的。 說明熱力學(xué)第二定律兩種表述形式實(shí)質(zhì)是一樣的，只是側(cè)重角度不同： 1、克勞修斯表述體現(xiàn)熱傳導(dǎo)的方向性 2、開爾文表述體現(xiàn)機(jī)械能和內(nèi)能之間轉(zhuǎn)化的方向性 三、能量耗散 引導(dǎo)學(xué)生閱讀46頁能量耗散的內(nèi)容并歸納出自然界中的能量有的便于利用而有的不便于利用，內(nèi)能作為能量發(fā)展的最終形式是沒有辦法把這些流散的內(nèi)能重新收集起來加以利用。 舉例：電能轉(zhuǎn)化為光能再轉(zhuǎn)化為內(nèi)能：烤火時(shí)高溫物體的內(nèi)能變?yōu)榈蜏匚矬w的內(nèi)能 都是無法將散失的內(nèi)能重新再利用 能量耗散是從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有的方向性。說明能量耗散不是能量損失，只是可便于利用的能量減少了。 擴(kuò)展：熱力學(xué)第二定律提示了有大量分子參與的宏觀過程的方向性，使得它成為獨(dú)立于熱力學(xué)第一定律的一個(gè)重要自然規(guī)律。 說明：不僅僅在物理上存在這種"方向性"，在其他領(lǐng)域也都存在。比如：化學(xué)中的不可逆反應(yīng);生物中的進(jìn)化過程的不可逆都說明了這一點(diǎn)。