2019-2020年高中物理 10.4 熱力學第二定律教案 新人教版選修3-3.doc

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2019-2020年高中物理 10.4 熱力學第二定律教案 新人教版選修3-3 一、教材分析 本節(jié)介紹熱力學第二定律，該定律與熱力學第一定律是構成熱力學知識的理論基礎，熱力學第一定律對自然過程沒有任何限制，只指出在任何熱力學過程中能量不會有任何增加或損失，熱力學第二定律解決哪些過程可以發(fā)生，教學時要注意講清二者的關系。 二、教學目標 知識和技能 　　1、能判斷涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程是具有方向性的； 　　2、知道并理解熱力學第二定律的兩種經典表述； 　　3、形成關于宏觀熱現(xiàn)象都具有不可逆性的概念； 　　4、認識到熱力學第一定律與熱力學第二定律具有同樣重要的意義。 過程和方法 　分析各種熱學現(xiàn)象的過程，歸納出現(xiàn)象背后的普遍規(guī)律──熱力學第二定律。 情感、態(tài)度和價值觀 　　1、體會科學發(fā)現(xiàn)的曲折性和必然性； 　　2、體會熱力學第二定律對于人類實踐的指導意義。 三、教學重難點 　 重點：熱力學第二定律內容的理解。 難點：熱力學第二定律的兩種表述的理解。 四、學情分析 學生已經掌握了熱力學第一定律，能夠說出一些熱現(xiàn)象的方向性，如熱傳遞從高溫到低溫，本節(jié)要求學生更加深入的理解熱現(xiàn)象的方向性，從現(xiàn)象到本質，具有一定難度。 五、教學方法 思考、討論、總結發(fā)言，多媒體。 六、課前準備 預習學案 閱讀課本 七、課時安排 1課時 八、教學過程 （一）預習檢查、總結疑惑 （二）情景引入、展示目標 　 師：我們先從分析一組物理現(xiàn)象開始。請看下面的一些視頻：①空氣和二氧化氮氣體的擴散；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；④在草坪上滾動的足球最終停下來；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)象的逆過程？并判斷這些逆過程可能實現(xiàn)嗎？注意語言表述的準確性，大家相互討論一下。 （三）合作探究、精講點撥 1.可逆與不可逆過程 （1）.熱傳導的方向性 生1：現(xiàn)象①的逆過程是均勻混合的空氣與二氧化氮氣體過一段時間變的涇渭分明：上面是空氣，下面是二氧化氮。該過程不可能。 　　生2：現(xiàn)象②的逆過程是浸在水中的鐵棒過一段時間后吸收水的熱量變紅了，而水溫降低了。該過程不可能。 　生3：現(xiàn)象③的逆過程是從瓶中沖出去的氣體又自動回到瓶中，瓶中氣體的壓強達到了將瓶塞沖開時的壓強。該過程不可能。 　　生4：現(xiàn)象④的逆過程是靜止在草坪上的足球自動地吸收草地的熱量轉化為足球的動能，足球滾了起來。該過程不可能。 　　生5：現(xiàn)象錯誤！鏈接無效。的逆過程是碎在地面上的玻璃杯自動地變成完整的杯子，并跳回桌面。該過程不可能。 　　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)象背后存在著一個共同特征，那么就應該存在著一個普遍的客觀規(guī)律。事實上，許多科學家已經從不同的角度分別進行了歸納總結，提出了熱力學第二定律。 (2).說明： ①“自發(fā)地”過程就是在不受外來干擾的條件下進行的自然過程。 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”，就是要由外界對其做功才能完成。電冰箱、空調就是例子。 2.熱力學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.開爾文表述：不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產生其他影響。 3.熱機 熱機是把內能轉化為機械能的裝置。其原理是熱機從熱源吸收熱量Q1，推動活塞做功W，然后向冷凝器釋放熱量Q2。 由能量守恒定律可得： Q1=W+Q2 我們把熱機做的功和它從熱源吸收的熱量的比值叫做熱機效率，用η表示，即η= 4.第二類永動機 ①.設想：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。 ②.第二類永動機不可能制成，表示盡管機械能可以全部轉化為內能，但內能卻不能全部轉化成機械能而不引起其他變化；機械能和內能的轉化過程具有方向性。 典型例題 例1 下列所述過程是可逆的，還是不可逆的？ A.氣缸與活塞的組合內裝有氣體，當活塞上沒有外加壓力，活塞與氣缸間沒有摩擦，氣體緩慢地膨脹時； B.上述裝置，當活塞上沒有外加壓力，活塞與氣缸上摩擦很大，使氣體緩慢地膨脹時； C.上述裝置，沒有摩擦，但調整外加壓力，使氣體能緩慢地膨脹時； D.在一絕熱容器內盛有液體，不停地攪動它，使它溫度升高； E.在一傳熱容器內盛有液體，容器放在一恒溫的大水池內，液體不停地攪動，可保持溫度不變； F.在一絕熱容器內，不同溫度的液體進行混合； G.在一絕熱容器內，不同溫度的氦氣進行混合； 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.是準靜態(tài)無摩擦的膨脹，則為可逆過程。 D.這是做功變?yōu)闊岬倪^程，一定不可逆。 E.此過程中既有“功變熱”又有“熱傳導”，也是不可逆過程。 F.液體的擴散是不可逆過程。 G.有一定溫度差的熱傳導是不可逆過程。 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，銘牌標注：輸入功率1kW，制冷能力1.2104kJ/h，制熱能力1.3104kJ/h。這樣，該空調在制熱時，每消耗1J電能，將放出3J多熱量。是指標錯誤還是能量不守恒？ 解析：都不是。空調制冷、制熱靠壓縮機做功，從室內（室外）吸收熱量放到室外(室內)。在制熱時，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。這既不違背熱力學第一定律，也不違背熱力學第二定律。 友情提示：本題注重考查對熱力學第一定律，熱力學第二定律的理解。 （四）反思總結、當堂檢測 （五）發(fā)導學案、布置作業(yè) 九、板書設計： 熱力學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.開爾文表述：不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產生其他影響。 十、教學反思 　與熱力學第一定律不同的是，熱力學第二定律與日常的生活、學習較遠，并且熱力學第二定律的兩種表述實質上是通過大量實例歸納出來的，因此教學過程中利用好學生熟悉的熱學現(xiàn)象和曾經接觸過的物理模型就非常重要。而課堂中學生積極主動地發(fā)表個人的看法，不管是對的，還是錯的，都對本課達成教學目標起到的推進作用。教學中利用流程圖形象地將能量轉化與守恒的特征與轉化的方向性特征并重地表示出來，并從多角度描述熱力學第二定律，有效地幫助學生建構了比較完整的宏觀熱學規(guī)律體系。