2019-2020年高中物理 《熱力學(xué)第二定律》教案 滬科版選修3-3.doc

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2019-2020年高中物理 《熱力學(xué)第二定律》教案 滬科版選修3-3 一、教學(xué)目標(biāo) 1、了解熱傳導(dǎo)過(guò)程的方向。 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(shí)質(zhì)。 4、了解什么是能量耗散。 5、知道絕對(duì)零度不可能達(dá)到。 6、指導(dǎo)學(xué)生分析事例，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和理論聯(lián)系實(shí)際的能力 二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析 重點(diǎn)：1、熱力學(xué)第二定律兩種常見(jiàn)的表述 2、什么是絕對(duì)零度，知道它是不可達(dá)到的 難點(diǎn)：1、熱力學(xué)第二定律表述的物理實(shí)質(zhì) 2、自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性 三、教學(xué)設(shè)計(jì) 引入新課 我們?cè)诔踔袑W(xué)過(guò)，當(dāng)物體溫度升高時(shí)，就要吸收熱量；當(dāng)物體溫度降低時(shí)，就要放出熱量。而且熱量公式Q = cm△t，這里有一個(gè)有趣的問(wèn)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? 這是因?yàn)殡姳湎牧穗娔?，?duì)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(huì)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(gè)溫度不同的物體相互接觸時(shí)，熱量會(huì)自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體。要實(shí)現(xiàn)相反過(guò)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。 二、第二類永動(dòng)機(jī) 前面我們學(xué)習(xí)了第一類永動(dòng)機(jī)，不能制成的原因是什么？（違背了能量守恒），什么是第二類永動(dòng)機(jī)呢？ 學(xué)生看書(shū)，并思考討論下列問(wèn)題： 1、熱機(jī)是一種把什么能轉(zhuǎn)化成什么能的裝置？ 2、熱機(jī)的效率能否達(dá)到100%？ 3、第二類永動(dòng)機(jī)模型 4、機(jī)械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性 然后由各小組代表回答，教師進(jìn)行思路點(diǎn)撥 1.熱機(jī)是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的裝置 2.熱機(jī)的效率不能達(dá)到100% 原因分析： 以內(nèi)燃機(jī)為例，氣缸中的氣體得到燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量為Q1，推動(dòng)活塞做工W，然后排出廢氣，同時(shí)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(jī)做的功W和它從熱源吸收的熱量Q1的比值叫做熱機(jī)的效率，用 表示η=W / Q1 實(shí)際上熱機(jī)不能把得到的全部?jī)?nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，熱機(jī)必須有熱源和冷凝器，熱機(jī)工作時(shí)，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(jī)的效率不可能達(dá)到100%，汽車上的汽油機(jī)械效率只有20%～30%，蒸汽輪機(jī)的效率比較高，也只能達(dá)到60%，即使是理想熱機(jī)，沒(méi)有摩擦，也沒(méi)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(jī)械能，總要有一部分散發(fā)到冷凝器中 能從單一熱源吸收熱量，然后全部用來(lái)做功，而不引起其他變化的機(jī)器，稱為第二類永動(dòng)機(jī)。 第二類永動(dòng)機(jī)并不違反能量守恒定律，人們?yōu)榱酥圃斐龅诙愑绖?dòng)機(jī)作出了各種努力，但同制造第一類永動(dòng)機(jī)一樣，都失敗了。 為什么第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成呢？ 因?yàn)闄C(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過(guò)程具有方向性。 4.機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，同時(shí)不引起其他變化 三、熱力學(xué)第二定律 再舉實(shí)例，說(shuō)明有些物理過(guò)程具有方向性 氣體的擴(kuò)散現(xiàn)象 書(shū)上連通器的小實(shí)驗(yàn)?。怏w向其中膨脹） 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 （按照熱傳遞的方向性來(lái)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(lái)做功，而不引起其他變化。也可表述為第二類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的。（機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化具有方向性） 這兩種表述是等價(jià)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(guò)程的方向性。（自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性） 四、能量耗散 （設(shè)疑）既然自然界中的能量是守恒的，為什么還要節(jié)約能源呢？因?yàn)橛械哪芰靠梢岳糜械哪芰坎槐阌诶谩? 舉例說(shuō)明：流動(dòng)的水帶動(dòng)水磨做功 　　　　　電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能，電能又在燈泡中轉(zhuǎn)變成光能 　　　　　火爐把屋子燒暖等 學(xué)生總結(jié)：流散的內(nèi)能無(wú)法重新收集起來(lái)加以利用的現(xiàn)象，稱為能量耗散 能量耗散是從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中宏觀過(guò)程具有方向性。 五、絕對(duì)零度不可達(dá)到 宇宙中存在著溫度的下限：—273.15℃，以這個(gè)下限為起點(diǎn)的溫度叫做熱力學(xué)溫度，用T，單位是開(kāi)爾文，符號(hào)是K，熱力學(xué)溫度T同攝氏溫度t的換算關(guān)系是：T = t + 273.15K 一些實(shí)際的溫度值 學(xué)生分析此表，并結(jié)合課本可以知道，實(shí)驗(yàn)室中的低溫已經(jīng)非常接近熱力學(xué)零度了（也稱絕對(duì)零度） 對(duì)大量事實(shí)的分析表明：熱力學(xué)零度不可達(dá)到。這個(gè)結(jié)論稱做熱力學(xué)第三定律。 盡管熱力學(xué)零度不可能達(dá)到，但是只要溫度不是絕對(duì)零度就總有可能降低。因此，熱力學(xué)第三定律不阻止人們想辦法盡可能地接近絕對(duì)零度。 隨堂練習(xí) 1、熱力學(xué)第二定律使人們認(rèn)識(shí)到，自然界中進(jìn)行的涉及 現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有 性，例如機(jī)械能可以 轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能 全部轉(zhuǎn)化成機(jī)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