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高中物理4 热力学第二定律教学设计
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热力学第二定律教学目标一、知识目标1.了解热传导过程的方向性.2.了解什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可能制成.3.了解热力学第二定律的两种不同表述，以及这两种表述的物理实质.4.了解什么是能量耗散.二、能力目标培养学生通过日常生活现象概括物理规律的能力.三、德育目标通过第二类永动机不可能制成的教学，教育学生要有效地利用自然界提供的的各种能源，必须遵循自然界的规律.教学重点1.热力学第二定律的两种不同表述，以及两种表述的物理实质.2.第二类永动机及其不能制成的原因.教学难点第二类永动机及其不能制成的原因教学方法阅读法、分析归纳法、讲练法教学用具投影仪、投影片、录像带课时安排1课时教学过程［投影］本节课的学习目标1.了解热传导过程的方向性2.了解什么是第二类永动机；为什么第二类永动机不可能制成3.了解热力学第二定律的两种不同的表述，以及这两种表述的物理实质4.了解什么是能量耗散学习目标完成过程一、引入［投影］地球上海水的总质量约为1.4×1018 t，当海水的温度降低0.1 ℃，放出多少焦的热量？假设每个核电站的功率为100万千瓦，则这些热量相当于多少个这样的电站一年的发电量？［学生解答］得到：这些海水的温度降低0.1 ℃，能放出5.8×1023 J的热量，这相当于 1800万个功率为100 万千瓦的核电站一年的发电量.［教师］既然海水能放出这么多的能量，为什么人们不去研究这种新能源呢？原来这样做是不可能的，这涉及到物理学的一个基本定律，这就是本节要学习的热力学第二定律.二、新课教学（一）热传导的方向性［问］两个温度不同的物体互相接触时，将会出现什么现象？［学生］两个温度不同的物体互相接触时，热量将从高温物体传给低温物体，使高温物体温度降低，低温物体温度升高.［教师］上述过程中热量是自发地从高温物体传给低温物体的，我们所说的“自发地”指的是没有任何的外界影响或者帮助.［问］那么，同学们见过热量从低温物体传给高温物体的实例吗？［学生］电冰箱能够把热量从低温物体传给高温物体［教师］电冰箱能够把热量从低温物体传给高温物体，在该过程中电冰箱要消耗电能，一旦切断电源，电冰箱就不能把其内部的热量传给外界的空气了，相反，外界的热量会自发地传给电冰箱，使其温度逐渐升高.［总结］热传导的过程是有方向性的，这个过程可以向一个方向自发地进行，但是向相反方向却不能自发地进行，要实现相反方向的过程.必须借助外界的帮助.因而要产生其他影响或引起其他变化.（二）第二类永动机［问］一个在水平地面上运动的物体，撤去外力作用后，为什么会停下来？ 在这个过程中，能量是如何转化的？［学生］在水平地面上运动的物体，撤去外力后，由于克服摩擦力做功，所以最后会停下来；在上述过程中，物体的动能转化为内能.［教师］现在，我们假想：发明一种热机，用它把物体与地面摩擦所生的热量都吸收过来，并用来对物体做功，将内能全部转化为动能，使因摩擦停止运动的物体在地面上重新运动起来，而不引起其他变化，这是否可能？［学生阅读课文，分组讨论］［学生汇报讨论结果］［教师总结］通过同学们的分析，我们得到：实际上，热机不能把它得到的内能转化为机械能，因为热机必须有热源和冷凝器，热机工作时，总要向冷凝器放热，不可避免地要由工作物质带走一部分热量Q，即使是理想热机，没有摩擦，也没有漏气等能量损失，它也不可能把吸收的热量百分之百地转化为机械能，总要有一部分热量散发到冷凝器中.［放映热机工作的录像资料，加深学生的理解］［教师］人们把这种从单一热源吸收的热量，可以全部用来做功而不引起其他变化的热机叫第二类永动机.第二类永动机虽不违背守恒定律，但是也失败了.第二类永动机不可能制成，表示机械能和内能的转化过程具有方向性，也就是说机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化.（三）热力学第二定律［演示］如图所示的连通容器，A中装有红棕色NO2气体，B是真空，打开阀门K，观察发生的现象.［现象］我们看到A中的气体自发地向容器B中膨胀，最后两个容器都充满气体［问］A、B中的气体是否会自发地分开呢？［学生］不会自发地分开［教师］上述实验说明热学中的扩散现象具有方向性，我们把类似的具有方向性的现象进行概括，就得到了热力学第二定律.［学生阅读课文，并解答思考题］［投影］1.热力学第二定律常见的两种表述方式是什么？2.热力学第二定律对我们认识自然、利用自然有什么重要意义？3.什么是能量耗散？能量耗散反映了什么问题？［学生回答］1.热力学第二定律的两种常见表述是：第一种表述：不可能使热量由低温物体传递到高温物体.而不引起其他变化.第二种表述：不可能从单一热源吸热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化.2.热力学第二定律揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，即自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性3我们没有办法把流散的能量重新收集起来加以利用，这种现象叫能量耗散，能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性.［强化训练］讨论：热力学第一定律和热力学第二定律的关系.参考解答热力学第一定律和第二定律都自然界中独立的定律，热力学第二定律是第一定律的补充. 1.第一定律只指出了η不大于100%，而第二定律指出的是η不等于100%，说明功可以全部变为热，而热量不能通过一循环全部变为功，即机械能和内能是有区别的.2.第一定律指出了热功等效和转换关系，指出任何过程能量必须守恒第二定律指出的是：并非所有能量守恒过程都能实现，低温热源的热量就不能自动地传向高温热源，揭示了过程进行的方向和条件.3.第一定律没有温度的概念，第二定律中有了温度的概念，提出了在高温热源和低温热源间的问题，提出了不同温度差下，相同的热量效果是不一样的，有必要加以区分. 三、小结用投影片出示下列小结思考题1.什么是热传导的方向性？2.机械能和内能之间相互转化的方向性指的是什么？3.什么是第二类永动机？为什么第二类永动机不可能制成？4.热力学第二定律的两种表述方式是什么？该定律的实质是什么？5. 什么是能量耗散？［学生解答上述思考题，对本节小结］四、作业1.阅读本节课文2.收集有关能源的资料五、板书设计
热力学第二定律教学目标一、知识目标1.了解热传导过程的方向性.2.了解什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可能制成.3.了解热力学第二定律的两种不同表述，以及这两种表述的物理实质.4.了解什么是能量耗散.二、能力目标培养学生通过日常生活现象概括物理规律的能力.三、德育目标通过第二类永动机不可能制成的教学，教育学生要有效地利用自然界提供的的各种能源，必须遵循自然界的规律.教学重点1.热力学第二定律的两种不同表述，以及两种表述的物理实质.2.第二类永动机及其不能制成的原因.教学难点第二类永动机及其不能制成的原因教学方法阅读法、分析归纳法、讲练法教学用具投影仪、投影片、录像带课时安排1课时教学过程［投影］本节课的学习目标1.了解热传导过程的方向性2.了解什么是第二类永动机；为什么第二类永动机不可能制成3.了解热力学第二定律的两种不同的表述，以及这两种表述的物理实质4.了解什么是能量耗散学习目标完成过程一、引入［投影］地球上海水的总质量约为1.4×1018 t，当海水的温度降低0.1 ℃，放出多少焦的热量？假设每个核电站的功率为100万千瓦，则这些热量相当于多少个这样的电站一年的发电量？［学生解答］得到：这些海水的温度降低0.1 ℃，能放出5.8×1023 J的热量，这相当于 1800万个功率为100 万千瓦的核电站一年的发电量.［教师］既然海水能放出这么多的能量，为什么人们不去研究这种新能源呢？原来这样做是不可能的，这涉及到物理学的一个基本定律，这就是本节要学习的热力学第二定律.二、新课教学（一）热传导的方向性［问］两个温度不同的物体互相接触时，将会出现什么现象？［学生］两个温度不同的物体互相接触时，热量将从高温物体传给低温物体，使高温物体温度降低，低温物体温度升高.［教师］上述过程中热量是自发地从高温物体传给低温物体的，我们所说的“自发地”指的是没有任何的外界影响或者帮助.［问］那么，同学们见过热量从低温物体传给高温物体的实例吗？［学生］电冰箱能够把热量从低温物体传给高温物体［教师］电冰箱能够把热量从低温物体传给高温物体，在该过程中电冰箱要消耗电能，一旦切断电源，电冰箱就不能把其内部的热量传给外界的空气了，相反，外界的热量会自发地传给电冰箱，使其温度逐渐升高.［总结］热传导的过程是有方向性的，这个过程可以向一个方向自发地进行，但是向相反方向却不能自发地进行，要实现相反方向的过程.必须借助外界的帮助.因而要产生其他影响或引起其他变化.（二）第二类永动机［问］一个在水平地面上运动的物体，撤去外力作用后，为什么会停下来？ 在这个过程中，能量是如何转化的？［学生］在水平地面上运动的物体，撤去外力后，由于克服摩擦力做功，所以最后会停下来；在上述过程中，物体的动能转化为内能.［教师］现在，我们假想：发明一种热机，用它把物体与地面摩擦所生的热量都吸收过来，并用来对物体做功，将内能全部转化为动能，使因摩擦停止运动的物体在地面上重新运动起来，而不引起其他变化，这是否可能？［学生阅读课文，分组讨论］［学生汇报讨论结果］［教师总结］通过同学们的分析，我们得到：实际上，热机不能把它得到的内能转化为机械能，因为热机必须有热源和冷凝器，热机工作时，总要向冷凝器放热，不可避免地要由工作物质带走一部分热量Q，即使是理想热机，没有摩擦，也没有漏气等能量损失，它也不可能把吸收的热量百分之百地转化为机械能，总要有一部分热量散发到冷凝器中.［放映热机工作的录像资料，加深学生的理解］［教师］人们把这种从单一热源吸收的热量，可以全部用来做功而不引起其他变化的热机叫第二类永动机.第二类永动机虽不违背守恒定律，但是也失败了.第二类永动机不可能制成，表示机械能和内能的转化过程具有方向性，也就是说机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化.（三）热力学第二定律［演示］如图所示的连通容器，A中装有红棕色NO2气体，B是真空，打开阀门K，观察发生的现象.［现象］我们看到A中的气体自发地向容器B中膨胀，最后两个容器都充满气体［问］A、B中的气体是否会自发地分开呢？［学生］不会自发地分开［教师］上述实验说明热学中的扩散现象具有方向性，我们把类似的具有方向性的现象进行概括，就得到了热力学第二定律.［学生阅读课文，并解答思考题］［投影］1.热力学第二定律常见的两种表述方式是什么？2.热力学第二定律对我们认识自然、利用自然有什么重要意义？3.什么是能量耗散？能量耗散反映了什么问题？［学生回答］1.热力学第二定律的两种常见表述是：第一种表述：不可能使热量由低温物体传递到高温物体.而不引起其他变化.第二种表述：不可能从单一热源吸热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化.2.热力学第二定律揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，即自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性3我们没有办法把流散的能量重新收集起来加以利用，这种现象叫能量耗散，能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性.［强化训练］讨论：热力学第一定律和热力学第二定律的关系.参考解答热力学第一定律和第二定律都自然界中独立的定律，热力学第二定律是第一定律的补充. 1.第一定律只指出了η不大于100%，而第二定律指出的是η不等于100%，说明功可以全部变为热，而热量不能通过一循环全部变为功，即机械能和内能是有区别的.2.第一定律指出了热功等效和转换关系，指出任何过程能量必须守恒第二定律指出的是：并非所有能量守恒过程都能实现，低温热源的热量就不能自动地传向高温热源，揭示了过程进行的方向和条件.3.第一定律没有温度的概念，第二定律中有了温度的概念，提出了在高温热源和低温热源间的问题，提出了不同温度差下，相同的热量效果是不一样的，有必要加以区分. 三、小结用投影片出示下列小结思考题1.什么是热传导的方向性？2.机械能和内能之间相互转化的方向性指的是什么？3.什么是第二类永动机？为什么第二类永动机不可能制成？4.热力学第二定律的两种表述方式是什么？该定律的实质是什么？5. 什么是能量耗散？［学生解答上述思考题，对本节小结］四、作业1.阅读本节课文2.收集有关能源的资料五、板书设计
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