物理选修3选修3-3第十章 热力学定律4 热力学第二定律教学设计

这是一份物理选修3选修3-3第十章 热力学定律4 热力学第二定律教学设计，共5页。教案主要包含了热传导的方向性，热力学第二定律，能量耗散，绝对零度不可达到等内容，欢迎下载使用。

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时
教
学
目
标

什么现象说明热传导具有方向性？
什么是第二类永动机？为什么说第二类永动机不可能制成？
热力学第二定律的两种常见表述是什么？它的物理实质是什么？
能量的耗散提示了什么？
学
生
预
习
热力学第二定律的两种表述及物理实质
第一种表述提示了热传递过程的不可逆性，第二种表述提示了功和热的转化的不可逆性。
“单一热源”是指温度均匀且恒定不变的热源，“其它变化”是指除了从单一热源吸热和全部用来做功以外的任何变化。
二、热力学第一定律和热力学第二定律的区别和联系
学
生
预
习
疑
难
点
教学重点：
了解热力学第二定律的两种表述方法以及这两种表述的物理实质,知道为什么第二类永动机不可制成。
教学难点：
第二类永动机不可制成的物理实质
教学方法：
教师讲解与学生课堂自学结合，并讨论归纳
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点
（－）引入新课
有这样一个有趣的问题：地球上有大量海水，它的总质量约为1.4×1018t，只要这些海水的温度降低0.1℃，就能放出5.8×1023J的热量，这相当于1800万个核电站一年的发电量．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．这涉及物理学的一个基本定律，就是本节要讨论的热力学第二定律。
【板书】第七节 热力学第二定律
（二）进行新课
一、热传导的方向性：
提问：大家是否想过热量为什么不会自发地从低温物体传给高温物体，使低温物体的温度越来越低，高温物体的温度越来越高。这里所说的"自发地"，指的是没有任何外界的影响或帮助。学生思考讨论一会后，有的同学可能产生疑问：电冰箱内部的温度比外部低，为什么致冷系统还能够不断地把冰箱内的热量传给外界的空气？
答：这是因为电冰箱消耗了电能，对致冷系统做了功。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。
两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体。要实现相反过程，必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起其他变化。
二、第二类永动机
学生看书，并思考讨论下列问题：
1、热机是一种把什么能转化成什么能的装置？2、热机的效率能否达到100%？3、第二类永动机模型。4、机械能和内能转化的方向性。
然后由各小组代表回答，教师进行思路点拨
1、热机是一种把内能转化成机械能的装置
2、热机的效率不能达到100%
原因分析：
以内燃机为例，气缸中的气体得到燃烧时产生的热量为Q1，推动活塞做工W，然后排出废气，同时把热量Q2散发到大气中，
由能量守恒定律可知：Q1 = W + Q2
我们把热机做的功W和它从热源吸收的热量Q1的比值叫做热机的效率，用η表示：
η=W / Q1
实际上热机不能把得到的全部内能转化为机械能，热机必须有热源和冷凝器，热机工作时，总要向冷凝器散热，不可避免的要由工作物质带走一部分热量Q2，所以有：
Q1>W
因此，热机的效率不可能达到100%，汽车上的汽油机械效率只有20%～30%，蒸汽轮机的效率比较高，也只能达到60%，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的转化成机械能，总要有一部分散发到冷凝器中
3、能从单一热源吸收热量，然后全部用来做功，而不引起其他变化的机器，称为第二类永动机。
第二类永动机并不违反能量守恒定律，人们为了制造出第二类永动机作出了各种努力，




教
学
内
容
及
方
法
但同制造第一类永动机一样，都失败了。为什么第二类永动机不可能制成呢？因为机械能和内能的转化过程具有方向性。
4、机械能可以全部转化成内能，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
再举实例，说明有些物理过程具有方向性：①气体的扩散现象；②书上连通器的小实验 （气体向其中膨胀）
1、热力学第二定律的两种表述：
表述一：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。（按照热传递的方向性来表述的）
表述二：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化。也可表述为第二类永动机是不可能制成的。（机械能与内能转化具有方向性）
这两种表述是等价的，可以从一种表述导出另一种表述，所以他们都称为热力学第二定律。
2、意义：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。（自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性）
四、能量耗散
提问学生：既然自然界中的能量是守恒的，为什么还要节约能源呢？
（因为有的能量可以利用有的能量不便于利用）
举例说明：流动的水带动水磨做功
电池中的化学能转变成电能，电能又在灯泡中转变成光能
火炉把屋子烧暖等
流散的内能无法重新收集起来加以利用的现象，称为能量耗散。能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程具有方向性。
五、绝对零度不可达到（热力学第三定律）
宇宙中存在着温度的下限：-273.15℃，以这个下限为起点的温度叫做热力学温度，用T，单位是开尔文，符号是K，热力学温度T同摄氏温度t的换算关系是：T = t + 273.15K
（让学生看书上的表）并结合课本可以知道，实验室中的低温已经非常接近热力学零度了（绝对零度）。大量事实表明：热力学零度不可达到；这个结论称做热力学第三定律。
尽管热力学零度不可能达到，但是只要温度不是绝对零度就总有可能降低。因此，热力学第三定律不阻止人们想办法尽可能地接近绝对零度。
教
学
内
容
及
方
法
一、热传导的方向性：
高温物体只能“自发地”将热量传给低温物体，而低温物体必须要依靠外界的辅助才能将热量传给高温物体。
二、第二类永动机
１、没有冷凝器的能从单一热源吸收热量并全部用来做功而不引起其他变化的热机。
２、特征：符合能量守恒定律；不可能引起其他变化 。
３、结论：机械能和内能的转化过程具有方向性，尽管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，同时不引起其它变化
三、热力学第二定律
表述一：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不产生其他变化。（按热传导的方向性表述）
表述二：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化。（按能量转化的方向性表述）
小结：热力学第二定律揭示了自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，使得它成为独立于热力学第一定律的一个重要的自然规律．热力学第二定律在物理、化学、生物等学科中有重要的应用，它对于我们认识自然和利用自然有重要的指导意义。
四、能量耗散
五、绝对零度不可能达到

板
书
例题：下列哪些物理过程具有方向性
热传递过程
机械能和内能的转化过程
气体的扩散过程
气体向真空中膨胀过程
选：A、B、C
课
堂
作
业
课
后
作
业
复备
作
业
信
息
反
馈
1．热力学第一定律和热力学第二定律是构成热力学知识的理论基础，热力学第一定律对自然过程没有任何限制，只指出在任何热力学过程中能量不会有任何增加或损失，热力学第二定律解决哪些过程可以发生，教学时要注意讲清二者的关系。
2．热力学第二定律的两种表述，以重视按照传导过程的方向性表述，另一种是按照机械能和内能转化过程的方向性表述。这两种表述是等价的，它们都表明，自然界中一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。教学时，要注意说明这两种不同表述的内在联系，讲清这两种表述的物理实质。
补
缺
记
载
教
后
一
得
热传导的规律为： （ ）
A、热量总是从热量较多的物体传递给热量较少的物体
B、热量总是从温度较高的物体传递给温度较低的物体
C、热量总是从内能较多的物体传递给内能较少的物体
D、热量总是从比热容较大的物体传递给比热容较小的物体
教案
修改