热力学第二定律课时教学设计
课 题
《热力学第二定律》
课 型
新授课
课标
要求
1、能判断涉及热现象的宏观过程是具有方向性的；2、知道并理解热力学第二定律的两种经典表述；3、形成关于宏观热现象都具有不可逆性的概念；
教学
目
标
知识与能力
1、能判断涉及热现象的宏观过程是具有方向性的；2、知道并理解热力学第二定律的两种经典表述；3、形成关于宏观热现象都具有不可逆性的概念；4、认识到热力学第一定律与热力学第二定律具有同样重要的意义。
过程与方法
分析各种热学现象的过程，归纳出现象背后的普遍规律──热力学第二定律。
情感、态度与价值观
1、体会科学发现的曲折性和必然性；2、体会热力学第二定律对于人类实践的指导意义
教学
重点
热力学第二定律内容的理解。
教学
难点
热力学第二定律的两种表述的理解。
教学
方法
分析各种热学现象的过程，归纳出现象背后的普遍规律──热力学第二定律。
教学程序设计
教
学
过
程及
方法
环节一 明标自学
过程设计
二次备课
“明标自学”：
1.了解热传递过程的方向性。
2.知道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。
3.知道什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可能制成。
教
环节二 合作释疑 环节三 点拨拓展
5
学
过
程
及
方
法
过程设计
二次备课
引入新课：
【问题】我们在初中学过，当物体温度升高时，就要吸收热量；当物体温度降低时，就要放出热量。而且热量公式Q = cm△t，这里有一个有趣的问题：地球上有大量的海水,它的总质量约为1.4×1018 t , 如果这些海水的温度降低0.1oC,将要放出多少焦耳的热量?海水的比热容为C=4.2×103J/(kg·℃)。下面请大家计算一下。
学生计算：Q = 4.2×103×1.4×1018×103×0.1 J = 5.8×1023J
这相当于1800万个功率为100万千瓦的核电站一年的发电量。为什么人们不去研究这“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，这就是本节要讨论的热力学第二定律。
一、热传递的方向性
教师实验，点燃酒精灯，用钳夹住事先准备好的铁块，在火焰上灼烧一段时间后，问学生现在如果用手摸会出现什么现象？下面把灼热的铁块放入冷水中，过一段时间，拿出铁块现在你们敢用手摸吗？通过这个实验说明什么问题？
学生思考，教师给予启发
学生答：热量从温度高的物体自发地传给温度低的物体
再让学生列举一些这样的例子，例如：雪花落在手上就融化，挨着火炉就温暖等等。
利用课本中“思考与讨论”开展小组讨论并进行对话交流。
教师反问学生：有没有可能发生这样地现象，热量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？
事前我们让大家观察自家的电冰箱，请同学做简要的回答，教师进行点拨。然后，展示电冰箱模型给学生简要讲解(多媒体课件)。
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。
【学生总结】热传导的方向性：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。
【板书】结论:热力学第二定律的一种表述:热量不能自发地从低温物体传到高温物体。这是热力学第二定律的克劳修斯表述。
老师讲解对定律的理解:这里阐述的是热传递的方向性.在这个表述中,“自发”二字指的是:当两个物体接触时,不需要任何第三者的介入、不会对任何第三者产生任何影响,热量就能从一个物体传向另一个物体.当两个温度不同的物体接触时,这个“自发”的方向是从高温物体指向低温物体的。
教师指出：热力学第二定律的克劳修斯表述实质上就是：热传递过程是不可逆的。
1.
5
联系学生熟悉的，身边的生活现象，使知识的学习贴近学生的生活，使学生感受物理知识就在身边，存在于生活，强化学生的实践意识，使情感成为学习动力。
1. 通过师生的对话交流，在互动中实现思维的碰撞，突出学生的学习过程，体现以学生为中心的原则，从自己的学习体验和感悟中获得知识，向学生学习活动要效益。
2. 热力学第二定律的克劳修斯表述中的“自发”是定律表述的关键词，教师要引导学生作深刻理解。
【板书】二、热力学第二定律的另一种表述(第二类永动机)
前面我们学习了第一类永动机，不能制成的原因是什么？（违背了能量守恒），什么是第二类永动机呢？
分组合作学习，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。
师生总结:热力学第二定律的另一种表述:
【板书】不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功,而不产生其他影响。这是热力学第二定律的开尔文表述 (也称第二类永动机)。
教师应该强调定律内容“而不产生其他影响”这个条件，举出“绝热膨胀”的例子加以说明。
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，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。机械能全部转化成内能，内能却不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化。
再举实例，说明有些物理过程具有方向性。
5
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）。
【板书】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。
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）。
因此,对任何一类宏观自然过程进行方向的说明,都可以作为热力学第二定律的表述。如图中,盒子中间有一个挡板,左室为真空,右室有气体。撤去挡板后右室的气体自发地向左室扩散,而相反的过程不可能自发地进行。因此，热力学第二定律也可以表述为:气体向真空的自由彭胀是不可逆的。
【注意】 ：不管如何表述，热力学第二定律的实质在于揭示了：一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。
【本节小结】:回过头分析引入的例子,学生应用热力学第二定律分析,老师点拨总结。进一步说明第二类永动机不能制成的,违背热力学第二定律。 【设计意图】：
1.热力学第二定律的开尔文表述比较抽象和难以理解，需要学生通过合作学习，在讨论和交流中认识规律，再通过教师的点拨指导才能更好的理解和掌握规律。
2. 热力学第二定律是在大量实验事实的基础上总结出来的，教学过程要引导学生多运用实例来辅助理解。
3. 分析引入的例子，学生应用热力学第二定律分析，师生共同小结本节内容，首尾呼应，学以致用
教
学
过
程
及
环节四 当堂检测
二次备课
5
方
法
1、热力学第二定律使人们认识到，自然界中进行的涉及 现象的宏观过程都具有 性，例如机械能可以 转化为内能，但内能 全部转化成机械能，而不引起其他变化。
2.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
3.根据热力学第二定律，下列判断正确的是（ ）
A．电流的能不可能全部变为内能
B．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变为电能
C．热机中，燃气内能不可能全部变为机械能
D．在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温度物体．
4.第二类永动机不可以制成，是因为（ ）
A．违背了能量的守恒定律
B．热量总是从高温物体传递到低温物体
C．机械能不能全部转变为内能
D．内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化
课堂
小结
1.热力学第二定律的一种表述:热量不能自发地从低温物体传到高温物体。这是热力学第二定律的克劳修斯表述。
热力学第二定律的克劳修斯表述实质上就是：热传递过程是不可逆的。
2.热力学第二定律的另一种表述:
不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功,而不产生其他影响。这是热力学第二定律的开尔文表述 (也称第二类永动机)
课后
作业
p61问题与练习:1.2、3
板书
设计
1、热传递的方向性;
热力学第二定律的一种表述:热量不能自发地从低温物体传到高温物体。这是热力学第二定律的克劳修斯表述。
2.热力学第二定律的另一种表述(第二类永动机); 不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功,而不产生其他影响。这是热力学第二定律的开尔文表述 (也称第二类永动机)。
课
后
反
思
5
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