第四節(jié)熱力學第二定律(最新教案)

1、第四節(jié) 熱力學第二定律教學目標：（一）知識與技能1、了解熱傳遞過程的方向性。2、知道熱力學第二定律的兩種不同的表述，以及這兩種表述的物理實質。3、知道什么是第二類永動機，為什么第二類永動機不可能制成。（二）過程與方法1、 熱力學第二定律的表述方式與其他物理定律的表述方式有一個顯著不同，它是用否定語句表述的。2、熱力學第二定律的表述不只一種，對任何一類宏觀自然過程進行方向的說明，都可以作為熱力學第二定律的表述，學習本節(jié)時注意這一方法。（三）情感、態(tài)度與價值觀1、通過學習熱力學第二定律，可以使學生明白熱機的效率不會達到100%，我們只能想辦法盡量提高熱機的效率，但不能渴求達到100%。2、自然界發(fā)

2、生的一切過程中的能量都是守恒的，但不違背能量守恒定律的宏觀過程并不是都能發(fā)生。教學重點：熱力學第二定律兩種常見的表述。教學難點：1、熱力學第二定律的開爾文表述。2、自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性。教學方法：實驗法、講述法、討論法教學用具：多媒體課件，電冰箱模型，一盆涼水，一個酒精燈和一個鐵塊，鐵鉗。教學過程：（一） 引入新課我們在初中學過，當物體溫度升高時，就要吸收熱量；當物體溫度降低時，就要放出熱量。而且熱量公式 Q = cmAt,這里有一個有趣的問題：地球上有大量的海水,它的總質量約為1.4X 1018 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？海水

3、的比熱容為C=4 2 X 103J/（kg C）。下面請大家計算一 下。學生計算：Q = 4.2X 103X 1.4X 1018X 103X0. 1 J = 5 . 8X 1023J這相當于1800萬個功率為100萬千瓦的核電站一年的發(fā)電量。為什么人們不去研 究這“新能源”呢？原來，這樣做是不可能的，這涉及物理學的一個基本定律， 這就是本節(jié)要討論的熱力學第二定律。（二）新課教學1、熱傳遞的方向性演示實驗：點燃酒精燈，用鉗夾住事先準備好的鐵塊，在火焰上灼燒一段 時間后，問學生現(xiàn)在如果用手摸會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？下面把灼熱的鐵塊放入冷水 中，過一段時間，拿出鐵塊現(xiàn)在你們敢用手摸嗎？通過這個實驗說明什么問

4、題？學生思考，教師給予啟發(fā)學生回答：熱量從溫度高的物體自發(fā)地傳給溫度低的物體再讓學生列舉一些這樣的例子，例如：雪花落在手上就融化，挨著火爐就 溫暖等等。利用課本中“思考與討論”開展小組討論并進行對話交流。教師反問學生：有沒有可能發(fā)生這樣的現(xiàn)象，熱量自發(fā)地從低溫物體傳給 高溫物體，使低溫物體的溫度越來越低，高溫物體的溫度越來越高。這里所說的 “自發(fā)地”，指的是沒有任何外界的影響或幫助。學生思考討論一會后，有的同 學可能產(chǎn)生疑問：電冰箱內部的溫度比外部低，為什么致冷系統(tǒng)還能夠不斷地把 冰箱內的熱量傳給外界的空氣？教師展示電冰箱模型給學生簡要講解（多媒體課件）。熱 一? JI Ki 這是因為電冰箱消

5、耗了電能，對致冷系統(tǒng)做了功。一旦切就不能把其內部的熱量傳給外界的空氣了 箱，使其溫度逐漸升高。斷電源，電冰箱相反，外界的熱量會自發(fā)地傳給電冰總結：熱傳導的方向性：兩個溫度不同的物體相互接觸時， 熱量會自發(fā)地從 高溫物體傳給低溫物體。要實現(xiàn)相反過程，必須借助外界的幫助，因而會產(chǎn)生其 他影響或引起其他變化。結論：熱力學第二定律的一種表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物 體。這是熱力學第二定律的克勞修斯表述。老師講解對定律的理解：這里闡述的是熱傳遞的方向性.在這個表述中，“自 發(fā)”二字指的是：當兩個物體接觸時，不需要任何第三者的介入、不會對任何第三 者產(chǎn)生任何影響，熱量就能從一個物體傳向另一個物

6、體.當兩個溫度不同的物體 接觸時，這個“自發(fā)”的方向是從高溫物體指向低溫物體的。教師指出：熱力學第二定律的克勞修斯表述實質上就是：熱傳遞過程是不可 逆的。2、熱力學第二定律的另一種表述（第二類永動機）前面我們學習了第一類永動機及其不能制成的原因（違背了能量守恒），接 著來學習第二類永動機。分組合作學習，思考討論下列問題：1、熱機是一種把什么能轉化成什么能的裝置?2 、熱機的效率能否達到100%3 、第二類永動機模型4 、機械能和內能轉化的方向性然后由各小組代表回答，教師進行思路點撥1、熱機是一種把內能轉化成機械能的裝置2、熱機的效率不能達到100%原因分析:以內燃機為例，氣缸中的氣體得到燃燒時

7、產(chǎn)生的熱量為 Q,推動活塞做功W然后排出廢氣，同時把熱量Q散發(fā)到大氣中，由能量守恒定律可知：Q = W+ Q 2我們把熱機做的功WF口它從熱源吸收的熱量Q的比值叫做熱機的效率，用” 表不4=W / Q1實際上熱機不能把得到的全部內能轉化為機械能，熱機必須有熱源和冷凝器， 熱機工作時，總要向冷凝器散熱，不可避免的要由工作物質帶走一部分熱量Q,所以有：Q>W因此，熱機的效率不可能達到100%汽車上的汽油機效率只有20%-30%蒸汽輪機的效率比較高，也只能達到60%，即使是理想熱機，沒有摩擦，也沒有漏氣等能量損失，它也不可能把吸收的熱量百分之百的轉化成機械能，總要有一部分散發(fā)到冷凝器中。師生總

8、結 : 熱力學第二定律的另一種表述: 不可能從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功, 而不產(chǎn)生其他影響。這是熱力學第二定律的開爾文表述（ 也稱第二類永動機） 。教師應該強調定律內容“而不產(chǎn)生其他影響”這個條件，舉出“絕熱膨脹”的例子加以說明。第二類永動機并不違反能量守恒定律，人們?yōu)榱酥圃斐龅诙愑绖訖C作出了各種努力，但同制造第一類永動機一樣，都失敗了。為什么第二類永動機不可能制成呢？因為機械能和內能的轉化過程具有方向性。機械能全部轉化成內能，內能卻不能全部轉化為機械能，同時不引起其他變化。（三）課堂小結熱力學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做功，而不引起其他變化。 也可表述為第二類永動機是不可能制成的。（機械能與內能轉化具有方向性）這兩種表述是等價的，可以從一種表述導出另一種表述，所以他們都稱為熱力學第二定律。熱力學第二定律揭示了有大量分子參與的宏觀過程的方向性（自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性）。因此, 對任何一類宏觀自然過程進行方向的說明, 都可以作為熱力學第二定律的表述。注意： 不管如何表述，熱力學第二定律的實質在于揭示了：一切與熱現(xiàn)象有關的實際宏觀過程都是不可逆