2019-2020年高中物理 《熱力學第二定律》教案 魯科版選修3-3.doc

2019-2020年高中物理 熱力學第二定律教案 魯科版選修3-3要 點：了解熱傳導過程的方向性 理解第二類永動機不可能的原因 了解熱力學第二定律的不同表達以及實質教學難點：用熱傳導過程的方向性解釋第二類永動機的不可能考試要求：高考（熱力學第二定律、永動機不可能、絕對零度不可達到），會考課堂設計：從學生比較熟悉熱傳導過程的方向性入手，從平時很少關注的方向性方式入手研究，調動學生的思維并為熱力學第二定律作準備。第二類永動機由于沒有違背能量的轉化和守恒定律更具有欺騙性，應立足熱傳導過程的方向性來幫助學生理解。能量的耗散應從能量（守恒）的角度來考察，并保證對生活實例有指導性。解決難點：先引導關注熱傳導過程的方向性，用來解決第二類永動機的失敗原因，體會盡管沒有違背能量守恒定律但還受到其他因素的制約。學生現狀：不知道遵守能量守恒定律的機器為什么還是不可能制成； 知道熱傳導的方向性但沒有聯(lián)系實際； 第二類永動機（并不違背能量守恒定律）的欺騙性認識不足。培養(yǎng)能力：分析綜合能力，理解推理能力思想教育：唯物主義世界觀，尊重事實考試說明：新增“熱力學第二定律、永動機不可能、絕對零度不可達到”一、引入 有這樣有趣的問題：地球上有大量的海水，它的質量約為1.41018t,只要這些海水的溫度降低0.1OC,就能放出5.81023J的熱量，這相當于1800萬個功率為100萬千萬的核電站一年的電量，為什么不去研究這種新能源呢？學了本節(jié)課你就可以知道答案了。二、熱傳導的方向性 問:生活經驗肯定告訴過我們，兩個溫度不同的物體互相接觸后，會發(fā)生什么現象？分析：熱量會自發(fā)的從高溫物體傳給低溫物體，結果使溫度低的物體溫度升高，溫度高的物體溫度降低。問：有沒有見過，溫度自發(fā)的從低溫物體傳給高溫物體？分析：學生可能說“有”，比如說空調、冰箱。解釋什么是“自發(fā)地”？“自發(fā)地”：是沒有任何外界的影響或幫助?？照{、冰箱需借助外界條件電源，才能夠使熱量從低溫物體傳到高溫物體，它們是“不自發(fā)地”而是“被迫地”一旦停電，就又是自發(fā)地由高溫傳向低溫 類似：水（自發(fā)地）往低處流，也可以在有幫助的條件下（被迫地）向高處流。總結：熱傳導的過程是有方向行，這個過程可以自發(fā)的從一個方向自發(fā)地進行；但是向相反的方向卻不能自發(fā)地進行，必須借助外界的幫助。自然界中所涉及熱現象的宏觀過程都具有方向性。 三、第二類永動機大家都已經知道，機械能和內能之間可以發(fā)生相互轉化，比如說一個在水平面上的物體，由于克服摩擦力做功，最后總要停下來。在這個過程中物體的動能轉化為內能，使物體的溫度升高。而把內能轉化為機械能，在這轉化中能量守恒。依據理論，內能同樣可以轉化機械能（動能），所以我們很愿意將汽車的溫度降低來獲得汽車的動能（在夏天那可是一舉兩得的事）。而不引起其他的變化。我們沒有見過這類情況，并不是人們沒想到，而是有困難?；卮疬@個問題之前我們先介紹熱機。 熱機，是將熱（內）能轉化為機械能的裝置。如內燃機、蒸汽機、燃氣輪機（熱電廠）、燃氣渦輪（噴氣飛機）。以內燃機為例：氣體燃燒時產生的熱量Q1,推動活塞做功W，然后放出熱氣，同時把熱量Q2散發(fā)到大氣中。根據能量守恒Q1=W+Q2,如果我們把熱機做的功W和它從熱源吸收的熱量Q1的比值叫做熱機的效率，用表示效率，則有問：我們也都知道W>Q1,也就是不可能達到100，那是為什么？分析：熱機構造必須有熱源和冷凝器，工作時，總要向冷凝器散熱，因此要損失熱量。 能不能制造出沒有冷凝器的熱機，只有單一的熱源，它從這個單一熱源中吸收熱量，可以全不用來做功，第二類永動機就是指這類遵守能量守恒定律，從單一熱源不斷獲得能量的機器。第二類永動機的失敗，說明機械能和內能之間的轉化有著方向性：機械能可以全部轉化為內能，但內能不能全部轉化為機械能（肯定引起其他變化）。所以我們在沒有冷凝器的條件下，無法通過降低海水溫度來獲取我們所需要的能量四、熱力學第二定律生活中很多物理過程的具有方向性。比如圖112中氣體的擴散，物理學家通過分析自然現象，又總結了第二類永動機不可制成的經驗，得出了熱力學第二定律。常見兩種表述：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。 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。兩種表述的實質是統(tǒng)一的：自然界中進行的涉及的熱現象有關的宏觀過程具有方向性，都是不可逆的。 五、能量耗散 問：既然有能量守恒定律，為什么還要節(jié)約能源呢？ 分析：其實通過前面的學習，我們都可以找到答案了，因為能量的轉化具有方向性，某些自發(fā)進行的能量轉化后不能再以原值的大小重新轉化回來，盡管總量是不變的但可利用的能在減少能量的耗散（避免說成是損失）。 能量的耗散也從能量轉化的角度表明其原因是：從能量轉化的角度反映出自然界中的宏觀過程是具有方向性的。 六、絕對零度不可達到(8) 0K-273.15，T=t+273.15K 值不同但（溫差）度的大小相同 閱表：可通過與攝氏度的換算來體會 溫度高分子運動快，溫度低分子運動慢；到0K（-273.15）時分子不再運動，依據辯證唯物主義觀點，物質總是運動的，絕對零度只能接近不能到達熱力學第三定律