2019-2020年高二物理（人教大綱版）第二冊(cè) 第十一章 分子熱運(yùn)動(dòng)、能力守恒 六、熱力學(xué)第二定律(第一課時(shí)).doc

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2019-2020年高二物理（人教大綱版）第二冊(cè) 第十一章 分子熱運(yùn)動(dòng)、能力守恒 六、熱力學(xué)第二定律(第一課時(shí)) ●從容說課 本節(jié)是在學(xué)習(xí)了熱力學(xué)第一定律的基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)． 熱力學(xué)第一定律對(duì)自然過程沒有任何限制，只是指出在熱力學(xué)過程中能量不會(huì)有任何增 加或損失．而熱力學(xué)第二定律則會(huì)解決哪些過程可以發(fā)生，哪些過程卻不可以發(fā)生，二者的關(guān)系要弄清． 本節(jié)采取了熱力學(xué)第二定律的兩種表述方式，其實(shí)質(zhì)是一樣的，即自然界中一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都是不可逆的． 本節(jié)的教材特點(diǎn)是：多角度、多方位闡述一個(gè)核心內(nèi)容；側(cè)重于規(guī)律的理解延伸應(yīng)用． 結(jié)合教材的特點(diǎn)和地位，定位本節(jié)的教學(xué)目標(biāo)如下： 1．能夠理解熱力學(xué)第二定律的不同表述及其實(shí)質(zhì)的內(nèi)在聯(lián)系． 2．對(duì)第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成及能量耗散有定性的認(rèn)識(shí)． 3．樹立開發(fā)能源、節(jié)約能源的意識(shí)． 本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)定位于對(duì)熱力學(xué)第二定律兩種表述的認(rèn)識(shí)及物理實(shí)質(zhì)的聯(lián)系理解． 本節(jié)課的教學(xué)難點(diǎn)定位于對(duì)第二類永動(dòng)機(jī)及其不能制成的原因的思維定勢(shì)理解上． 結(jié)合本節(jié)教材的特點(diǎn)，為了突出重點(diǎn)，突破難點(diǎn)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主體能動(dòng)性，教學(xué)中采用互動(dòng)探究式及問題解決的教學(xué)方法．以學(xué)生為主體，教師在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)加以引申、拓展和點(diǎn)撥，使學(xué)生不僅學(xué)習(xí)到文化知識(shí)，還進(jìn)一步陶冶了情操，鍛煉了能力． 本節(jié)課的教學(xué)程序如下： 設(shè)疑引入→提出問題→引出本節(jié)學(xué)習(xí)任務(wù)→學(xué)生互動(dòng)探究→提出新的問題→教師點(diǎn)撥拓展→學(xué)生再探究→解決實(shí)際問題→小結(jié)本節(jié)內(nèi)容． ●教學(xué)目標(biāo) 一、知識(shí)目標(biāo) 1．了解熱傳導(dǎo)過程的方向性。 2．了解什么是第二類永動(dòng)機(jī)，為什么第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成。 3．了解熱力學(xué)第二定律的兩種不同表述，以及這兩種表述的物理實(shí)質(zhì)。 4．了解什么是能量耗散以及熱力學(xué)第三定律。 二、能力目標(biāo) 理解和運(yùn)用熱力學(xué)第二定律解釋和分析有關(guān)物理問題，培養(yǎng)學(xué)生通過日常生活現(xiàn)象概括物理規(guī)律的能力。 三、德育目標(biāo) 1．通過第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成的教學(xué)，教育學(xué)生要有效地利用自然界提供的各種能源，必須遵循自然界的規(guī)律. 2．培養(yǎng)、提高開發(fā)能源、節(jié)約能源的意識(shí)。 ●教學(xué)重點(diǎn) 1．熱力學(xué)第二定律的兩種不同表述，以及兩種表述的物理實(shí)質(zhì)。 2．第二類永動(dòng)機(jī)及其不能制成的原因。 ●教學(xué)難點(diǎn) 第二類永動(dòng)機(jī)及其不能制成的原因。 ●教學(xué)方法 互動(dòng)探究法、問題解決法、分析歸納法 ●教學(xué)用具 投影儀、投影片、錄像帶 ●課時(shí)安排 1課時(shí) ●教學(xué)過程 （一）學(xué)習(xí)目標(biāo) 1．了解熱力學(xué)第二定律的兩種不同表述，理解其本質(zhì)體現(xiàn)。 2．應(yīng)用知識(shí)解決一些實(shí)際問題。 （二）學(xué)法指導(dǎo) 1．結(jié)合導(dǎo)學(xué)提綱自主學(xué)習(xí)。 2．互動(dòng)探究——互相提問，互相解答。 3．教師點(diǎn)撥，師生互動(dòng)釋疑 4．應(yīng)用知識(shí)解決實(shí)際問題。 [學(xué)習(xí)目標(biāo)完成過程] 二、新課教學(xué) 一、導(dǎo)入新課 [錄像]地球上大部分都是海洋的的景象，說明海水的總量非常巨大。 [設(shè)疑]若已知地球上海水的總質(zhì)量為1.4108t，當(dāng)海水的溫度降低0.1℃時(shí)，放出多少J的熱量？ 又假設(shè)某個(gè)核電站的功率為100萬kW，則這些熱量相當(dāng)于多少個(gè)這樣的電站一年的發(fā)電量？ [學(xué)生結(jié)合已有知識(shí)解答] Q=cm△t=5.81023 J n==1800萬（個(gè)）→海水能量巨大 [引入]既然海水能放出這么多的能量！為什么人們現(xiàn)在不去研究利用呢？是技術(shù)的因素還是其他？這節(jié)課我們就來回答這個(gè)問題.因?yàn)樗婕暗搅宋锢韺W(xué)的一個(gè)基本定律. [板書]熱力學(xué)第二定律 二、新課教學(xué) (一)熱力學(xué)第二定律 [投影]導(dǎo)學(xué)提綱 [結(jié)合導(dǎo)學(xué)提綱進(jìn)行自主學(xué)習(xí)] [探究活動(dòng)] 1．同學(xué)互助討論，提出自己的理解疑點(diǎn)． 2．就各自的問題交換看法，互動(dòng)探究． 3．教師點(diǎn)撥小結(jié)． 附：學(xué)生可能提出的問題： 1．“自發(fā)地”意思是什么? 2．何為之方向性? [教師學(xué)生互動(dòng)歸納] 1．熱傳導(dǎo)的方向性：兩個(gè)溫度不同的物體互相接觸時(shí)，熱量會(huì)自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，從而使高溫物體溫度降低(內(nèi)能減少)，低溫物體溫度升高(內(nèi)能增加)． 所謂的“自發(fā)地”指的是沒有任何的外界影響或者幫助． 熱量不能從低溫物體自發(fā)地傳給高溫物體，除非有外界的幫助．例如電冰箱只有在消耗電能的條件下才會(huì)使低溫物體的熱量傳到高溫物體． 綜上所述，推出熱力學(xué)第二定律的第一種表述：不可能使熱量由低溫物體傳到高溫物體， 而不引起其他變化． 2．機(jī)械能、內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性： ①投影實(shí)例分析 一物體以一定的初速度在粗糙的水平面上行駛，最終停下來，則在此過程中a．能量是否守恒?b．減少的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成什么能?c．轉(zhuǎn)化過程是全部轉(zhuǎn)化嗎? [學(xué)生探究匯報(bào)結(jié)果] 機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能(守恒) ②熱機(jī)工作的情況 [錄像]熱機(jī)工作模擬流程 [結(jié)合錄像教師介紹] 熱機(jī)：是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置． 內(nèi)燃機(jī)的原理：假設(shè)氣缸中的氣體得到燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量Q1，推動(dòng)活塞做功W，然后排出廢氣，同時(shí)把熱量Q2散發(fā)到大氣中，由能量守恒知Ql=W+Q2．在這兒把熱機(jī)做的功和它從熱源吸收的熱量Q1的比值叫做熱機(jī)的效率η.那么η=，又因?yàn)镼l=W+Q2>W，所以η<100%．這就是熱機(jī)的特點(diǎn)． 由熱機(jī)效率即可推出：內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能(而不引起其他變化)，這也是熱力學(xué)第二定律的第二種表述： 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． 3．兩種表述的實(shí)質(zhì)是相同的：揭示了有大量分子參與的宏觀過程的方向性(或不可逆性)． (二)第二類永動(dòng)機(jī)為什么不能制成 [投影]導(dǎo)學(xué)提綱 1．第二類永動(dòng)機(jī)的“創(chuàng)意”． 2．第二類永動(dòng)機(jī)的結(jié)果、說明的問題． [學(xué)生自主學(xué)習(xí)] [抽查代表歸納] [教師點(diǎn)撥小結(jié)] 1．第二類永動(dòng)機(jī)是這樣一種熱機(jī)，它沒有冷凝器，只有單一的熱源，它從這一單一熱源吸收的熱量，可以全部用來做功，而不引起其他的變化，即它的效率η要達(dá)到100%． 2．第二類永動(dòng)機(jī)全部歸于失敗，說明內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能． 3．熱力學(xué)第二定律的第二種表述還可為：第二類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的． (三)熱力學(xué)第二定律的深入理解 [設(shè)計(jì)思路] 這一部分內(nèi)容雖不難但較抽象，所以特意設(shè)計(jì)這樣一個(gè)環(huán)節(jié)，留出一定時(shí)間讓同學(xué)去深入消化理解，同時(shí)借助實(shí)驗(yàn)讓大家進(jìn)一步直觀體會(huì)． [探究活動(dòng)] 1．用自己的話來概括熱力學(xué)第二定律． 2．理解下面的關(guān)鍵詞：方向性、自發(fā)地． [實(shí)驗(yàn)] 1．教師介紹裝置． 如圖所示的連通容器，A中裝有紅棕色N02氣體，B是空氣打開閥門K，觀察發(fā)生的現(xiàn)象． 2．學(xué)生實(shí)驗(yàn)． 3．分析思考： A、B中的氣體是否會(huì)自發(fā)地分開呢? [學(xué)生探究歸納] a．現(xiàn)象：擴(kuò)散導(dǎo)致最后兩個(gè)容器都變成淡紅棕色． b．A、B中的氣體不能自發(fā)地分開，要借助化學(xué)的或物理的方法來進(jìn)行． [教師點(diǎn)撥] 上述實(shí)驗(yàn)說明熱學(xué)中的擴(kuò)散現(xiàn)象具有方向性，也進(jìn)一步反映了熱力學(xué)第二定律的規(guī)律． (四)能量耗散 [設(shè)計(jì)思路] 同學(xué)們自主學(xué)習(xí)，類比上面實(shí)驗(yàn)分析，然后抽查展示． [強(qiáng)調(diào)]能量耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界的宏觀過程具有方向性． (五)熱力學(xué)第一定律和第二定律的關(guān)系 [探究活動(dòng)1] 學(xué)生分組討論歸納． [探究活動(dòng)2] 各組交換歸納結(jié)果，互動(dòng)探究． [抽查點(diǎn)撥總結(jié)] 1．熱力學(xué)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%，說明功可以全部變?yōu)闊?，而熱量不能通過循環(huán)全部變?yōu)楣?，即機(jī)械能和內(nèi)能是有區(qū)別的． 2．第一定律指出了熱功等效和轉(zhuǎn)換關(guān)系，指出任何過程能量必須守恒． 第二定律指出的是：并非所有能量守恒過程都能實(shí)現(xiàn)，低溫?zé)嵩吹臒崃烤筒荒茏园l(fā)地傳向 高溫?zé)嵩矗沂玖诉^程進(jìn)行的方向和條件． 3．第一定律沒有溫度的概念，第二定律中有了溫度的概念，提出了在高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩吹膯栴}，提出了不同溫差下，相同的熱量效果是不一樣的，有必要加以區(qū)分． 4．熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律都是自然界中各自獨(dú)立的定律，熱力學(xué)第二定律是第一定律的補(bǔ)充． (六)拓展應(yīng)用 1．熱現(xiàn)象過程中不可避免地出現(xiàn)能量耗散現(xiàn)象，所謂能量耗散是指在能量轉(zhuǎn)化的過程中無法把流散的能量重新加以利用．下列關(guān)于能量耗散的說法中正確的是( ) A．能量耗散說明能量不守恒 B．能量耗散不符合熱力學(xué)第二定律 C．能量耗散過程中能量仍守恒，只是能量的轉(zhuǎn)化有方向性 D．待科技發(fā)達(dá)到一定程度，可消除能量耗散現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)第二類永動(dòng)機(jī) [參考答案]C 2．思考題： ①方向性指的是什么? ②各種表述的實(shí)質(zhì)相同嗎? ③熱力學(xué)絕對(duì)零度為什么不可達(dá)到? 三、小結(jié) 1．同學(xué)們自己列出小結(jié)提綱． 2．大家自己歸納本節(jié)課的重點(diǎn)． 3．對(duì)照學(xué)習(xí)目標(biāo)檢查自己是否完成本節(jié)學(xué)習(xí)任務(wù)． 4．教師抽查，了解大家本節(jié)課的學(xué)習(xí)實(shí)際情況． 四、作業(yè) 1．課本練習(xí)六3、4． 2．復(fù)習(xí)本節(jié)內(nèi)容． 3．預(yù)習(xí)下節(jié)內(nèi)容． 4．總結(jié)熱力學(xué)三大定律，融會(huì)貫通知識(shí)點(diǎn)(溫故而知新)． 五、板書設(shè)計(jì) 熱力學(xué)第三定律：熱力學(xué)零度不可達(dá)到 六、本節(jié)優(yōu)化訓(xùn)練設(shè)計(jì) l．“熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，但不能比低溫物體傳到高溫物體”這一說法是否正確?為什么? 2．將物體A與B相接觸，發(fā)現(xiàn)A放出熱量B吸收熱量，則下述說法中正確的是( ) A．A的溫度一定比B的溫度高 B．A的內(nèi)能一定比B的內(nèi)能大 C．A的熱量一定比B的熱量多 D．A的比熱一定比B的比熱大 [參考答案] 1．這一說法不正確，熱力學(xué)第二定律只是說熱量不能“自發(fā)地”從低溫物體傳向高溫物體，略去了“自發(fā)地”，通過外力做功是可以把低溫物體的熱量傳到高溫物體的．例如電冰箱的工作——制冷作用． 2．A