2019-2020年高中物理 《热力学第二定律》教案 沪科版选修3-3.doc

2019-2020年高中物理 热力学第二定律教案 沪科版选修3-3一、教学目标1、了解热传导过程的方向。2、了解什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可能制成。3、了解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。4、了解什么是能量耗散。5、知道绝对零度不可能达到。6、指导学生分析事例，培养学生分析问题和理论联系实际的能力二、重点、难点分析重点：1、热力学第二定律两种常见的表述 2、什么是绝对零度，知道它是不可达到的难点：1、热力学第二定律表述的物理实质2、自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性三、教学设计引入新课我们在初中学过，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 = cmt，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1.41018 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?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。二、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？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 表示=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：Q1W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，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气体的扩散现象书上连通器的小实验（气体向其中膨胀）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）四、能量耗散（设疑）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学生总结：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一些实际的温度值学生分析此表，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（也称绝对零度）对大量事实的分析表明：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。随堂练习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