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1、高中物理选修3-3热力学第二定律教学设计【教学目标】 一、知识和技能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。二、过程和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。三、情感、态度和价值观 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。【教学重点和难点】重点：热力学第二定律内容的理解。难点：热力学第二定律的两种表述的理解。一、引入新课师：我们刚刚学过了热力学第一定律，即能量的转化与守恒定律
2、。既然能量的总量是不变的，但为什么还说有能源危机，还要提倡节约能源呢？曾经有这样一个设想（展示幻灯片），试图来解决我们的能源危机。问：地球上有大量的海水，它的总质量约为141018t，如果这些海水的温度降低01oC，将要放出多少焦耳的热量？海水的比热容为C=42103J/（kg）师：请大家计算一下，上述过程将释放多少能量？生：放出581023J的热量。师：这相当于1800万个大亚湾核电站一年的发电量。（秦山核电站装机容量为30万千瓦、大亚湾核电站装机容量为百万千瓦）（幻灯片）师：请大家相互讨论一下，该方案可行吗？（学生分组讨论）生1：这个方案可行，因为不违背能量守恒定律。生2：这个方案不可行，
3、若可行的话，科学家早就将这一想法付诸实践了。生3：不同意2的说法。并不是我们能想到的就一定能实现的。二、提出热力学第二定律师：那么这一想法实现的困难是技术上的障碍呢？还是理论上根本不可能？是否还存在一些除了能量的转化与守恒定律之外的一些我们还必须遵循的客观规律呢？现在让我们一起来学习本章第五节：热力学第二定律。师：我们先从分析一组物理现象开始。请看下面的一些视频：空气和二氧化氮气体的扩散；烧红的铁棒浸入水中冷却；向密闭的广口瓶中充气，将瓶塞充开；在草坪上滚动的足球最终停下来；一玻璃杯从桌子边缘摔在地面上破碎。（展示视频）师：这些是我们眼中能看到的现象，大家能否描述一下上述现象的逆过程？并判断这
4、些逆过程可能实现吗？注意语言表述的准确性，大家相互讨论一下。（学生分组讨论）生1：现象的逆过程是均匀混合的空气与二氧化氮气体过一段时间变的泾渭分明：上面是空气，下面是二氧化氮。该过程不可能。生2：现象的逆过程是浸在水中的铁棒过一段时间后吸收水的热量变红了，而水温降低了。该过程不可能。生3：现象的逆过程是从瓶中冲出去的气体又自动回到瓶中，瓶中气体的压强达到了将瓶塞冲开时的压强。该过程不可能。生4：现象的逆过程是静止在草坪上的足球自动地吸收草地的热量转化为足球的动能，足球滚了起来。该过程不可能。生5：现象错误！链接无效。的逆过程是碎在地面上的玻璃杯自动地变成完整的杯子，并跳回桌面。该过程不可能。师
5、：所有的这些现象有何共同特征？生：都是不可逆的。 师：既然在不同的现象背后存在着一个共同特征，那么就应该存在着一个普遍的客观规律。事实上，许多科学家已经从不同的角度分别进行了归纳总结，提出了热力学第二定律。 三、热传导过程分析克劳修斯表述师：分析诸如的热传导过程，要发生热传导必须具备什么条件？生：要有温度差。师：那么自发的热传导过程有什么特征？生：总是从高温物体向低温物体传导。师：热量能否从低温物体传导到高温物体？生1：不能，诸如中不可能出现铁棒变红、水温降低的现象。生2：可能的，电冰箱工作时就是将热量从低温环境传导到高温环境。师：很好，让我们一起来分析电冰箱的工作过程。请考虑三个问题：一是电
6、冰箱中热量传导的方向性；二是电冰箱中这种热量传导有没有条件？三是分析电冰箱工作时能量转化情况。请大家相互讨论一下。（学生分组讨论）生1：电冰箱工作时是将热量从低温环境传到高温环境；生2：只有在电冰箱插上电源后，才能实现上述热量传导过程；生3：电冰箱工作时，消耗了电能。师：电冰箱工作时，消耗了电能，再考虑电冰箱制冷剂在箱内吸收的热量与在箱外释放的热量，该过程中能量守恒吗？生4：能量肯定是守恒的，也许释放到电冰箱外的热量大于在电冰箱内吸收的热量。师：你的说法不错，诸如过程和电冰箱的工作过程可以用下面的流程图来表示：可见，热量传导可以从低温物体到高温物体。可以设想，拔掉电源的冰箱是不可能达到制冷效果
7、的，也就是下面的过程不可能。 师：早在1850年德国物理学家克劳修斯总结了热传导过程的规律，称之为热力学第二定律的克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。请大家再将这一意思换一种表述方法。生：也可以说成：热量不可能从低温物体传到高温物体而不产生其他影响。 四、回顾与思考师：现在让我们来回顾一开始提出的设想：能否利用海水降温的方法获取有用功？生1：不行，该过程尽管不违背能量守恒定律，但却违背了热力学第二定律。师：违背了热力学第二定律中的哪种表述？生2：违背了开尔文表述。即不可能从海水这单一热源吸收热量，使之变为有用功，而不产生其他影响。师：不错。但是在没有发现热力学第二定律之前，有许多科学家就试图制造诸如此类的机器，这称之为第二类永动机。现在看来，第二类永动机也不可能实现。开尔文表述是从功能关系来表述的，因此开尔文表述也可说成：第二类永动机不可能实现。可见我们不仅要受制于能量的转化与守恒定律，还要受到能量转化方向的制约。也可以说热力学第一定律指明了我们所拥有的“资本”总量；热力学第二定律则规定了我们“资本”运营的方式和方法。课后请同学们再利用热力学定律说明开始的五个视频的逆过程为什么不能完成，并完成教材后的问题与练习题。
