高二物理教案分子熱運動 能量守恒-六 熱力學(xué)第二定律

1、六 熱力學(xué)第二定律【教學(xué)目標(biāo)】1、 了解熱傳導(dǎo)過程的方向。2、 了解什么是第二類永動機，為什么第二類永動機不可能制成。3、 了解熱力學(xué)第二定律的兩種不同的表述以及這兩種表述的物理實質(zhì)。4、 了解什么是能量耗散。5、 知道絕對零度不可能達到。6、指導(dǎo)學(xué)生分析事例，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和理論聯(lián)系實際的能力【重點、難點分析】重點：1、熱力學(xué)第二定律兩種常見的表述 2、什么是絕對零度，知道它是不可達到的難點：1、熱力學(xué)第二定律表述的物理實質(zhì)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【課時安排】 一課時 【課前準(zhǔn)備】教師：投影儀及膠片，一個電冰箱模型，一盆涼水，準(zhǔn)備一個酒精燈和一個鐵塊，鐵鉗 學(xué)生：

2、課下預(yù)習(xí)課文，在家觀察自家的電冰箱【教學(xué)設(shè)計】 引入新課我們在初中學(xué)過，當(dāng)物體溫度升高時，就要吸收熱量；當(dāng)物體溫度降低時，就要放出熱量。而且熱量公式Q = cmt，這里有一個有趣的問題：地球上有大量的海水,它的總質(zhì)量約為1.4×1018 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?海水的比熱容為C=4.2×103J/(kg·)。下面請大家計算一下。學(xué)生計算：Q = 4.2×103×1.4×1018×103×0.1 = 5.8×1023J這相當(dāng)于1800萬個功率為100萬千瓦的核電站一

3、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(xué)的一個基本定律，這就是本節(jié)要討論的熱力學(xué)第二定律。【板書】 第六節(jié) 熱力學(xué)第二定律【板書】一、熱傳導(dǎo)的方向性教師實驗，點燃酒精燈，用鉗夾住事先準(zhǔn)備好的鐵塊，在火焰上灼燒一段時間后，問學(xué)生現(xiàn)在用手摸會出現(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題？學(xué)生思考，教師給予啟發(fā)學(xué)生答：熱量從溫度高的物體自發(fā)地傳給溫度低的物體再讓學(xué)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教師反問學(xué)生：大家是否想過熱量為什么不會自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體，使

4、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(xué)生思考討論一會后，有的同學(xué)可能產(chǎn)生疑問：電冰箱內(nèi)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(nèi)的熱量傳給外界的空氣？事前我們讓大家觀察自家的電冰箱，請同學(xué)做簡要的回答，教師進行點撥。然后，展示電冰箱模型給學(xué)生簡要講解。這是因為電冰箱消耗了電能，對致冷系統(tǒng)做了功。一旦切斷電源，電冰箱就不能把其內(nèi)部的熱量傳給外界的空氣了。相反，外界的熱量會自發(fā)地傳給電冰箱，使其溫度逐漸升高。學(xué)生總結(jié)：熱傳導(dǎo)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

5、外界的幫助，因而產(chǎn)生其他影響或引起其他變化?！景鍟慷?、第二類永動機前面我們學(xué)習(xí)了第一類永動機，不能制成的原因是什么？（違背了能量守恒），什么是第二類永動機呢？學(xué)生看書，并思考討論下列問題：（投影片）1、熱機是一種把什么能轉(zhuǎn)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(nèi)能轉(zhuǎn)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(nèi)能轉(zhuǎn)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(nèi)燃機為例，氣缸中的氣體得到燃燒時產(chǎn)生的熱量為Q1，推動活塞做工W，然后排出廢氣，同時把熱量Q2散發(fā)到大氣中， 由能量守恒定律可知：Q1 = W

6、 + Q2 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=W / Q1 實際上熱機不能把得到的全部內(nèi)能轉(zhuǎn)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(zhì)帶走一部分熱量Q2，所以有：Q1>W 因此，熱機的效率不可能達到100%，汽車上的汽油機械效率只有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(zhuǎn)化成機械能，總要有一部分散發(fā)到冷凝器中3、 能從單一熱源吸收熱量，然后全部用來做功，而不引起其他變化的機器，稱為第二類永動機。第二類永動機并

7、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(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性。4、 機械能全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化為機械能，同時不引起其他變化【板書】三、熱力學(xué)第二定律 再舉實例，說明有些物理過程具有方向性 學(xué)生思考回答，教師引導(dǎo)點撥 氣體的擴散現(xiàn)象 書上連通器的小實驗（氣體向其中膨脹）【板書】熱力學(xué)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

8、動機是不可能制成的。（機械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化具有方向性）這兩種表述是等價的，可以從一種表述導(dǎo)出另一種表述，所以他們都稱為熱力學(xué)第二定律。熱力學(xué)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） 【板書】四、能量耗散（設(shè)疑）既然自然界中的能量是守恒的，為什么還要節(jié)約能源呢？因為有的能量可以利用有的能量不便于利用。舉例說明：流動的水帶動水磨做功電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能，電能又在燈泡中轉(zhuǎn)變成光能火爐把屋子燒暖等學(xué)生總結(jié)：流散的內(nèi)能無法重新收集起來加以利用的現(xiàn)象，稱為能量耗散能量耗散是從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中宏觀過程具有方向性?！景鍟课?、絕對零度不可達

9、到宇宙中存在著溫度的下限：273.15，以這個下限為起點的溫度叫做熱力學(xué)溫度，用T，單位是開爾文，符號是K，熱力學(xué)溫度T同攝氏溫度t的換算關(guān)系是：T = t + 273.15K一些實際的溫度值（投影儀顯示此表或讓學(xué)生看書上的表）學(xué)生分析此表，并結(jié)合課本可以知道，實驗室中的低溫已經(jīng)非常接近熱力學(xué)零度了（也稱絕對零度）對大量事實的分析表明：熱力學(xué)零度不可達到。這個結(jié)論稱做熱力學(xué)第三定律。盡管熱力學(xué)零度不可能達到，但是只要溫度不是絕對零度就總有可能降低。因此，熱力學(xué)第三定律不阻止人們想辦法盡可能地接近絕對零度。小結(jié)：（教師用投影儀寫出框架，學(xué)生進行總結(jié)）【隨堂練習(xí)】1、熱力學(xué)第二定律使人們認(rèn)識到，自

10、然界中進行的涉及 現(xiàn)象的宏觀過程都具有 性，例如機械能可以 轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能 全部轉(zhuǎn)化成機械能，而不引起其他變化。2、熱傳導(dǎo)的規(guī)律為： （ ）A、熱量總是從熱量較多的物體傳遞給熱量較少的物體B、熱量總是從溫度較高的物體傳遞給溫度較低的物體 C、熱量總是從內(nèi)能較多的物體傳遞給內(nèi)能較少的物體 D、熱量總是從比熱容較大的物體傳遞給比熱容較小的物體思考題：一種冷暖兩用型空調(diào)銘牌標(biāo)注有如下指標(biāo)：輸入功率1KW，制冷能力1.2×104KJ/h，制熱能力1.3×104 KJ/h。這樣，該空調(diào)在制熱時，每消耗1J電能，將放出3J多熱量，是指標(biāo)注錯誤還是能量不守恒呢？【教學(xué)設(shè)計說明】1、

11、從學(xué)生比較熟悉的熱傳導(dǎo)的方向性入手，研究與分子熱運動有關(guān)的方向性問題，通過簡單的實驗，幫助學(xué)生理解，以期引起學(xué)生思維的深化，也作為學(xué)習(xí)熱力學(xué)第二定律的基礎(chǔ)。2、 熱力學(xué)第一定律和第二定律是構(gòu)成熱力學(xué)知識的理論基礎(chǔ)，熱力學(xué)第一定律對自然過程沒有任何限制，只指出在任何熱力學(xué)過程中能量不會有任何增加或損失。熱力學(xué)第二定律解決哪些過程可以發(fā)生。教學(xué)時要注意講清二者的關(guān)系。3、 熱機的效率不能達到100%，不可避免地要把一部分熱傳遞給低溫的環(huán)境，所以第二類永動機不可能制成。4、 熱力學(xué)第二定律的兩種表述，一種是按照熱傳導(dǎo)過程的方向性表述的另一種是按照機械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向性表述的。這兩種表述是等價的，它們都表明，自然界中一切與