熱力學(xué)第二定律 教學(xué)設(shè)計(jì) 高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第三冊

《熱力學(xué)第二定律》教學(xué)設(shè)計(jì)人民教育出版社《高中新課標(biāo)物理教材》選修三【設(shè)計(jì)思想】1.從實(shí)際問題導(dǎo)入，從簡單的實(shí)驗(yàn)開始，盡可能引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系自己熟悉的，身邊的生活現(xiàn)象的實(shí)例，在教學(xué)內(nèi)容上使物理貼近學(xué)生生活、聯(lián)系社會實(shí)際，體現(xiàn)《標(biāo)準(zhǔn)》倡導(dǎo)的“從生活走向物理，從物理走向社會”的理念。2.積極創(chuàng)設(shè)情景，開展師生、生生間的對話交流，開展小組合作討論學(xué)習(xí)，使教學(xué)過程能夠確立學(xué)生在教學(xué)活動中的中心地位，讓學(xué)生從自己的學(xué)習(xí)體驗(yàn)和感悟中獲得知識，向?qū)W生學(xué)習(xí)活動要效益，體現(xiàn)以學(xué)生為中心的原則。3.熱力學(xué)第二定律不象以往的實(shí)驗(yàn)定律可以推導(dǎo)和驗(yàn)證，是在大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上總結(jié)出來，內(nèi)容的表述比較抽象和難以理解，教師要引導(dǎo)學(xué)生對關(guān)鍵詞的作深刻地理解，要引導(dǎo)學(xué)生多運(yùn)用實(shí)例來輔助理解。

4.夯實(shí)知識基礎(chǔ)，靈活運(yùn)用技能是三維教學(xué)目標(biāo)中第一要素，本節(jié)課除了使用教材中“問題與練習(xí)”外，還設(shè)計(jì)了一些練習(xí)題，在教學(xué)過程中結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況靈活使用，幫助學(xué)生更好理解定律。【教材分析】《熱力學(xué)第二定律》是人民教育出版社《高中新課標(biāo)物理教材》選修3第三章《熱力學(xué)定律》的第四節(jié)。本節(jié)介紹熱力學(xué)第二定律，該定律與熱力學(xué)第一定律是構(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，要注意講清二者的關(guān)系。對于熱力學(xué)第二定律，教材先從學(xué)生比較熟悉的熱傳導(dǎo)過程的方向性入手，研究與分子熱運(yùn)動有關(guān)的過程的方向性問題，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)。教材介紹了熱力學(xué)第二定律的兩種表述：一種是按照熱傳導(dǎo)過程的方向性表示，另一種是按照機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向性表述，這兩種表述都表明：自然界中一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過程都是不可逆的，授課時，要注意說明這兩種不同表述的內(nèi)在聯(lián)系，講清這兩種表述的物理實(shí)質(zhì)。第二類永動機(jī)是指設(shè)想中的效率達(dá)到100%的熱機(jī)，由于在自然界中把熱轉(zhuǎn)化為功時，不可避免地把一部分熱傳遞給低溫的環(huán)境，所以第二類永動機(jī)不可能制成?！緦W(xué)情分析】我所上課的班級為高一（10）班，該班學(xué)生的學(xué)習(xí)情況如下：知識儲備方面：在學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了熱力學(xué)第一定律以及能量守恒定律，知道改變內(nèi)能的兩種方式是做功和熱傳遞，并會用ΔU=W+Q進(jìn)行計(jì)算，知道一些能量之間的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移等一些知識。學(xué)生能力方面：經(jīng)過前面的學(xué)習(xí)已經(jīng)建立起一定的觀察能力、抽象思維能力和探究學(xué)習(xí)能力，而且還掌握了通過建立物理模型探究物理現(xiàn)象的方法。這也是本節(jié)所要強(qiáng)調(diào)的、學(xué)習(xí)和研究安培力的方法。由于學(xué)生具有這樣的知識基礎(chǔ)、能力水平和物理思維與方法，再加上他們對未知新事物有較強(qiáng)的探究欲望，所以要掌握安培力是完全能夠?qū)崿F(xiàn)的。個性方面：高一（10）班學(xué)生學(xué)習(xí)積極且活躍，尤其是女孩子在涉及到分析的問題時，邏輯非常的清晰；男孩子相對活躍，更愛表現(xiàn)，積極參與課堂活動，因此應(yīng)注重交叉學(xué)習(xí)，取長補(bǔ)短?！窘虒W(xué)目標(biāo)】1.通過自然界中熱傳導(dǎo)的方向性等實(shí)例，初步了解熱力學(xué)第二定律，并能用熱力學(xué)第二定律解釋第二類永動機(jī)不能制造成功的原因，并能運(yùn)用熱力學(xué)第二定律解釋自然界中的能量轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移以及方向性問題。2.通過學(xué)習(xí)熱力學(xué)第二定律，可以使學(xué)生明白熱機(jī)的效率不會達(dá)到100%，我們只能想辦法盡量提高熱機(jī)的效率，但不能渴求達(dá)到100%。以此來引起學(xué)生的思考：設(shè)想制造一種能從單一熱庫吸收熱量使之完全變成功而不引起其他影響的熱機(jī)?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】教學(xué)重點(diǎn)：熱力學(xué)第二定律兩種常見的表述。突出方法：在講課中多次重復(fù)強(qiáng)調(diào)，以此來突出其重要性?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】教學(xué)難點(diǎn)：1.自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性。2.熱力學(xué)第二定律的開爾文表述。突破方法：通過大量生活中的熱現(xiàn)象的實(shí)例來突破宏觀過程的方向性，以及引入熱機(jī)來突破熱力學(xué)第二定律的開爾文表述?！窘谭ㄅc學(xué)法】1、教法：邏輯推理法、歸納總結(jié)法、討論探究法、講解法2、學(xué)法：討論法；小組合作探究。【教學(xué)準(zhǔn)備】多媒體設(shè)備、教學(xué)課件、圖片素材【課型】新授課【教學(xué)過程】教學(xué)環(huán)節(jié)與教學(xué)內(nèi)容教師活動學(xué)生活動設(shè)計(jì)意圖環(huán)節(jié)一：知識回顧熱力學(xué)第一定律的內(nèi)容？2.能量守恒定律的內(nèi)容是什么？3.第一類永動機(jī)能不能制成？為什么？提出問題，引導(dǎo)學(xué)生回顧思考?；卮鹄蠋煹膯栴}，回顧上節(jié)的內(nèi)容。鞏固之前的知識，為后面的學(xué)習(xí)做好鋪墊。環(huán)節(jié)二：新課引入通過引入生活中的一些有關(guān)熱現(xiàn)象的例子來說明：一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的。引入的例子有：用涼水冰雞蛋、墨水在清水中的擴(kuò)散、平地上滾動的足球以及裝著壓縮氣體的鋼瓶。描述生活的常見的一些有關(guān)熱現(xiàn)象，邊描述邊提問。邊聽老師的描述，邊回答老師的問題。通過對生活中的一些常見熱現(xiàn)象的引入，更貼近生活，讓學(xué)生通俗易懂。環(huán)節(jié)三：熱力學(xué)第二定律通過對以上四個例子的描述，以及現(xiàn)象的總結(jié)，發(fā)現(xiàn)一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的。在物理學(xué)中，反映宏觀自然過程的方向性的定律就是熱力學(xué)第二定律。幫助并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行規(guī)律的總結(jié)，并引出熱力學(xué)第二定律。跟著老師的思維走，回答老師的問題并思考總結(jié)。充分體現(xiàn)了“以老師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體”的教學(xué)理念。環(huán)節(jié)四：熱力學(xué)第二定律（克勞修斯表述）通過對前面學(xué)過的熱傳遞的復(fù)習(xí)，引出熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體，即為熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述。引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)前面學(xué)過的熱傳遞的知識，引出熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述。思維緊跟老師的思維走，回答老師的問題并思考、記憶。本教學(xué)過程通過復(fù)習(xí)前面熱傳遞的相關(guān)知識，成功引出今天的新知識，達(dá)到了“溫故而知新”的效果。對學(xué)生而言，對之前的知識有了新的認(rèn)識，有助于學(xué)生形成知識的遷移，從而對知識理解的更透徹。環(huán)節(jié)五：熱力學(xué)第二定律（開爾文表述）直接給出熱力學(xué)第二定律的開爾文表述，之后再結(jié)合初中學(xué)過的熱機(jī)對開爾文表述進(jìn)行詳細(xì)的講解，因?yàn)檫@個開爾文表述很不好理解，所以需要結(jié)合一些實(shí)例進(jìn)行解釋。直接引出熱力學(xué)第二定律的開爾文表述，引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)前面學(xué)過的機(jī)的相關(guān)知識，結(jié)合熱機(jī)將熱力學(xué)第二定律的開爾文表述解釋清楚。跟著老師的思路走，回答老師的問題并思考其中的知識。由于熱力學(xué)第二定律的開爾文表述非常的抽象難懂，所以這里我直接給出來，再結(jié)合熱機(jī)進(jìn)行解釋，這樣既節(jié)約時間，也讓學(xué)生感覺不那么難了。環(huán)節(jié)六：小組合作探究請同學(xué)們思考一下：在恒定室溫條件下，一定質(zhì)量的理想氣體等溫膨脹是否違背了熱力學(xué)第二定律？討論思路：氣體有沒有對外做功？（2）氣體的內(nèi)能有沒有發(fā)生改變？（3）整個過程是吸熱還是放熱？（4）誰是單一熱源？（5）吸收的熱量和對外做的功一樣多嗎？（6）有沒有產(chǎn)生其他的影響？將問題拋給同學(xué)們，并作一些引導(dǎo)，給同學(xué)們3分鐘討論時間，讓他們小組內(nèi)進(jìn)行交流討論，最后找代表將討論的結(jié)果進(jìn)行呈現(xiàn)?？搭}目并思考，邊思考邊和組內(nèi)的同學(xué)交流意見，進(jìn)行相互學(xué)習(xí)借鑒，取長補(bǔ)短。通過小組合作的形式進(jìn)行學(xué)習(xí)，大大地發(fā)揮了學(xué)生們的自主學(xué)習(xí)意識，和同學(xué)討論也是一個互相學(xué)習(xí)的過程，也有助于增加同學(xué)間的友誼。環(huán)節(jié)七：第二類永動機(jī)不可能制造先通過介紹熱機(jī)，然后引入第二類永動機(jī)，并介紹其特點(diǎn)。然后通過熱機(jī)能流圖解釋為什么第二類永動機(jī)不可能制造。引導(dǎo)學(xué)生邊復(fù)習(xí)熱機(jī)，然后將永動機(jī)的概念引出來，并和學(xué)生一起看熱機(jī)能流圖，推出第二類永動機(jī)不可能制造。跟著老師的思路走，回答老師的問題并思考其中的知識。從學(xué)生熟悉的熱機(jī)入手，能讓學(xué)生的知識形成遷移，這樣會加深學(xué)生的記憶，讓學(xué)生理解的也更透徹。環(huán)節(jié)八:判斷題（1）機(jī)械能可以完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。（2）內(nèi)能不可能完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。（3）能夠制成的熱機(jī)既不違背能量守恒定律，也不違背熱力學(xué)第二定律。（4）熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體。（5）自然界發(fā)生的過程一定是不可逆過程。（6）不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功。（7）隨著設(shè)備的改進(jìn)和技術(shù)的提高，熱機(jī)效率可能達(dá)到100%。（8）第二類永動機(jī)不可能制成是因?yàn)樗`背了能量守恒定律。給同學(xué)們一些思考的時間，然后逐一請同學(xué)回答，回答完并解釋一下理由，老師進(jìn)行評價并對其進(jìn)行補(bǔ)充。聽從老師的指揮，抓緊時間思考，并積極舉手進(jìn)行展示，順便