2024-2025學(xué)年高中物理 第10章 熱力學(xué)定律 4 熱力學(xué)第二定律教學(xué)實(shí)錄 新人教版選修3-3

2024-2025學(xué)年高中物理第10章熱力學(xué)定律4熱力學(xué)第二定律教學(xué)實(shí)錄新人教版選修3-3科目授課時間節(jié)次--年—月—日（星期——）第—節(jié)指導(dǎo)教師授課班級、授課課時授課題目（包括教材及章節(jié)名稱）2024-2025學(xué)年高中物理第10章熱力學(xué)定律4熱力學(xué)第二定律教學(xué)實(shí)錄新人教版選修3-3教學(xué)內(nèi)容分析1.本節(jié)課的主要教學(xué)內(nèi)容：熱力學(xué)第二定律。

2.教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生已有知識的聯(lián)系：本節(jié)課內(nèi)容與高中物理選修3-3教材第10章“熱力學(xué)定律”相關(guān)，包括熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律的基本概念、熱力學(xué)第二定律的表述及其應(yīng)用等。通過復(fù)習(xí)熱力學(xué)第一定律，學(xué)生能夠更好地理解熱力學(xué)第二定律，并將其應(yīng)用于實(shí)際問題中。核心素養(yǎng)目標(biāo)分析本節(jié)課旨在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等核心素養(yǎng)。學(xué)生將通過分析熱力學(xué)第二定律，提高對自然現(xiàn)象的科學(xué)解釋能力，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)探究和解決問題的能力。同時，通過學(xué)習(xí)熱力學(xué)定律，培養(yǎng)學(xué)生尊重客觀規(guī)律、勇于質(zhì)疑和追求真理的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。學(xué)習(xí)者分析1.學(xué)生已經(jīng)掌握了哪些相關(guān)知識：

學(xué)生在此前的高中物理學(xué)習(xí)中已經(jīng)掌握了力學(xué)、熱學(xué)的基本概念和定律，如牛頓運(yùn)動定律、能量守恒定律等。在熱學(xué)方面，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了熱力學(xué)第一定律，對熱量、溫度、內(nèi)能等概念有初步了解。

2.學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、能力和學(xué)習(xí)風(fēng)格：

學(xué)生對物理學(xué)科普遍保持一定的興趣，尤其是與日常生活密切相關(guān)的物理現(xiàn)象。學(xué)生在學(xué)習(xí)物理時，通常具備較強(qiáng)的邏輯思維能力和抽象思維能力。學(xué)習(xí)風(fēng)格上，部分學(xué)生傾向于通過實(shí)驗(yàn)觀察來理解物理現(xiàn)象，而另一部分學(xué)生則更偏好通過公式推導(dǎo)和理論分析來掌握知識。

3.學(xué)生可能遇到的困難和挑戰(zhàn)：

在學(xué)習(xí)熱力學(xué)第二定律時，學(xué)生可能會遇到以下困難和挑戰(zhàn)：

-理解熱力學(xué)第二定律的表述：學(xué)生可能對熵的概念和熵增原理感到抽象，難以理解其物理意義。

-應(yīng)用熱力學(xué)第二定律：學(xué)生在將熱力學(xué)第二定律應(yīng)用于實(shí)際問題時，可能會遇到如何判斷過程自發(fā)性、效率等問題。

-與已有知識的聯(lián)系：學(xué)生需要將熱力學(xué)第二定律與熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第三定律等知識進(jìn)行整合，形成完整的知識體系。教學(xué)方法與策略1.教學(xué)方法：采用講授法結(jié)合討論法，通過系統(tǒng)講解熱力學(xué)第二定律的基本概念和表述，引導(dǎo)學(xué)生深入理解。同時，結(jié)合案例研究法，通過實(shí)際案例的分析，幫助學(xué)生將理論知識與實(shí)際問題相結(jié)合。

2.教學(xué)活動：設(shè)計小組討論環(huán)節(jié)，讓學(xué)生就熵增原理、熱力學(xué)第二定律的應(yīng)用等話題進(jìn)行討論，促進(jìn)學(xué)生之間的互動和思維的碰撞。此外，安排實(shí)驗(yàn)演示，讓學(xué)生觀察實(shí)際的熱力學(xué)過程，加深對概念的理解。

3.教學(xué)媒體使用：利用多媒體教學(xué)，展示與熱力學(xué)第二定律相關(guān)的動畫和視頻，增強(qiáng)教學(xué)的直觀性和趣味性。同時，通過在線平臺提供相關(guān)資料，便于學(xué)生課后復(fù)習(xí)和自主學(xué)習(xí)。教學(xué)過程設(shè)計1.導(dǎo)入新課（5分鐘）

目標(biāo)：引起學(xué)生對熱力學(xué)第二定律的興趣，激發(fā)其探索欲望。

過程：

開場提問：“你們知道什么是熱力學(xué)第二定律嗎？它對我們的日常生活有什么影響？”

展示一些關(guān)于熱力學(xué)第二定律在制冷技術(shù)、能源轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域的應(yīng)用圖片或視頻片段，讓學(xué)生初步感受熱力學(xué)第二定律的魅力或特點(diǎn)。

簡短介紹熱力學(xué)第二定律的基本概念和重要性，為接下來的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

2.熱力學(xué)第二定律基礎(chǔ)知識講解（10分鐘）

目標(biāo)：讓學(xué)生了解熱力學(xué)第二定律的基本概念、組成部分和原理。

過程：

講解熱力學(xué)第二定律的定義，包括其核心內(nèi)容：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。

詳細(xì)介紹熱力學(xué)第二定律的表述，如克勞修斯表述和開爾文-普朗克表述。

使用圖表或示意圖展示熵的概念及其變化規(guī)律，幫助學(xué)生理解熵增原理。

3.熱力學(xué)第二定律案例分析（20分鐘）

目標(biāo)：通過具體案例，讓學(xué)生深入了解熱力學(xué)第二定律的特性和重要性。

過程：

選擇幾個典型的熱力學(xué)第二定律案例進(jìn)行分析，如熱機(jī)的效率、制冷循環(huán)等。

詳細(xì)介紹每個案例的背景、特點(diǎn)和意義，讓學(xué)生全面了解熱力學(xué)第二定律的多樣性或復(fù)雜性。

引導(dǎo)學(xué)生思考這些案例對實(shí)際生活或?qū)W習(xí)的影響，以及如何應(yīng)用熱力學(xué)第二定律解決實(shí)際問題。

小組討論：讓學(xué)生分組討論熱力學(xué)第二定律在可持續(xù)發(fā)展能源技術(shù)中的應(yīng)用，并提出創(chuàng)新性的想法或建議。

4.學(xué)生小組討論（10分鐘）

目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生的合作能力和解決問題的能力。

過程：

將學(xué)生分成若干小組，每組選擇一個與熱力學(xué)第二定律相關(guān)的主題進(jìn)行深入討論。

小組內(nèi)討論該主題的現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)以及可能的解決方案。

每組選出一名代表，準(zhǔn)備向全班展示討論成果。

5.課堂展示與點(diǎn)評（15分鐘）

目標(biāo)：鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力，同時加深全班對熱力學(xué)第二定律的認(rèn)識和理解。

過程：

各組代表依次上臺展示討論成果，包括主題的現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)及解決方案。

其他學(xué)生和教師對展示內(nèi)容進(jìn)行提問和點(diǎn)評，促進(jìn)互動交流。

教師總結(jié)各組的亮點(diǎn)和不足，并提出進(jìn)一步的建議和改進(jìn)方向。

6.課堂小結(jié)（5分鐘）

目標(biāo)：回顧本節(jié)課的主要內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)熱力學(xué)第二定律的重要性和意義。

過程：

簡要回顧本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容，包括熱力學(xué)第二定律的基本概念、組成部分、案例分析等。

強(qiáng)調(diào)熱力學(xué)第二定律在現(xiàn)實(shí)生活或?qū)W習(xí)中的價值和作用，鼓勵學(xué)生進(jìn)一步探索和應(yīng)用熱力學(xué)第二定律。

布置課后作業(yè)：讓學(xué)生撰寫一篇關(guān)于熱力學(xué)第二定律在某一具體領(lǐng)域應(yīng)用的短文或報告，以鞏固學(xué)習(xí)效果。拓展與延伸六、拓展與延伸

1.提供與本節(jié)課內(nèi)容相關(guān)的拓展閱讀材料：

-《熱力學(xué)與熱工學(xué)基礎(chǔ)》：這本書詳細(xì)介紹了熱力學(xué)的基本原理和熱工學(xué)的基本知識，適合對熱力學(xué)有進(jìn)一步學(xué)習(xí)興趣的學(xué)生閱讀。

-《熱力學(xué)第二定律及其在工程中的應(yīng)用》：該書深入探討了熱力學(xué)第二定律在工程領(lǐng)域的應(yīng)用，包括制冷、熱泵、熱力學(xué)循環(huán)等，對于希望了解熱力學(xué)在實(shí)際工程中應(yīng)用的學(xué)生非常有幫助。

-《現(xiàn)代熱力學(xué)》：這本書涵蓋了熱力學(xué)的最新發(fā)展，包括統(tǒng)計熱力學(xué)、量子熱力學(xué)等內(nèi)容，適合對熱力學(xué)有較高興趣并希望深入了解的學(xué)生。

2.鼓勵學(xué)生進(jìn)行課后自主學(xué)習(xí)和探究：

-學(xué)生可以嘗試自己設(shè)計一個簡單的熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)，如測量不同物質(zhì)的熱容量或觀察熱量傳遞的過程。

-鼓勵學(xué)生閱讀關(guān)于熱力學(xué)第二定律的歷史背景和科學(xué)發(fā)展的資料，了解這一重要物理定律的發(fā)現(xiàn)過程。

-提供一些在線資源，如物理學(xué)家的傳記、科學(xué)史視頻等，幫助學(xué)生從不同角度理解熱力學(xué)第二定律的重要性。

-學(xué)生可以嘗試解決一些涉及熱力學(xué)第二定律的實(shí)際問題，如分析一個熱機(jī)的效率，或者設(shè)計一個節(jié)能的家居系統(tǒng)。

-鼓勵學(xué)生參與科學(xué)社團(tuán)或?qū)W校的科研項目，通過實(shí)際操作和研究，加深對熱力學(xué)第二定律的理解和應(yīng)用。

3.實(shí)踐活動建議：

-組織學(xué)生參觀能源實(shí)驗(yàn)室或能源公司，了解熱力學(xué)在能源轉(zhuǎn)換和利用中的應(yīng)用。

-安排學(xué)生參與社區(qū)服務(wù)項目，如測量社區(qū)中常見設(shè)備的能源效率，提出節(jié)能建議。

-開展小組研究項目，讓學(xué)生選擇一個與熱力學(xué)相關(guān)的主題，進(jìn)行深入研究，并制作研究報告或展示。教學(xué)反思與總結(jié)哎呀，這節(jié)課上完之后，我真是有點(diǎn)感慨萬千。首先，我覺得在教學(xué)方法上，我嘗試了結(jié)合講授和討論的方式，希望能夠激發(fā)學(xué)生的興趣和參與度。我覺得這個方法還是蠻有效的，因?yàn)閷W(xué)生們在討論環(huán)節(jié)表現(xiàn)得非常積極，他們提出了很多有創(chuàng)意的問題和想法。

不過，我也發(fā)現(xiàn)了一些不足。比如說，我在講解熱力學(xué)第二定律的時候，可能講得有點(diǎn)快，有些學(xué)生可能跟不上。我意識到，以后在教學(xué)過程中，我應(yīng)該更加注重學(xué)生的反應(yīng)，適時調(diào)整講解速度，確保每個學(xué)生都能跟上。

在策略上，我設(shè)計了小組討論和案例分析，這讓學(xué)生們有機(jī)會將理論知識與實(shí)際問題相結(jié)合。但是，我發(fā)現(xiàn)有些小組在討論時，討論方向不夠集中，可能是因?yàn)槲覜]有給出足夠明確的引導(dǎo)。所以，我需要在未來的教學(xué)中，更加細(xì)致地設(shè)計討論問題，確保討論的深度和廣度。

管理方面，我注意到課堂紀(jì)律總體上還是不錯的，但是偶爾還是有學(xué)生分心。我覺得這可能是由于課堂氛圍不夠活躍，或者是學(xué)生對某些內(nèi)容不夠感興趣。因此，我打算在今后的教學(xué)中，嘗試更多樣化的教學(xué)手段，比如實(shí)驗(yàn)演示、游戲互動等，以吸引學(xué)生的注意力。

至于教學(xué)效果，我覺得學(xué)生們對熱力學(xué)第二定律的理解有了明顯的提高。他們在案例分析中能夠提出一些有見地的觀點(diǎn)，這說明他們對這一章節(jié)的內(nèi)容有了深入的理解。在情感態(tài)度方面，學(xué)生們對科學(xué)探究的熱情也有所提升，這讓我感到非常欣慰。

當(dāng)然，也存在一些問題。比如，有些學(xué)生對于熱力學(xué)第二定律的應(yīng)用還是感到有些困惑，這說明我在講解過程中可能沒有很好地將理論知識與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來。此外，我也發(fā)現(xiàn)了一些學(xué)生在基礎(chǔ)知識上的薄弱環(huán)節(jié)，這需要我在今后的教學(xué)中給予更多的關(guān)注和輔導(dǎo)。

針對這些問題，我提出以下改進(jìn)措施和建議：

-在講解過程中，我會更加注重學(xué)生的反饋，適時調(diào)整教學(xué)節(jié)奏，確保每個學(xué)生都能跟上。

-在設(shè)計討論問題時，我會更加明確討論的方向，引導(dǎo)學(xué)生們深入探討問題。

-我會嘗試更多樣化的教學(xué)手段，比如實(shí)驗(yàn)演示、游戲互動等，以增強(qiáng)課堂的趣味性和互動性。

-對于基礎(chǔ)知識薄弱的學(xué)生，我會進(jìn)行個別輔導(dǎo)，幫助他們鞏固基礎(chǔ)知識。

-我會定期檢查學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，及時發(fā)現(xiàn)問題并采取措施。重點(diǎn)題型整理1.題型一：熱力學(xué)第二定律的表述與應(yīng)用

例題：一個熱機(jī)從高溫?zé)嵩次諢崃縌1，向低溫?zé)嵩捶懦鰺崃縌2，其效率η是多少？如果Q1=400J，Q2=200J，求熱機(jī)的效率。

答案：根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熱機(jī)的效率η=1-Q2/Q1=1-200J/400J=0.5，即熱機(jī)的效率為50%。

2.題型二：熵的概念及其變化

例題：一個系統(tǒng)的熵由2J增加到4J，這個過程中系統(tǒng)的熵增加了多少？

答案：系統(tǒng)的熵增加了4J-2J=2J。

3.題型三：熱力學(xué)第二定律與能量守恒定律的關(guān)系

例題：一個物體從高處自由落下，不計空氣阻力，其機(jī)械能守恒嗎？為什么？

答案：在無空氣阻力的情況下，物體的機(jī)械能守恒。因?yàn)樵谶@個過程中，物體的勢能轉(zhuǎn)化為動能，總能量保持不變，符合能量守恒定律。

4.題型四：熱力學(xué)第二定律在制冷循環(huán)中的應(yīng)用

例題：在一個理想的制冷循環(huán)中，制冷劑從低溫?zé)嵩次諢崃縌1，向高溫?zé)嵩捶懦鰺崃縌2，制冷循環(huán)的效率是多少？如果制冷劑在低溫?zé)嵩吹臏囟葹?20℃，在高溫?zé)嵩吹臏囟葹?5℃，求制冷循環(huán)的效率。

答案：制冷循環(huán)的效率η=Q1/(Q1+W)，其中W為制冷循環(huán)所做的功。由于制冷循環(huán)的目的是將熱量從低溫?zé)嵩崔D(zhuǎn)移到高溫?zé)嵩?，所以制冷循環(huán)所做的功W等于Q2-Q1。因此，η=Q1/(Q1+Q2-Q1)=Q1/Q2。將溫度轉(zhuǎn)換為開爾文溫度，得到T1=253K，T2=298K，則η=253K/298K≈0.85。

5.題型五：熱力學(xué)第二定律在生物系統(tǒng)中的應(yīng)用

例題：解釋為什么生物系統(tǒng)需要不斷從外界吸收能量？

答案：生物系統(tǒng)需要不斷從外界吸收能量，以維持其內(nèi)部的有序性和生命活動。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，一個封閉系統(tǒng)的熵總是趨向于增加，而生物系統(tǒng)是一個開放系統(tǒng)，需要從外界吸收能量來抵消內(nèi)部熵的增加，從而維持其穩(wěn)定的生命狀態(tài)。這個過程被稱為能量代謝。課堂小結(jié)，當(dāng)堂檢測課堂小結(jié)：

今天我們學(xué)習(xí)了熱力學(xué)第二定律，這是一個非常重要的物理定律，它揭示了熱力學(xué)過程的方向性和不可逆性。我們通過幾個案例分析，了解了熵的概念和熵增原理，以及熱力學(xué)第二定律在實(shí)際生活中的應(yīng)用。

首先，我們明確了熱力學(xué)第二定律的表述，包括克勞修斯表述和開爾文-普朗克表述。這些表述告訴我們，熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，而且一個孤立系統(tǒng)的熵總是趨向于增加。

接著，我們探討了熵的概念，熵是衡量系統(tǒng)無序程度的物理量。通過實(shí)例，我們看到了熵的變化如何影響系統(tǒng)的方向性。

在應(yīng)用方面，我們討論了熱力學(xué)第二定律在制冷循環(huán)、熱機(jī)效率以及生物系統(tǒng)中的重要性。例如，制冷循環(huán)中的制冷劑通過吸收低溫?zé)嵩吹臒崃坎⑨尫诺礁邷責(zé)嵩?，?shí)現(xiàn)了熱量的轉(zhuǎn)移，而熱機(jī)的效率則受到熱力學(xué)第二定律的限制。

當(dāng)堂檢測：

為了檢測學(xué)生對本節(jié)課內(nèi)容的掌握程度，以下是一些檢測題：

1.熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述是什么？

A.熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。

B.熱量可以自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。

C.熱量不能自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體。

D.熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體。

2.下列哪個過程是自發(fā)的？

A.冰塊融化成水。

B.水蒸氣凝結(jié)成水滴。

C.熱量從冷物體傳到熱物體。

D.熱量從熱物體傳到冷物體。

3.一個熱機(jī)的效率η是多少？如果熱機(jī)從高溫?zé)嵩次諢崃縌1，向低溫?zé)嵩捶懦鰺崃縌2。

A.η=Q1/Q2

B.η=Q2/Q1

C.η=1-Q2/Q1

D.η=1-Q1/Q2

4.下列哪個系統(tǒng)在自然過程中熵會減少？

A.一個孤立系統(tǒng)

B.一個封閉系統(tǒng)

C.一個開放系統(tǒng)

D.一個絕熱系統(tǒng)

5.生物系統(tǒng)為什么需要不斷從外界吸收能量？

A.為了增加熵

B.為了減少熵

C.為了維持其有序性和生命活動

D.為了降低其溫度

請學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)完成檢測，之后我會進(jìn)行講解和批改，幫助大家鞏固今天的學(xué)習(xí)內(nèi)容。板書設(shè)計①熱力學(xué)第二定律

-克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。

-開爾文-普朗克表述：不可能從單一熱源取熱使之完全轉(zhuǎn)換為有用的功而不產(chǎn)生其他影響。

②熵的概念

-熵（S）：系統(tǒng)無序程度的量度。

-熵增原理：孤立系統(tǒng)的熵總是趨向于增加