优质教案：10.4热力学第二定律.docxVIP

学而优教有方

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第4课热力学第二定律

备课堂

教学目标：

（一）知识与技能

?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）过程与方法

?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）情感态度与价值观

?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。

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。

教学方法：教师演示实验、启发、引导，学生讨论、交流。

教学用具：?多媒体课件、烧杯12只、热鸡蛋12个、墨水、小车12个等。

讲法速递

（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。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，试图来解决我们的能源危机。

地球上有大量的海水，它的总质量约为1．4×1018t，如果这些海水的温度降低0．1oC，将要放出多少焦耳的热量？海水的比热容为C=4．2×103J/（kg·℃）

请大家计算一下，上述过程将释放多少能量？

学生分组讨论：放出5．8×1023J的热量，这相当于1800万个核电站一年的发电量1800万个核电站一年的发电量。

请大家相互讨论一下，该方案可行吗？

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：热力学第二定律。

板书：第4节热力学第二定律

（二）进行新课：

学生活动

1、分组实验：①热鸡蛋放入冷水中；②一滴墨水滴入水中；③物体在桌上滑动。

2、汇报现象：看到的现象。

3、学生分组讨论：大家能否描述一下上述现象的逆过程？并判断这些逆过程可能实现吗？

都是不可逆的。

所有的这些现象有何共同特征？

??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。

一.克劳修斯表述

分析热传导过程，要发生热传导必须具备什么条件？

答：要有温度差。

那么自发的热传导过程有什么特征？

答：?总是从高温物体向低温物体传导。

诸如活动中不可能出现鸡蛋变热、水温降低的现象。

热量能否从低温物体传导到高温物体？

答：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。

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。

?

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？

?师：电冰箱的工作过程可以用下面的流程图来表示：

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。

二.开尔文表述

?物体在桌面上滑动最终停下来，试分析该过程中的能量转化情况。

答：物体的动能转化为内能。

机械能可以全部转化为内能，那么内能能否转化为机械能？

答：不能，因为上面的过程是不可逆的。

我们再分析个实例：热机

?请观察热机与内燃机的工作流程，并分析能量转化的情况。

答：热机工作过程中，锅炉中的水被加热变成水蒸气，水蒸气推动汽缸活塞对外做功，然后排出的尾气经过冷凝器变成液态水回到锅炉。该过程中的能量转化过程是：煤的化学能转化为水蒸汽的内能，再变为活塞运动的机械能。

以上过程都存在内能转化为机械能的现象。请分析这些过程中，内能全部转化为机械能吗？

答：不能，因为机械装置存在摩擦损耗，要消耗部分能量。

从汽缸中排出的尾气也带走了部分能量。

师：这样看来，机械能与热能之间的转化也可以用下面的流程图来表示：

热机就是从高温热源吸收热量Q1，其中对外做功为W，到低温热源放出热量Q2。这一过程是通过工作物质如水蒸气、汽油和空气混合气体的燃烧等来完成，这些工作物质简称为工质。即使将摩擦损耗的能量理想化地降低到零，也不可能排除尾气带走的热量。在1851年，开尔文就功与热的转化提出了：不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为功，而不产生其它影响。这就是热力学第二定律的开尔文表述。所以热机、内燃机的效率总有：

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效率为100%的热机，这称之为第二类永动机。现在看来，第