四、热力学第二定律优秀教学设计

《热力学第二定律》教学设计

【教材与学情分析】

热力学第二定律是紧跟在热力学第一定律之后的一节内容。学生早在初中就知道了能量的转化与守恒定律，在学完了热力学第一定律之后，对于能量守恒的认识就更深刻了，这为过度到本课题的学习起到了铺垫的作用。因此，本课题的理论、知识是学好以后课题的基础，它在整个教材中起着承上启下的作用。本节课就其中的热传导与功热转化两个过程具体分析，归纳出热力学第二定律的两种经典表述。本节课的难点在于如何理解热力学第二定律的两种表述，特别是开尔文表述。教学中尽可能多地让学生分析实例，再借助于一些多媒体素材，从正、反两方面帮助学生形成对热学现象中的过程认识：热量可以自发地从高温物体传到低温物体；功可以全部转化为热；热量可以从低温物体传到高温物体（但要有条件）；热可以转化为功（但不完全）。最终认识到热力学第二定律是与热力学第一定律并重的一条客观规律。

【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、体会热力学第二定律对于人类实践的指导意义。

2、通过学习的知识对社会中的一些事物做出判断，能用科学的思想辨别社会上一些事物的真伪。

【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。

【设计思路与教学流程】

设计思路：本节内容的课程标准是：“通过自然界中宏观过程的方向性，了解热力学第二定律。”热力学第二定律是紧跟在热力学第一定律之后的一节内容。学生早在初中就知道了能量的转化与守恒定律，在学完了热力学第一定律之后，对于能量守恒的认识就更深刻了。因此在此基础上提出“利用海水降温释放的热量作为新能源”这一设想，让学生思考、讨论而引入新课。然后再列举一些自发的热学现象，归纳出其中共同的特征：过程的不可逆性。然后就其中的热传导与功热转化两个过程具体分析，归纳出热力学第二定律的两种经典表述：克劳修斯表述和开尔文表述。热力学第二定律的实质就是指宏观自发的涉及热现象的过程都是不可逆的，任何一类宏观自发的热学过程都可以作为热力学第二定律的表述。

【教学资源】

多媒体课件、烧杯2只、酒精灯1个、铁丝、墨水、小车1个等。

【教学实录】

教学

教师活动

过程

引入

师：设想：地球上有大量的海水，它的新课

总质量约为1.4×1018t，只要这些海水的温度降低0.10C，就能放出5.8×1023J的热量，这相当于1800万座功率100万千瓦的核电站一年的发电量。为什么不去开发这种“新能源”呢

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。

新课

探究

教师演示实验

1.

将热铁丝放进冷水里。

2.

一滴墨水滴进清水里。

3.

将香水喷在教室中。

4.

小车以一初速度在桌面上滑动。

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。

一切自然的宏观热现象都具有方向性（不可逆性）

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，要发生热传导必须学生活动

学生分组讨论

设计意图

引起学生探究兴趣

造成认知冲突

学生活动

1、学生观看教师的演示实验。

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。

要有温度差。

总是从高温物体向低温物体传导。

不能，诸如活动中不可能出现铁丝变热、培养学生观察能力,提升学生探究素养.

培养学生的思维能力

具备什么条件？

那么自发的热传导过程有什么特征？

热量能否从低温物体传导到高温物体？

以电冰箱为例分析一下电冰箱的工作过程。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。

展示电冰箱能量转化的流程图

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。

机械能可以全部转化为内能，那么内能能否转化为机械能？可以。

我们再分析个实例：热机

请学生回答内燃机的工作流程，并分析能量转化的情况。

内燃机将燃料和空气混合，在其汽缸内燃烧，释放出的热能使汽缸内产生高温高压的燃气。燃气膨胀推动活塞做功，再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。

常见的有柴油机和汽油机，通过将内能转化为机械能。

水温降低的现象。

学生回答：可能的，电冰箱和空调工作时就是将热量从低温环境传导到高温环境。

（学生分组讨论）

联系生活实际

让学生体会从生活走向物理、从物理走向社会的课程理念

物体的动能转化为内能。

学生描述如热机的工作过程。并说明能量转化情况。

该过程中的能量转化过程是：内能转变为活塞运动的机械能。

不能全部转

从实际生活实例入手

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？

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。

热力学第二定律的第二种表述

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：

事实上，一般的汽车上的汽油机械效率只有20%～30%，蒸汽轮机的效率比较高，也只能达到60% 。

热力学第二定律的实质

热传导过程与功热转化过程的分析，得到了热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述。这两种表述的共同点是化。

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。

最重要的是：总是要向冷凝器散热。

第二类永动机不可能实现

不可能有效率为100%的热机。

热力学第二定律也可表述为：扩散过程是不可逆的。

热力学第二定律也可表述

巩固练习

小结

联系社会

布置作业

什么？

不错，热力学第二定律的实质就是指明了自发的宏观热现象具有方向性。任何一类宏观自然过程进行方向的说明可以作为热力学第二定律的表述。大家能否结合这些现象给出热力学第二定律的其他表述呢？

师：这些说法都不错，当然还有其他不同的表述，所有的这些表述都是等价的。请同学们课后相互讨论交流。

这些说法都不错，当然还有其他不同的表述，所有的这些表述都是等价的。请同学们课后相互讨论交流。

有关热力学第二定律的几点说明。

要求学生完成导学案上的内容

教师走下讲台，对学生所做习题进行批改。

之后公布答案，请同学讲解所做习题。

请学生总结本节课学习的知识，教师补充指导

1、“水氢发动机”最近已经刷满了各大新闻网站的头条，质疑声也络绎不绝。

按照制造者的描述，给车加水，就能产生氢气，再燃烧氢气就可以驱动汽车。

请同学们通过你已经学过的知识，判断一下这种方法是否可行？是否能节约能源呢? 2、完成书后练习题

为：气体向真空中自由膨胀的过程是不可逆的。

完成导学案上的习题。

对热力学定律中一些难以理解的内容进行说明。

学以致用

加深理解

学生通过本节课学习，对一些社会事物的真伪做出判断。

【板书设计】

热力学第二定律

1.

一切自然的宏观热现象都具有方向性（不可逆性）。

2.

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。

3.

热力学第二定律的开尔文表述：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。

【教学反思】

与热力学第一定律不同的是，热力学第二定律与日常的生活、学习较远，并且热力学第二定律的两种表述实质上是通过大量实例归纳出来的，因此教学过程中利用好学生熟悉的热学现象和曾经接触过的物理模型就非常重要。而课堂中学生积极主动地发表个人的看法，不管是对的，还是错的，都对本课达成教学目标起到的推进作用，并从多角度描述热力学第二定律，有效地帮助学生建构了比较完整的宏观热学规律体系。