2019-2020年高中物理 第三章3.4《熱力學(xué)第二定律》教案 粵教版選修3-3.doc
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2019-2020年高中物理 第三章3.4《熱力學(xué)第二定律》教案 粵教版選修3-3 【教材分析】 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(shí)的理論基礎(chǔ),熱力學(xué)第一定律對(duì)自然過(guò)程沒(méi)有任何限制,只指 出在任何熱力學(xué)過(guò)程中能量不會(huì)有任何增加或損失,熱力學(xué)第二定律解決哪些過(guò)程可以發(fā)生,教學(xué)時(shí)要注意講清二者的關(guān)系。 對(duì)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(guò)程的方向性入手,研究與分子熱運(yùn)動(dòng)有關(guān)的過(guò)程的方向性問(wèn)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(guò)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(guò)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(guò)程都是不可逆的,教學(xué)時(shí),要注意說(shuō)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(dòng)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(shí),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(dòng)機(jī)不可能制成。 【設(shè)計(jì)思想】 1. 從實(shí)際問(wèn)題導(dǎo)入,從簡(jiǎn)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(huì)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(huì)”的理念。 2. 積極創(chuàng)設(shè)情景,開展師生、生生間的對(duì)話交流,開展小組合作討論學(xué)習(xí),使教學(xué)過(guò)程能夠確立學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)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(shí),向?qū)W生學(xué)習(xí)活動(dòng)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(lái),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(duì)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(lái)輔助理解。 4.夯實(shí)知識(shí)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(wèn)題與練習(xí)”外,還設(shè)計(jì)了四道練習(xí)題,在教學(xué)過(guò)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。《課后思考題》有助于學(xué)生更深刻地理解定律。 【教學(xué)目標(biāo)】 一、 知識(shí)與技能 1.了解熱傳遞過(guò)程的方向性。 2.知道熱力學(xué)第二定律的兩種不同的表述,以及這兩種表述的物理實(shí)質(zhì)。 3.知道什么是第二類永動(dòng)機(jī),為什么第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成。 二、 過(guò)程與方法 1.熱力學(xué)第二定律的表述方式與其他物理定律的表述方式有一個(gè)顯著不同,它是用否定語(yǔ)句表述的。 2.熱力學(xué)第二定律的表述不只一種,對(duì)任何一類宏觀自然過(guò)程進(jìn)行方向的說(shuō)明,都可以作為熱力學(xué)第二定律的表述,學(xué)習(xí)本節(jié)時(shí)注意這一方法。 三、 情感、態(tài)度與價(jià)值觀 1. 通過(guò)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(huì)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%。 2. 自然界發(fā)生的一切過(guò)程中的能量都是守恒的,但不違背能量守恒定律的宏觀過(guò)程并都能發(fā)生。 【重點(diǎn)、難點(diǎn)分析】 重點(diǎn):熱力學(xué)第二定律兩種常見(jiàn)的表述。 難點(diǎn):1.熱力學(xué)第二定律的開爾文表述。 2.自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性。 【課時(shí)安排】 1課時(shí) 【課前準(zhǔn)備】 教師:多媒體課件,一個(gè)電冰箱模型,一盆涼水,準(zhǔn)備一個(gè)酒精燈和一個(gè)鐵塊,鐵鉗。 學(xué)生:課前預(yù)習(xí)課文,在家觀察自家的電冰箱。 【教學(xué)設(shè)計(jì)】 引入新課: 【問(wèn)題】我們?cè)诔踔袑W(xué)過(guò),當(dāng)物體溫度升高時(shí),就要吸收熱量;當(dāng)物體溫度降低時(shí),就要放出熱量。而且熱量公式Q = cm△t,這里有一個(gè)有趣的問(wèn)題:地球上有大量的海水,它的總質(zhì)量約為1.41018 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=4.2103J/(kg℃)。下面請(qǐng)大家計(jì)算一下。 學(xué)生計(jì)算:Q = 4.21031.410181030.1 J = 5.81023J 這相當(dāng)于1800萬(wàn)個(gè)功率為100萬(wàn)千瓦的核電站一年的發(fā)電量。為什么人們不去研究這“新能源”呢?原來(lái),這樣做是不可能的,這涉及物理學(xué)的一個(gè)基本定律,這就是本節(jié)要討論的熱力學(xué)第二定律。 【設(shè)計(jì)意圖】從實(shí)際問(wèn)題入手,喚起學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的興趣。從學(xué)生已有的熱學(xué)知識(shí)出發(fā)引入新的知識(shí),使過(guò)渡自然,減少學(xué)生對(duì)新知識(shí)的唐突性。 【板書】一、熱傳遞的方向性 教師實(shí)驗(yàn),點(diǎn)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(shí)間后,問(wèn)學(xué)生現(xiàn)在如果用手摸會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象?下面把灼熱的鐵塊放入冷水中,過(guò)一段時(shí)間,拿出鐵塊現(xiàn)在你們敢用手摸嗎?通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明什么問(wèn)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。 利用課本中“思考與討論”開展小組討論并進(jìn)行對(duì)話交流。 教師反問(wèn)學(xué)生:有沒(méi)有可能發(fā)生這樣地現(xiàn)象,熱量自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體,使低溫物體的溫度越來(lái)越低,高溫物體的溫度越來(lái)越高。這里所說(shuō)的“自發(fā)地”,指的是沒(méi)有任何外界的影響或幫助。學(xué)生思考討論一會(huì)后,有的同學(xué)可能產(chǎn)生疑問(wèn):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(qǐng)同學(xué)做簡(jiǎn)要的回答,教師進(jìn)行點(diǎn)撥。然后,展示電冰箱模型給學(xué)生簡(jiǎn)要講解(多媒體課件)。 這是因?yàn)殡姳湎牧穗娔?,?duì)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(huì)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(gè)溫度不同的物體相互接觸時(shí),熱量會(huì)自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體。要實(shí)現(xiàn)相反過(guò)程,必須借助外界的幫助,因而產(chǎn)生其他影響或引起其他變化。 【板書】結(jié)論:熱力學(xué)第二定律的一種表述:熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。這是熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述。 老師講解對(duì)定律的理解:這里闡述的是熱傳遞的方向性.在這個(gè)表述中,“自發(fā)”二字指的是:當(dāng)兩個(gè)物體接觸時(shí),不需要任何第三者的介入、不會(huì)對(duì)任何第三者產(chǎn)生任何影響,熱量就能從一個(gè)物體傳向另一個(gè)物體.當(dāng)兩個(gè)溫度不同的物體接觸時(shí),這個(gè)“自發(fā)”的方向是從高溫物體指向低溫物體的。 教師指出:熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述實(shí)質(zhì)上就是:熱傳遞過(guò)程是不可逆的。 【設(shè)計(jì)意圖】: 1. 聯(lián)系學(xué)生熟悉的,身邊的生活現(xiàn)象,使知識(shí)的學(xué)習(xí)貼近學(xué)生的生活,使學(xué)生感受物理知識(shí)就在身邊,存在于生活,強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)踐意識(shí),使情感成為學(xué)習(xí)動(dòng)力。 2. 通過(guò)師生的對(duì)話交流,在互動(dòng)中實(shí)現(xiàn)思維的碰撞,突出學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程,體現(xiàn)以學(xué)生為中心的原則,從自己的學(xué)習(xí)體驗(yàn)和感悟中獲得知識(shí),向?qū)W生學(xué)習(xí)活動(dòng)要效益。 3. 熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述中的“自發(fā)”是定律表述的關(guān)鍵詞,教師要引導(dǎo)學(xué)生作深刻理解。 二、熱力學(xué)第二定律的另一種表述(第二類永動(dòng)機(jī)) 前面我們學(xué)習(xí)了第一類永動(dòng)機(jī),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(dòng)機(jī)呢? 分組合作學(xué)習(xí),思考討論下列問(wèn)題: 1.熱機(jī)是一種把什么能轉(zhuǎn)化成什么能的裝置? 2.熱機(jī)的效率能否達(dá)到100%? 3.第二類永動(dòng)機(jī)模型 4.機(jī)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(jìn)行思路點(diǎn)撥 1.熱機(jī)是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的裝置 2.熱機(jī)的效率不能達(dá)到100% 原因分析: 以內(nèi)燃機(jī)為例,氣缸中的氣體得到燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量為Q1,推動(dòng)活塞做工W,然后排出廢氣,同時(shí)把熱量Q2散發(fā)到大氣中, 由能量守恒定律可知:Q1 = W + Q2 我們把熱機(jī)做的功W和它從熱源吸收的熱量Q1的比值叫做熱機(jī)的效率,用η表示 η=W / Q1 實(shí)際上熱機(jī)不能把得到的全部?jī)?nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,熱機(jī)必須有熱源和冷凝器,熱機(jī)工作時(shí),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(jī)的效率不可能達(dá)到100%,汽車上的汽油機(jī)械效率只有20%~30%,蒸汽輪機(jī)的效率比較高,也只能達(dá)到60%,即使是理想熱機(jī),沒(méi)有摩擦,也沒(méi)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(jī)械能,總要有一部分散發(fā)到冷凝器中。 師生總結(jié):熱力學(xué)第二定律的另一種表述: 【板書】不可能從單一熱源吸收熱量,使之完全變成功,而不產(chǎn)生其他影響。這是熱力學(xué)第二定律的開爾文表述 (也稱第二類永動(dòng)機(jī))。 教師應(yīng)該強(qiáng)調(diào)定律內(nèi)容“而不產(chǎn)生其他影響”這個(gè)條件,舉出“絕熱膨脹”的例子加以說(shuō)明。 第二類永動(dòng)機(jī)并不違反能量守恒定律,人們?yōu)榱酥圃斐龅诙愑绖?dòng)機(jī)作出了各種努力,但同制造第一類永動(dòng)機(jī)一樣,都失敗了。 為什么第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成呢? 因?yàn)闄C(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過(guò)程具有方向性。機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能,內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,同時(shí)不引起其他變化。 再舉實(shí)例,說(shuō)明有些物理過(guò)程具有方向性。 〈學(xué)生思考回答,教師引導(dǎo)點(diǎn)撥〉 1.氣體的擴(kuò)散現(xiàn)象。 2.書上連通器的小實(shí)驗(yàn)(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(lái)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(lái)做功,而不引起其他變化。也可表述為第二類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的。(機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化具有方向性) 這兩種表述是等價(jià)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(guò)程的方向性。(自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性)。 因此,對(duì)任何一類宏觀自然過(guò)程進(jìn)行方向的說(shuō)明,都可以作為熱力學(xué)第二定律的表述。如圖中,盒子中間有一個(gè)擋板,左室為真空,右室有氣體。撤去擋板后右室的氣體自發(fā)地向左室擴(kuò)散,而相反的過(guò)程不可能自發(fā)地進(jìn)行。因此,熱力學(xué)第二定律也可以表述為:氣體向真空的自由彭脹是不可逆的。 【注意】 :不管如何表述,熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)在于揭示了:一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過(guò)程都是不可逆的。 【本節(jié)小結(jié)】回過(guò)頭分析引入的例子,學(xué)生應(yīng)用熱力學(xué)第二定律分析,老師點(diǎn)撥總結(jié)。進(jìn)一步說(shuō)明第二類永動(dòng)機(jī)不能制成的,違背熱力學(xué)第二定律。 【設(shè)計(jì)意圖】 1.熱力學(xué)第二定律的開爾文表述比較抽象和難以理解,需要學(xué)生通過(guò)合作學(xué)習(xí),在討論和交流中認(rèn)識(shí)規(guī)律,再通過(guò)教師的點(diǎn)撥指導(dǎo)才能更好的理解和掌握規(guī)律。 2. 熱力學(xué)第二定律是在大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上總結(jié)出來(lái)的,教學(xué)過(guò)程要引導(dǎo)學(xué)生多運(yùn)用實(shí)例來(lái)輔助理解。 3. 分析引入的例子,學(xué)生應(yīng)用熱力學(xué)第二定律分析,師生共同小結(jié)本節(jié)內(nèi)容,首尾呼應(yīng),學(xué)以致用。 熵:描述物體的無(wú)序程度,物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序程度越高,物體的熵越大。 【課后思考題】 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1.2104KJ/h,制熱能力1.3104 KJ/h。這樣,該空調(diào)在制熱時(shí),每消耗1J電能,將放出3J多熱量,是指標(biāo)注錯(cuò)誤還是能量不守恒呢? 【教學(xué)感悟】 1.從有趣的問(wèn)題引入,學(xué)生利用初中的熱學(xué)知識(shí)能夠計(jì)算出地球上海水降低0.1 oC時(shí)釋放出巨大的能量,是否是新能源?在能源緊缺的今天,無(wú)疑是一個(gè)能引發(fā)學(xué)生積極思考的問(wèn)題,學(xué)生對(duì)此特別感興趣,學(xué)習(xí)積極性也有此受到激發(fā),求知欲望強(qiáng)烈,這是一個(gè)成功的引入。 2.通過(guò)實(shí)例的討論和分析,學(xué)生整體對(duì)熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表達(dá)能夠較好的理解,教學(xué)過(guò)程的關(guān)鍵點(diǎn)是由實(shí)例引導(dǎo)學(xué)生對(duì)兩個(gè)關(guān)鍵詞“自發(fā)”和“不可逆”的理解。 3.對(duì)于本節(jié)的教學(xué)難點(diǎn)―― 熱力學(xué)第二定律的開爾文表述,學(xué)生對(duì)此理解有一定的難度,引導(dǎo)學(xué)生對(duì)教材中的熱機(jī)工作過(guò)程的分析,用好“熱機(jī)能流圖”和“熱機(jī)工作時(shí)能流分配圖”,明確熱機(jī)效率不可能100%,才能幫助學(xué)生理解機(jī)械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性,到此學(xué)生有一個(gè)誤區(qū),以為內(nèi)能一定不可能100%的轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,教師應(yīng)該強(qiáng)調(diào)定律內(nèi)容“而不產(chǎn)生其他影響”這個(gè)條件,舉出“絕熱膨脹”的例子加以說(shuō)明。 4.熱力學(xué)第二定律的兩種表述,一種是按照熱傳導(dǎo)過(guò)程的方向性表述的另一種是按照機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過(guò)程的方向性表述的。這兩種表述是等價(jià)的,它們都表明,自然界中一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過(guò)程都是不可逆的。教學(xué)時(shí),要注意說(shuō)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)。 5.熱力學(xué)第二定律跟其它的物理規(guī)律不同的是:用一種現(xiàn)象作為定律的內(nèi)容,對(duì)任何一類宏觀自然過(guò)程方向的說(shuō)明,都可以作為熱力學(xué)第二定律的表述,必須向?qū)W生交代清楚的這一特點(diǎn)。- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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- 熱力學(xué)第二定律 2019-2020年高中物理 第三章3.4熱力學(xué)第二定律教案 粵教版選修3-3 2019 2020 年高 物理 第三 3.4 教案 粵教版 選修
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