《热力学第二定律》教学设计.docx

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1、热力学第二定律教学设计 第一篇:热力学其次定律教学设计 热力学其次定律教学设计 一、学问和技能 1、能推断涉及热现象的宏观过程是具有方向性的; 2、知道并理解热力学其次定律的两种经典表述; 3、形成关于宏观热现象都具有不行逆性的概念; 4、相识到热力学第确定律与热力学其次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其次定律。 三、情感、看法和价值观 1、体会科学觉察的曲折性和必定性; 2、体会热力学其次定律对于人类实践的指导意义。 重点:热力学其次定律内容的理解。 难点:热力学其次定律的两种表述的理解。 设计思路: 本节内容的课程标准是:“通

2、过自然界中宏观过程的方向性,了解热力学其次定律。热力学其次定律是紧跟在热力学第确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,在学完了热力学第确定律之后,对于能量守恒的相识就更深刻了。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,让学生思索、探讨而引入新课。然后再列举一些自发的热学现象,归纳出其中共同的特征:过程的不行逆性。然后就其中的热传导与功热转化两个过程具体分析,归纳出热力学其次定律的两种经典表述:克劳修斯表述和开尔文表述。热力学其次定律的实质就是指宏观自发的涉及热现象的过程都是不行逆的,任何一类宏观自发的热学过程都可以作为热力学其次定律的表述。本节课的难

3、点在于如何理解热力学其次定律的两种表述,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我利用了一些视频及热机、内燃机两个flash动画,从正、反两方面关心学生形成对热学现象中的过程相识: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。最终相识到热力学其次定律是与热力学第确定律并重的一条客观规律。 教学流程: 多媒体课件包括视频及flash动画 一、引入新课 师:我们刚刚学过了热力学第确定律,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,还要提倡节省能源呢?曾经有这样一

4、个设想展示幻灯片,试图来解决我们的能源危机。 幻灯片内容地球上有大量的海水,它的总质量约为141018t,假如这些海水的温度降低01oC,将要放出多少焦耳的热量?海水的比热容为C=42103J/kg 师:请大家计算一下,上述过程将释放多少能量? 生:放出581023J的热量。 师:这相当于1800万个大亚湾核电站一年的发电量。秦山核电站装机容量为30万千瓦、大亚湾核电站装机容量为百万千瓦幻灯片 师:请大家互相探讨一下,该方案可行吗? 学生分组探讨 生1:这个方案可行,因为不违背能量守恒定律。 生2:这个方案不行行,若可行的话,科学家早就将这一想法付诸实践了。 生3:不同意2的说法。并不是我们能

5、想到的就确定能实现的。 二、提出热力学其次定律 师:那么这一想法实现的困难是技术上的障碍呢?还是理论上根本不行能?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需遵循的客观规律呢?如今让我们一起来学习本章第五节:热力学其次定律。 师:我们先从分析一组物理现象起先。请看下面的一些视频:空气和二氧化氮气体的扩大;烧红的铁棒浸入水中冷却;向密闭的广口瓶中充气,将瓶塞充开;在草坪上滚动的足球最终停下来;一玻璃杯从桌子边缘摔在地面上裂开。展示视频 师:这些是我们眼中能看到的现象,大家能否描述一下上述现象的逆过程?并推断这些逆过程可能实现吗?留意语言表述的精确性,大家互相探讨一下。 学生分组探讨

6、 生1:现象的逆过程是均匀混合的空气与二氧化氮气体过一段时间变的泾渭分明:上面是空气,下面是二氧化氮。该过程不行能。 生2:现象的逆过程是浸在水中的铁棒过一段时间后汲取水的热量变红了,而水温降低了。该过程不行能。 生3:现象的逆过程是从瓶中冲出去的气体又自动回到瓶中,瓶中气体的压强到达了将瓶塞冲开时的压强。该过程不行能。 生4:现象的逆过程是静止在草坪上的足球自动地汲取草地的热量转化为足球的动能,足球滚了起来。该过程不行能。 生5:现象错误!链接无效。的逆过程是碎在地面上的玻璃杯自动地变成完好的杯子,并跳回桌面。该过程不行能。 师:全部的这些现象有何共同特征? 生:都是不行逆的。 师:既然在不

7、同的现象背后存在着一个共同特征,那么就应当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,提出了热力学其次定律。 三、热传导过程分析克劳修斯表述 师:分析诸如的热传导过程,要发生热传导必需具备什么条件? 生:要有温度差。 师:那么自发的热传导过程有什么特征? 生:总是从高温物体向低温物体传导。 师:热量能否从低温物体传导到高温物体? 生1:不能,诸如中不行能出现铁棒变红、水温降低的现象。 生2: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。 师:很好,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

8、导有没有条件?三是分析电冰箱工作时能量转化状况。请大家互相探讨一下。 学生分组探讨 生1:电冰箱工作时是将热量从低温环境传到高温环境; 生2:只有在电冰箱插上电源后,才能实现上述热量传导过程; 生3:电冰箱工作时,消耗了电能。 师:电冰箱工作时,消耗了电能,再考虑电冰箱制冷剂在箱内汲取的热量与在箱外释放的热量,该过程中能量守恒吗? 生4:能量确定是守恒的,或许释放到电冰箱外的热量大于在电冰箱内汲取的热量。 师:你的说法不错,诸如过程和电冰箱的工作过程可以用下面的流程图来表示: 可见,热量传导可以从低温物体到高温物体。可以设想,拔掉电源的冰箱是不行能到达制冷效果的,也就是下面的过程不行能: 展示

9、幻灯片 师: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,称之为热力学其次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。请大家再将这一意思换一种表述方法。 生:也可以说成:热量不行能从低温物体传到高温物体而不产生其他影响。 四、功热转化过程分析开尔文表述 师:足球在草坪上滚动最终停下来,试分析该过程中的能量转化状况。 生:足球的动能转化为内能。 师:再比方小球从高处落下掉进沙坑,能量的转化状况怎样? 生:小球的机械能转化为内能。 师:机械能可以全部转化为内能,那么内能能否转化为机械能? 生1:不能,因为上面的过程是不行逆的。 生2:可以的,热量可以由高温物体传到低温物体

10、,但也可以由低温物体传到高温物体。 师:你的类比不错。这一问题先搁一下,我们再分析两个实例:一是热机;二是内燃机。展示flash动画 请视察热机与内燃机的工作流程,并分析能量转化的状况。 生1: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。 生2:内燃机工作过程中,先吸入空气与汽油的混合气体,接着活塞向上运动压缩混合气体,点火后混合气体爆炸,推动活塞对外做功,最终将汽缸中的尾气排出。该过程中混合气体的内能转化为机械能。 师:以上两个过程都存在内能

11、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? 生3:不能,因为机械装置存在摩擦损耗,要消耗部分能量。 生4: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: 展示幻灯片 师:热机或内燃机就是从高温热源汲取热量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志向化地降低到零,也不行能解除尾气带走的热量。在1851年,开尔文就功与热的转化提出了:不行能从单一热源汲取热量,使之完全变为功,而不产生其它影响。这就是热力学其

12、次定律的开尔文表述。所以热机、内燃机的效率总有:。即下面的过程是不行能完成的: 展示幻灯片 师:大家能否就开尔文表述换一种说法? 生:不行能有效率为100%的热机。 师:这种说法更简洁。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,也只能到达60% 。 五、热力学其次定律的实质 师:热传导过程与功热转化过程的分析,得到了热力学其次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什么? 生:都指明白物理进程的一种方向性。 师:不错,热力学其次定律的实质就是指明白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其次定律的表述。请视察扩大现

13、象、气体向真空扩大的过程展示幻灯片。大家能否结合这些现象给出热力学其次定律的其他表述呢? 生1:热力学其次定律也可表述为:扩大过程是不行逆的。 生2:热力学其次定律也可表述为:气体向真空中自由膨胀的过程是不行逆的。 师:这些说法都不错,当然还有其他不同的表述,全部的这些表述都是等价的。请同学们课后互相探讨沟通。 六、回顾与思索 师:如今让我们来回顾一起先提出的设想:能否利用海水降温的方法获得有用功? 生1:不行,该过程尽管不违背能量守恒定律,但却违背了热力学其次定律。 师:违背了热力学其次定律中的哪种表述? 生2:违背了开尔文表述。即不行能从海水这单一热源汲取热量,使之变为有用功,而不产生其他

14、影响。 师:不错。但是在没有觉察热力学其次定律之前,有许多科学家就试图制造诸如此类的机器,这称之为其次类永动机。如今看来,其次类永动机也不行能实现。开尔文表述是从功能关系来表述的,因此开尔文表述也可说成:其次类永动机不行能实现。可见我们不仅要受制于能量的转化与守恒定律,还要受到能量转化方向的制约。也可以说热力学第确定律指明白我们所拥有的“资本总量;热力学其次定律则规定了我们“资本运营的方式和方法。 课后请同学们再利用热力学定律说明起先的五个视频的逆过程为什么不能完成,并完成教材后的问题与练习题。 与热力学第确定律不同的是,热力学其次定律与日常的生活、学习较远,并且热力学其次定律的两种表述实质上

15、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识的热学现象和曾经接触过的物理模型就特殊重要。而课堂中学生主动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动作用。教学中利用流程图形象地将能量转化与守恒的特征与转化的方向性特征并重地表示出来,并从多角度描述热力学其次定律,有效地关心学生建构了比较完好的宏观热学规律体系。 其次篇:热力学其次定律教学设计 热力学其次定律 本节介绍热力学其次定律,该定律与热力学第确定律是构成热力学学问的理论基础,热力学第确定律对自然过程没有任何限制,只指出在任何热力学过程中能量不会有任何增加或损失,热力学其次定律解决哪些过程可以发生,教

16、学时要留意讲清二者的关系。 对于热力学其次定律,教材先从学生比较熟识的热传导过程的方向性入手,探讨与分子热运动有关的过程的方向性问题,以期引起学生思维的深化,也作为学习热力学其次定律的基础。 教材介绍了热力学其次定律的两种表述:一种是依据热传导过程的方向性表示,另一种是依据机械能与内能转化过程的方向性表述,这两种表述都说明:自然界中一切与热现象有关的实际宏观过程都是不行逆的,教学时,要留意说明这两种不同表述的内在联系,讲清这两种表述的物理实质。 其次类永动机是指设想中的效率到达100%的热机,由于在自然界中把热转化为功时,不行避开地把一部分热传递给低温的环境,所以其次类永动机不行能制成。 1.

17、 从实际问题导入,从简洁的试验起先,尽可能引导学生联系自己熟识的,身边的生活现象的实例,在教学内容上使物理贴近学生生活、联系社会实际,表达标准提倡的“从生活走向物理,从物理走向社会的理念。 2. 主动创设情景,开展师生、生生间的对话沟通,开展小组合作探讨学习,使教学过程能够确立学生在教学活动中的中心地位,让学生从自己的学习体验和感悟中获得学问,向学生学习活动要效益,表达以学生为中心的原则。 3.热力学其次定律不象以往的试验定律可以推导和验证,是在大量试验事实的基础上总结出来,内容的表述比较抽象和难以理解,老师要引导学生对关键词的作深刻地理解,要引导学生多运用实例来帮助理解。 4.夯实学问基础,

18、灵敏运用技能是三维教学目标中第一要素,本节课除了运用教材中“问题与练习外,还设计了四道练习题,在教学过程中结合学生的学习状况灵敏运用,关心学生更好理解定律。课后思索题有助于学生更深刻地理解定律。 一、 学问与技能 1.了解热传递过程的方向性。 2.知道热力学其次定律的两种不同的表述,以及这两种表述的物理实质。 3.知道什么是其次类永动机,为什么其次类永动机不行能制成。 二、 过程与方法 1热力学其次定律的表述方式与其他物理定律的表述方式有一个显著不同,它是用否认语句表述的。 第三篇:工程热力学-热力学第确定律讲稿 热力学第确定律 一、热力学第确定律的实质 自然界的物质处于不断地转变中,转化中的

19、守恒与守恒中的转化时自然界的基本法则之一。人们从多数的实践阅历中总结出:自然界一切物质都具有能量,能量既不能创建也不能歼灭,各种不同形式的能量都可以从一个物体转移到另一个物体,也可以从一种能量形式转变到另一种能量形式,但在转移过和转变程中,它们的总量保持不变。这一规律称为能量守恒与转换定律。 而热力学第确定律就是能量守恒与转换定律在热现象中应用,它确定了热力工程中热力系与外界进行能量交换时,各种形态的能量在数量上的守恒关系。在工程热力学中热力学第确定律可以表述为:热可以变为功,功也可以变为热,确定的热量消逝时必产生相应的功,消耗确定量的功时必出现与之对应的确定量的热。 二、热力系统常用到的能量

20、形式 一、储存能 1、内储存能热力学能U: 组成热力系统的大量微观粒子本身所具有的能量。 热力学能是以下各种能量的总和:1分子热运动所形成的内动能。 2分子间互相作用力所形成的内位能。 3构成分子的化学能和构成原子的的原子能。 2、外储存能1宏观动能Ek:相对于热力系统以外的的参考坐标,由于宏观运动速度 而具有的能量。Ek=12mc2f 2重力位能Ep:在重力场中,热力系统由于重力作用而具有的能量。 Ep=mgz 3、热力系统的总储存能E : 是内储存能与外储存能之和,即: E=U+Ek+Ep=U+ e=u+12cf212mc2f+mgz 或 +gz 二迁移能:能量从一个物体传递到另一个物体有

21、两种方式做功和传热,传递过程中的功 量和热量称为迁移能。热力系统与外界存在势差时,进行的能量交换途径有三种:功量交换、热量交换、质量交换。 1、功量1体积功:在压力差的作用下,热力系统体积膨胀或收缩时与外界交换的功量。 2轴功Ws:热力系统通过叶轮机械的轴和外界交换的功量。 2、热量:系统与外界在温差的推动下通过微观粒子的无规则运动而传递的能量。 3、随质量交换传递的能量 1流淌工质的储存能:流淌工质本身具有热力学能、宏观动能和重力位能,会随工质的的流进流出系统而带入带出系统。这部分能量为: E=U+12mc2f+mgz 或 e=u+12cf2+gz 2流淌功推动功Wf:工质在开口系统中流淌而

22、传递的功。流淌功与体积功不同,流淌功只有在工质流淌过程中才会出现,做流淌功时工质的流淌状态不发生转变,当然也不存在能量形态的转化,工质做流淌功是只起到传递能量的作用。 W f=(pV)2-(PV)1 或 wf1 =p2v2-p1v1 三、热力学第确定律的基本能量方程 设想有一热力系如上图所示,其总能量为 E=U+Ek+Ep 假定这一热力系在一段极短的时间dt内从外界汲取了微小的热量dQ,又从外界流入了每千克总能量为e1的质量dm1与此同时热力系对外界做出了微小的总功dWtot,并向外界流出了每千克总能量为e2的质量dm2,经过时间dt后,热力系的总能量变为E+dE。 热力学第确定律的能量方程,

23、就是系统转变过程中的能量平衡方程式,文字表达式为:加入热力系的能量总和 热力系输出的能量总和 = 热力系总能量的增量 即: (dQ+e1m1)-(dWtot+e2dm2)=(E+dE)-E dQ=dE+(e2dm2-e1dm1)+dWtot 1 对有限长时间t积分得 : Q=DE+(et2dm2-e1dm1)+Wtot 2 式1和式2为热力学第确定律最基本的表达式,适用于任何工质进行的任何无摩擦或有摩擦的过程。 四、闭口系统的能量方程 在闭口系统中,1热力系的宏观能量转变很小,宏观动能和重力位能可以忽视,因此,热力系中能量的转变就等于热力学能的转变量,即:DE=DU。2另外对于闭口系统它与外界

24、无质量交换,即:dm1=0 dm2=03所做的功是体积功。所以闭口系统的能量方程可简化为: 微元热力过程下:dQ=dU+dW;dq=du+dw 总热力过程下 :Q=DU+W;q=Du+w 五、开口系统的能量方程 在实际工程中,工质要在热力装置中循环不断的流经各互相连接的热力设备,完成不同的热力过程实现能量转换对这类有工质流进和流出的热力设备如燃气轮机、汽轮机、叶轮 2 式压气机常接受开口系统即限制体积的分析方法。 我们把限制体内质量和能量随时间而转变的过程称为不稳定流淌过程。把系统内质量和能量不随时间转变,各点参数保持确定的称为稳定流淌过程。下面从最普遍额不稳定流淌过程着手导出开口系统的能量方

25、程。 设限制体在t到t+dt的时间内进行一个微元热力过程。在这段时间内限制体截面处流入的工质质量为dm1,流出的工质质量为dm2,限制体从热远处吸热dQ,对外做轴dW,进出口截面相对参考系的高度分别为z1和z2,限制体积内储存能的增量为dEcv,则限制体的能量输入与输出状况如下: 进入限制体的能量=dQ+h1+12cf1+gz1dm1 212cf2+gz2dm2 2离开限制体的能量=dWs+h2+限制体储存能的转变 dEcv=(E+dE)cv-Ecv 根据热力学第确定律建立能量方程得: 1122 dQ+h1+cf1+gz1dm1-h2+cf2+gz2dm2-dWs=dEcv 22整理得: 11

26、22 dQ=h2+cf2+gz2dm2-h1+cf1+gz1dm1+dWs+dEcv 22 六、稳定流淌的能量方程 当流体流过开口系统时,有能量的输入和输出,此时输入的能量、输出的能量及系统积累的能量分别为: 3 1流入的能量:流入流体携带的热力学能、宏观动能及位能、流体流入时得到的流淌能、流体从外界获得的热能。流入的能量具体为: 微观能即热力学能:U1=dm1u1 宏观动能:Ek1=12dm1c1 2宏观位能:Ep1=dm1gz1 流体流淌能:PV=dm1P1v1 11流体从外界获得的热能为:dQ 2流出的能量:流出流体携带的热力学能、宏观动能及位能、流体流出时得到的流淌能、流体通过转动部件

27、对外界传出的机械能。流出的能量具体为: 微观能即热力学能:U2=dm2u2 宏观动能:Ek2=12dm2c2 2宏观位能:Ep2=dm2gz2 流体流淌能:P2V2=dm2P2v2 热力系对输出的机械能为:dW 则根据热力学第确定律,应有:E1=E2+dE +dQ 其中:E1=U1+Ek1+Ep1+PV11E2=U2+Ek2+Ep2+P2V2+dW 即: dm1u1+12dm1c1+dm1gz1+dm1P1v1+dQ=dE+dm2u2+2122dm2c2+dm2gz2+dm2P2v2+dW 4 开口稳定流淌系统定义及特征:热力系中各个参数稳定,即无能量和质量的积累。 开口稳定流淌系统满意的表达

28、式:dm1=dm2=dm dE=0 则热力学第确定律在开口稳定流淌热力系中的具体表达式为: 21212化简为:dQ=dm(u+pv+c+gz)2-(u+pv+c+gz)1)+dW 22dm(u+pv)1+12c1+gz1)+dQ=dm(u+pv)2+21c2+gz2)+dW 2其中:h=u+pv 代入即: dQ=dm(h+12c+gz)2-(h+122212c+gz)1)+dW 12c+gz)1+w 22单位kg的热力系:q=(h+c+gz)2-(h+ 七、热力学第确定律的具体应用 换热器中的应用:q=h2-h1 内燃机中的应用:w=h1-h2 喷管中的应用:12c=h1-h2 2压缩机的应用

29、:w=h2-h1 第四篇:高二物理热力学其次定律教案 高二物理热力学其次定律教案 本节介绍热力学其次定律,该定律与热力学第确定律是构成热力学学问的理论基础,热力学第确定律对自然过程没有任何限制,只指 出在任何热力学过程中能量不会有任何增加或损失,热力学其次定律解决哪些过程可以发生,教学时要留意讲清二者的关系。 对于热力学其次定律,教材先从学生比较熟识的热传导过程的方向性入手,探讨与分子热运动有关的过程的方向性问题,以期引起学生思维的深化,也作为学习热力学其次定律的基础。 教材介绍了热力学其次定律的两种表述:一种是依据热传导过程的方向性表示,另一种是依据机械能与内能转化过程的方向性表述,这两种表

30、述都说明:自然界中一切与热现象有关的实际宏观过程都是不行逆的,教学时,要留意说明这两种不同表述的内在联系,讲清这两种表述的物理实质。 其次类永动机是指设想中的效率到达100%的热机,由于在自然界中把热转化为功时,不行避开地把一部分热传递给低温的环境,所以其次类永动机不行能制成。 1. 从实际问题导入,从简洁的试验起先,尽可能引导学生联系自己熟识的,身边的生活现象的实例,在教学内容上使物理贴近学生生活、联系社会实际,表达标准提倡的“从生活走向物理,从物理走向社会的理念。 2. 主动创设情景,开展师生、生生间的对话沟通,开展小组合作探讨学习,使教学过程能够确立学生在教学活动中的中心地位,让学生从自

31、己的学习体验和感悟中获得学问,向学生学习活动要效益,表达以学生为中心的原则。 3.热力学其次定律不象以往的试验定律可以推导和验证,是在大量试验事实的基础上总结出来,内容的表述比较抽象和难以理解,老师要引导学生对关键词的作深刻地理解,要引导学生多运用实例来帮助理解。 4.夯实学问基础,灵敏运用技能是三维教学目标中第一要素,本节课除了运用教材中“问题与练习外,还设计了四道练习题,在教学过程中结合学生的学习状况灵敏运用,关心学生更好理解定律。课后思索题有助于学生更深刻地理解定律。 一、 学问与技能 1.了解热传递过程的方向性。 2.知道热力学其次定律的两种不同的表述,以及这两种表述的物理实质。 3.

32、知道什么是其次类永动机,为什么其次类永动机不行能制成。 二、 过程与方法 1热力学其次定律的表述方式与其他物理定律的表述方式有一个显著不同,它是用否认语句表述的。 2热力学其次定律的表述不只一种,对任何一类宏观自然过程进行方向的说明,都可以作为热力学其次定律的表述,学习本节时留意这一方法。 三、 1 情感、看法与价值观 通过学习热力学其次定律,可以使学生明白热机的效率不会到达100%,我们只能想方法尽量提高热机的效率,但不能渴求到达100%。 2 生。 : 重点:热力学其次定律两种常见的表述。 难点:1.热力学其次定律的开尔文表述。 2.自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。 : 1

33、课时 : 老师:多媒体课件,一个电冰箱模型,一盆凉水,准备一个酒精灯和一个铁块,铁钳。 学生:课前预习课文,在家视察自家的电冰箱。 : 引入新课: 我们在初中学过,当物体温度上升时,就要汲取热量;当物体温度降低时,就要放出热量。而自然界发生的一切过程中的能量都是守恒的,但不违背能量守恒定律的宏观过程并都能发 且热量公式Q = cmt,这里有一个好玩的问题:地球上有大量的海水,它的总质量约为1.410t , 假如这些海水的温度降低0.1C,将要放出多少焦耳的热量?海水的比热容为C=4.210J/(kg)。下面请大家计算一下。 学生计算:Q = 4.2101.410100.1 J = 5.810J

34、 这相当于1800万个功率为100万千瓦的核电站一年的发电量。为什么人们不去探讨这“新能源呢?原来,这样做是不行能的,这涉及物理学的一个基本定律,这就是本节要探讨的热力学其次定律。 :从实际问题入手,唤起学生对学习的爱好。从学生已有的热学学问动身引入新的学问,使过渡自然,削减学生对新学问的唐突性。 第四节 热力学其次定律 一、热传递的方向性 老师试验,点燃酒精灯,用钳夹住事先准备好的铁块,在火焰上灼烧一段时间后,问学生如今假如用手摸会出现什么现象?下面把灼热的铁块放入冷水中,过一段时间,拿出铁块如今你们敢用手摸吗?通过这个试验说明什么问题? 学生思索,老师赐予启发 学生答:热量从温度高的物体自

35、发地传给温度低的物体 再让学生列举一些这样的例子,例如:雪花落在手上就溶化,挨着火炉就温和等等。 利用课本中“思索与探讨开展小组探讨并进行对话沟通。 老师反问学生:有没有可能发生这样地现象,热量自发地从低温物体传给高温物体,使低温物体的温度越来越低,高温物体的温度越来越高。这里所说的“自发地,指的是没有任何外界的影响或关心。学生思索探讨一会后,有的同学可能产生疑问:电冰箱内部的温度比外部低,为什么致冷系统还能够不断地把冰箱内的热量传给外界的空气? 事前我们让大家视察自家的电冰箱,请同学做简要的回答,老师进行点拨。然后,展示电冰箱模型给学生简要讲解(多媒体课件)。 318 323o 3 18 这

36、是因为电冰箱消耗了电能,对致冷系统做了功。一旦切断电源,电冰箱就不能把其内部的热量传给外界的空气了。相反,外界的热量会自发地传给电冰箱,使其温度慢慢上升。 热传导的方向性:两个温度不同的物体互相接触时,热量会自发地从高温物体传给低温物体。要实现相反过程,必需借助外界的关心,因此产生其他影响或引起其他转变。 结论:热力学其次定律的一种表述:热量不能自发地从低温物体传到高温物体。这是热力学其次定律的克劳修斯表述。 老师讲解对定律的理解:这里阐述的是热传递的方向性.在这个表述中,“自发二字指的是:当两个物体接触时,不需要任何第三者的介入、不会对任何第三者产生任何影响,热量就能从一个物体传向另一个物体

37、.当两个温度不同的物体接触时,这个“自发的方向是从高温物体指向低温物体的。 老师指出:热力学其次定律的克劳修斯表述实质上就是:热传递过程是不行逆的。 : 1. 联系学生熟识的,身边的生活现象,使学问的学习贴近学生的生活,使学生感受物理学问就在身边,存在于生活,强化学生的实践意识,使情感成为学习动力。 2. 通过师生的对话沟通,在互动中实现思维的碰撞,突出学生的学习过程,表达以学生为中心的原则,从自己的学习体验和感悟中获得学问,向学生学习活动要效益。 3. 热力学其次定律的克劳修斯表述中的“自发是定律表述的关键词,老师要引导学生作深刻理解。 二、热力学其次定律的另一种表述(其次类永动机) 前面我

38、们学习了第一类永动机,不能制成的缘由是什么?违背了能量守恒,什么是其次类永动机呢? 分组合作学习,思索探讨以下问题: 1.热机是一种把什么能转化成什么能的装置? 2.热机的效率能否到达100%? 3.其次类永动机模型 4.机械能和内能转化的方向性 然后由各小组代表回答,老师进行思路点拨 1.热机是一种把内能转化成机械能的装置 2.热机的效率不能到达100% 缘由分析: 以内燃机为例,气缸中的气体得到燃烧时产生的热量为Q1,推动活塞做工W,然后排出废气,同时把热量Q2散发到大气中, 由能量守恒定律可知:Q1 = W + Q2 我们把热机做的功W和它从热源汲取的热量Q1的比值叫做热机的效率,用表示

39、 =W / Q1 事实上热机不能把得到的全部内能转化为机械能,热机必需有热源和冷凝器,热机工作时,总要向冷凝器散热,不行避开的要由工作物质带走一部分热量Q2,所以有:Q1W 因此,热机的效率不行能到达100%,汽车上的汽油机械效率只有20%30%,蒸汽轮机的效率比较高,也只能到达60%,即使是志向热机,没有摩擦,也没有漏气等能量损失,它也不行能把汲取的热量百分之百的转化成机械能,总要有一部分散发到冷凝器中。 师生总结:热力学其次定律的另一种表述: 不行能从单一热源汲取热量,使之完全变胜利,而不产生其他影响。这是热力学其次定律的开尔文表述 (也称其次类永动机)。 老师应当强调定律内容“而不产生其

40、他影响这个条件,举出“绝热膨胀的例子加以说明。 其次类永动机并不违背能量守恒定律,人们为了制造出其次类永动机作出了各种努力,但同制造第一类永动机一样,都失败了。 为什么其次类永动机不行能制成呢? 因为机械能和内能的转化过程具有方向性。机械能全部转化成内能,内能却不能全部转化为机械能,同时不引起其他转变。 再举实例,说明有些物理过程具有方向性。 学生思索回答,老师引导点拨 1.气体的扩大现象。 2.书上连通器的小试验气体向其中膨胀。 热力学其次定律的两种表述 表述一:不行能使热量由低温物体传递到高温物体,而不引起其他转变 依据热传递的方向性来表述的 表述二:不行能从单一热源汲取热量并把它全部用来

41、做功,而不引起其他转变。也可表述为其次类永动机是不行能制成的。机械能与内能转化具有方向性 这两种表述是等价的,可以从一种表述导出另一种表述,所以他们都称为热力学其次定律。 热力学其次定律揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性。自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。 因此,对任何一类宏观自然过程进行方向的说明,都可以作为热力学其次定律的表述。如图中,盒子中间有一个挡板,左室为真空,右室有气体。撤去挡板后右室的气体自发地向左室扩大,而相反的过程不行能自发地进行。因此,热力学其次定律也可以表述为:气体向真空的自由彭胀是不行逆的。 :不管如何表述,热力学其次定律的实质在于揭示了:一切与热现象

42、有关的实际宏观过程都是不行逆的。 :回过头分析引入的例子,学生应用热力学其次定律分析,老师点拨总结。进一步说明其次类永动机不能制成的,违背热力学其次定律。 : 1.热力学其次定律的开尔文表述比较抽象和难以理解,需要学生通过合作学习,在探讨和沟通中相识规律,再通过老师的点拨指导才能更好的理解和驾驭规律。 2. 热力学其次定律是在大量试验事实的基础上总结出来的,教学过程要引导学生多运用实例来帮助理解。 3. 分析引入的例子,学生应用热力学其次定律分析,师生共同小结本节内容,首尾呼应,学以致用。 第五篇:热力学四大定律 正如玻尔的名言:“谁要是第一次听到量子理论时没有感到困惑,那他确定没听懂。学习亦是如此。 热力学四定律:通常是将热力学第确定律及其次定律视作热力学的基本定律,但有时增加能斯特定理当作第三定律,又有时将温度存在定律当作第零定律。一般将这四条热力学规律统称为热力学定律。热力学理论就是在这四条定律的基础建立起来的。 热力学第零定律:假如两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡(温度相同),则它们彼此也必定处于热平衡。这一结论

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