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视频标签：能量的守恒与耗散,热力学第二定律
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视频课题：高中物理选修1-2第二章《能量的守恒与耗散》第四节热力学第二定律-贵州省 - 遵义
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《热力学第二定律》教学设计
【教材分析】
教学设计内容选自高中物理选修1-2第二章《能量的守恒与耗散》第四节。选修一系列注重物理学与社会的联系，强调物理规律与社会普遍现象的联系，让物理贴近社会，贴近生活。所以在本书及本节教学中不仅对物理专业知识理论进行教学，还要注重物理规律、理论与社会、自然的普遍联系，让其原理想通，让学生能以综合性、全面性的角度看待物理，领会物理。 【教学目标】 1、知识与技能
（1）了解自然过程都具有方向性这一普遍规律，了解热传递过程的方向性，了解扩散现象的方向性；
（2）掌握热机效率的定义及求法；
（3）明白热机效率不能达到100%的原因，明白第二类永动机不能制成的原因； （4）掌握热力学第二定律的两种表述以及这两种表述的实质。 2、过程与方法
（1）通过自然过程发展方向性实例得出自然过程具有方向性结论，继而分析热量传递的方向性；
（2）根据能量守恒定律就热机工作时能量关系21QWQ，用数学方法推导得出热机效率不可能达到100%的结论；
（2）通过小组合作讨论及自主推理研究加强学生的理解；
（3）通过电子白板的书写、展台展示、QQ群展示交流、现场手机上网查询，加强学生对现代信息技术的整合使用意识，让课堂多元化；
（4）学生观看视频《什么是热力学第二定律》，让学生从综合角度尤其是物理、哲学、数学角度来进一步了解热力学第二定律，加强学生对定律的全面理解。 3、情感态度价值观
（1）激发学生学习高中物理的兴趣并加深对物理的理解；
（2）培养勤于思考问题的习惯，留心自然，关注社会，树立多角度分析问题的意识；
（3）进一步树立积极合理使用现代信息技术的意识，革新传统授课模式； （4）强化问题导向的思维方式。 【教学重点】
（1）热传导的方向性；
（2）热机效率定义及热机效率不能达到100%的原因推导； （3）热力学第二定律的两种表述及其实质； （4）热力学第二定律两种表述的关系。 【教学难点】
（1）自然过程具有方向性的理解；
（2）热力学第二定律的两种表述的实质及其关系的理解。 【教学方法】
讲授、师生讨论、生生讨论与合作、归纳概括、课堂展示、例题强化、自主查阅资料、视频学习 【教学手段】
实物展台、QQ（手机和电脑）、手机（一生一部）、幻灯机、视频播放器
【课时安排】 1课时 【教学过程】 一、新课导入
海湾战争是越南战争后的又一个大规模的局部战争，参与反伊联盟的共有40个国家，以美国为首。战争中伤亡10万多人，伊拉克经济损失2000亿美元以上，对伊拉克造成了难以置信的损伤。
战争的起因大约有以下几类：1、能源、资源的所有权争端；2、宗教，信仰，意识形态的冲突；3、领土主权的归属。目前来说，石油引发的战争最常见。1991年的伊拉克海湾战争，基本上可以用石油掠夺来盖棺定论。海湾战争到底争的是什么？石油。石油意味着什么？能源和动力。
如果我们有源源不断的能源和动力，我们将会得到多大的好处？我们将会解决多少问题？将会避免多少矛盾？
我们在初中学过，当物体温度升高时，就要吸收热量；当物体温度降低时，就要放出热量。而且热量公式Q = cmΔt。地球上有大量的海水,它的总质量约为1.4×1018 t , 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·℃)
答案是放出5.8×1023J的热量，这相当于1800万个核电站一年的发电量。 从而提出疑问：我们为什么不去开发这样的新能源呢？我们为什么不制造从单一热源不间断地吸收热量从而源源不断地做功的机器呢？
这些想法从未成功过，这些想法违背了热力学第一定律了吗？那到底问题出在哪个地方？
原来，自然过程能否发生，除了收到热力学第一定律的制约还受到另外物理规律的制约——热力学第二定律。本节课我们继续动力探索的旅程，看看热力学第二定律到底个什么规律。 二、新课内容
（一）宣布本节课学习目标
请一名同学自愿向大家宣读本节学习目标：
1.了解热传导过程的方向性，明白自然过程具有方向性； 2.知道什么是第二类永动机并理解其不可能制成的原因；
3.理解热力学第二定律的两种不同表述以及这两种表述的实质；
4.能根据热传导的方向性和热力学第二定律分析判断生产生活中的热现象发生的原因；
5.能够从物理、哲学、数学等不同角度对热力学第二定律有所体会，对认识世界有指导作用。
（二）自然过程具有方向性
（1）请同学们回答根据自己的预习从这些例子中能想到什么道理
1.英语叙事中，常常会用到：firstly , secondly , next , and then , finaly等步骤性词语；
2.我们都在说“世上没有后悔药”的道理； 3.常有人发出“先有鸡还是先有蛋”的疑问； 4.花虽有重开日，人却无再少年； 5.落叶流水不复返 ……
教师在过程中进行适当引导，让学生能得出自然过程具有方向性的结论。 （2）一切的自然过程都是具有方向性的。请各小组谈论研究，举一具体实例，经组内统一意见后将本组结果发送到“课堂研究成果共享平台”（班级QQ群）。 （3）规范性总结
自然界一切变化过程都具有方向性，．．．．．．．．．．．．．．．．
朝某些方向的变化是可以自发发生的，相反方向的变化却是受到限制的。
如果要使变化了的事物重新恢复到原来的状态，一定会对外界产生无法消除的影响，这就是自然过程的不可逆性．．．．．．．．．。 （4）热传导的方向性
一杯烧开的水，会向周围的空气散发热量，一段时间后，水会和周围空气的温度一样高。
如果在开水中放入冰块，冰块就会从水中吸热并融化，水会冰凉，但是过一段时间后水温还是会和室温一样的。
结论：热传递过程具有不可逆性（具有方向性）。
两个温度不同的物体相互接触，热量总是从高温物体流向低温物体，直到两个物体温度相同。
从来没有发生过热量从低温物体自发地流向高温物体的现象。要使热量从低温物体流向高温物体，使两物体温差越来越大，并非完全不可能，只是不能自发地进行。电冰箱就是热量从低温物体流向高温物体，但不是自发的。 （5）扩散过程的方向性
结论：扩散现象也具有不可逆性（具有方向性）。 可以让B中的气体流入A中，但那样会引起其他变化。 （三）热机效率和第二类永动机 （1）热机
热机是一种把内能转化为机械能的装置。
任何一台热机，它的工作物质获得热量并对外做功之后，一定会将剩余的热量排向冷凝器。
气缸中的气体得到燃料燃烧时产生的热量Q1，推动活塞做功W，排出废气，同时把热量Q2散发到大气中。
根据能量守恒定律，三个量之间的关系为：21QWQ （2）热机效率
在物理学中，热机效率用η表示，定义为热机所做的功与它所吸收热量的比值，
即：1
QW。
打开阀门，容器A中的气
体会自发地向容器B中膨胀。
最后两容器都充满气体。
容器B中的气体能否自发地流入容器A,使B中成为真空?
热机总要向冷凝器散热，所以不可能把它吸收的热量全部转化为机械能，即总会有：Q1>W。 思考：热机效率η的取值范围一般是怎样的呢？ 学生各自证明η<100%，教师提醒用到能量守恒定律，将学生的证明过程选择代表性作品展台展示，教师针对性讲解点评，教师接着在电子白板上演示证明η<100%。
学生猜测热机效率一般值为多少，将学生猜测值书写于电子白板。学生手机上网查询热机效率一般值，和白板上刚才的猜测值进行比较。 （3）第二类永动机
如何让机械效率达到100%？
如果能设计这样一种机器，它能从高温热库吸
取热量后全部用来做功，而不向低温热库排出热量，这种机器的机械效率不就达到了100%了吗？
人们把这种仅从单一热库吸热，同时不间断地做功的永动机称为第二类永动机．．．．．．。 第二类永动机是不可能制成的。 为什么第二类永动机不能制成？
W.汤姆孙（开尔文）归纳了所有热机的工作过程，指出：工作物质不可能把吸收的热量全部变成功而不产生其他影响。
第二类永动机不可能制成，说明了机械能与内能间的转化过程具有方向性．．．．．．．．．．．．．．．．．。 机械能可以全部转化为内能，但内能不能全部转化机械能而不引起其他变化．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．。 （四）热力学第二定律
人们分析了自然现象的不可逆性，总结了第二类永动机不可能制成的事实，确立了热力学第二定律。
表述一：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化。
表述二：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化。 也可表述为：不可能制成第二类永动机。
两种表述的实质：表述一按热传递的方向性来表述。表述二按机械能与内能转化过程的方向性来表述。
两种表述的关系：两种表述是等价的，能从一种表述导出另外一种表述，两种表述都称为热力学第二定律。 （五）例题巩固
1、下列说法正确的是 ( AC )
A．在自然条件下，热传递的过程是不可逆的 B．热量不可能由高温物体传递给低温物体
C．气体的扩散过程具有方向性 D．一切形式能量转化都不具有方向性
2、根据热力学第二定律，可知下列说法中正确的是（ AD ） A．不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其它变化
B．没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其它的变化的热机是可实现的
C．致冷系统能将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气中而不引起其它变化 D．不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化
（六）全面认识热力学第二定律
（1）从综合角度认识热力学第二定律
通过观看视频讲解《什么热力学第二定律》，让学生对该定律有更加深刻和全面的认识，并能联系到哲学、数学当中。 （2）热力学第二定律的意义
热力学第二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）。是独立于热力学第一定律的一个重要的自然规律。
不管如何表述，热力学第二定律的实质在于揭示了：一切与热现象有关的实际．．．．．．．．．．．宏观过程都是不可逆的。．．．．．．．．．．． 【作业布置】
1.分析课本34页“问题与练习”，伙伴间相互谈论研究，有疑惑的询问老师； 2.根据本节所学，再次分析节约能源是否有意义； 3.试举出提高能量使用效率举措二三例； 4.试着设计一台“永动机”；
5.根据本节所学，就热力学第二定律写一篇关于自然过程具有方向性的心得（400字左右，从不同角度，如哲学、数学、物理学等）。 5个任务中最少完成4个。 【教学反思】
本节课系传统教学与新理念及信息技术相结合，在传统教学的基础上适当革新观念及方法，在原有教学模式的基础上尽可能与现有基础信息技术相结合，使课堂呈现多样化，既有了较好的效果又没有要求“很高科技”的信息技术手段。本节课主要着力于学生在学习物理知识的同时强化问题导向的思维，培养从多角度看待物理看待问题的意识，加强物理联系自然联系生活的习惯，挖掘基础信息技术工具的使用方法，各方面均达到了较好的效果。
由于此类课型以前不常用，教学中各部分的时间分配、课堂教学的把控需要进一步摸索不断优化，课堂的总体设计及细节设计今后还应该详细研究不断改进，以期达到最优效果。
另外，课堂把控中常会有“计划不及变化”现象出现，本课个别教学细节未完全按照教学设计进行，缘自未预测到的实物展台损坏、学生学习状态及课堂发展形势与预想有一定偏差，故教学中相机做了适当调整。此小意外也提示着我课堂形势会发生变化，课堂最好的把控是因势而动、顺势而行，我还应继续在“随机应变”上下功夫。
视频来源：优质课网 www.youzhik.com
