《10.4 热力学第二定律 》教学案

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教 学 目 标 知识与技能 过程与方法 情感态度与价值观 1、了解热传导过程的方向性；

2、了解什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可能制成；

3、了解热力学第二定律的两种不同表述，以及这两种表述的物理实质； 培养学生通过日常生活现象概括物理规律的能力 通过第二类永动机不可能制成的教学，教育学生要有效地利用自然界提供的各种能源，必须遵循自然界的规律 学习重点 热力学第二定律的两种表述，以及两种表述的物理实质 学习难点 第二类永动机及其不能制成的原因 教学过程

教 师 活 动 学 生 活 动 一、导入新课

　　地球上有大量的海水，它的总质量约为1.4×1018 t，只要这些海水的温度降低0.1℃，就能放出5.8×1023 J的能量，这相当于1800万个功率为100万千瓦的核电站一年的发电量，为什么人们不去研究这种新能源呢？

二、新课教学

1、热传导的方向性

　　问题：两个温度不同的物体互相接触时，将会出现什么现象？

(1)热量自发地从高温物体传给低温物体

　　(2)热量从低温物体传给高温物体必须借助外界的帮助

问题：大家见过热量从低温物体传给高温物体的实例吗？

结论：热量却不能自动地从低温物体传向高温物体，要实现这一过程，必须借助外界的帮助，就是要有外界对其做功才能完成。

(3)热传导具有方向性

　　热传导的过程是有方向性的，这个过程可以向一个方向自发地进行，但是向相反方向却不能自发地进行。要实现相反方向的过程，必须借助外界的帮助，因而要产生其他影响或引起其他变化。

(4)所有的宏观自发过程都具有单向性

　　在整个自然界中，无论有生命或无生命，所有的宏观自发过程都具有单向性，都是一种不可逆的过程。

2、第二类永动机

　　问题：一个在水平地面上运动的物体，撤去外力作用后，为什么会停下来？ 在这个过程中，能量是如何转化的？

(1)热机

①概念：热机是把内能转化成机械能的装置。

②热机的效率：我们把热机做的功W和它从热源吸收的热量Q1的比值，叫做热机的效率。

　　热机的效率不可达到100%。

(2)第二类永动机

①第二类永动机：从单一热源吸收的热量，可以全部用来做功而不引起其他变化的热机，叫第二类永动机。

②第二类永动机不可能制成的原因

3、热力学第二定律

　　1.扩散现象具有方向性

(2)热力学第二定律

　　物理学家分析了大量的自然现象，又总结了第二类永动机不可能制成的经验，把类似的具有方向性的现象进行概括，得到了热力学第二定律。

①两种表述

按热传递的方向性表述：不可能使热量由低温物体传到高温物体，而不引起其他变化；(克劳修斯在1850年提出)

按机械能与内能转化过程的方向性表述：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。也可以表述为第二类永动机是不可能制成的。(开尔文于1851年提出)

②两种表述是等效两种表述是等价的，可以从一种表述导出另一种表述，所以它们都称为热力学第二定律。

　　热力学第二定律的两种表述是等效的，即由其中的一种表述可推导出另一种表述。我们用反证法来证明：

　　设克劳修斯的表述不对，热量Q可以通过某种方式由低温热源T2处传递到高温高温热源T1处而不产生其他影响。那么，我们就可以在这高温热源T1和低温热源T2处设计一个热机，令它在一个循环中从高温热源吸取热量Q1＝Q，部分用来对外做功W，另一部分Q2在低温热源处放出，这样总的结果就是：高温热源没有发生任何变化，而只是从单一热源处吸收热量Q－Q2全部用来做功W，这是违反开尔文表述的。

　　因此，如果克劳修斯的表述不对，开尔文表述也不对。

　　(3)热力学第二定律建立的意义

　　①热力学第二定律使人们认识到，自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，这也是热力学第二定律的实质。

　　②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，对人们认识自然、利用自然有重要的指导意义。

4、能量耗散

自然界总的能量是守恒的，为什么要节约能源呢？

(1)能量耗散

　　没办法把流散的内能重新收集起来加以利用的现象，叫做能量耗散。

(2)能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性。

5、绝对零度不可能达到

(1)绝对温度 ①绝对零度

宇宙中存在着温度的下限：－273.15℃，这个温度叫做绝对零度，又叫热力学零度。

②热力学温度：以绝对零度为起点的温度叫做热力学温度，用T表示，单位是开尔文，符号是K。

③热力学温度与摄氏温度的关系：热力学温度与摄氏温度的每一度大小是相同的，它们的关系如下：T＝t＋273.15K ΔT＝Δt

(2)热力学第三定律

　　热力学零度不可能达到，这个结论称做热力学第三定律。三、小 结

四、作 业

学生猜想：

学生讨论并回答下面几个问题

　　结论：两个温度不同的物体互相接触时，热量会自发从高温物体传给低温物体，使高温物体温度降低，低温物体温度升高。

电冰箱能够把热量从低温物体传给高温物体。

分析电冰箱工作原理

电冰箱能够把热量从低温物体传给高温物体，在该过程中电冰箱要消耗电能，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，使其温度逐渐升高。

分析：在水平地面上运动的物体，撤去外力后，由于克服摩擦力做功，所以最后会停下来；在这一过程中，物体的动能转化为内能。

不可能。热机不可能把内能全部转化为机械能，而不引起其它变化。

因为机械能和内能的转化过程具有方向性

两种表述是否矛盾？

　　原来有的能量便于利用，有的能量不便于利用。