2019-2020年高中物理 《熱力學(xué)第二定律》教案 滬科版選修3-3.doc
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2019-2020年高中物理 《熱力學(xué)第二定律》教案 滬科版選修3-3 一、教學(xué)目標(biāo) 1、了解熱傳導(dǎo)過(guò)程的方向。 2、了解什么是第二類(lèi)永動(dòng)機(jī),為什么第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成。 3、了解熱力學(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)。 4、了解什么是能量耗散。 5、知道絕對(duì)零度不可能達(dá)到。 6、指導(dǎo)學(xué)生分析事例,培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和理論聯(lián)系實(shí)際的能力 二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析 重點(diǎn):1、熱力學(xué)第二定律兩種常見(jiàn)的表述 2、什么是絕對(duì)零度,知道它是不可達(dá)到的 難點(diǎn):1、熱力學(xué)第二定律表述的物理實(shí)質(zhì) 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 三、教學(xué)設(shè)計(jì) 引入新課 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? 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。 二、第二類(lèi)永動(dòng)機(jī) 前面我們學(xué)習(xí)了第一類(lèi)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(lèi)永動(dòng)機(jī)呢? 學(xué)生看書(shū),并思考討論下列問(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(lèi)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 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(chē)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 能從單一熱源吸收熱量,然后全部用來(lái)做功,而不引起其他變化的機(jī)器,稱(chēng)為第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)。 第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)并不違反能量守恒定律,人們?yōu)榱酥圃斐龅诙?lèi)永動(dòng)機(jī)作出了各種努力,但同制造第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)一樣,都失敗了。 為什么第二類(lèi)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。 4.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 三、熱力學(xué)第二定律 再舉實(shí)例,說(shuō)明有些物理過(guò)程具有方向性 氣體的擴(kuò)散現(xiàn)象 書(shū)上連通器的小實(shí)驗(yàn)?。怏w向其中膨脹) 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(lèi)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(chēng)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) 四、能量耗散 (設(shè)疑)既然自然界中的能量是守恒的,為什么還要節(jié)約能源呢?因?yàn)橛械哪芰靠梢岳糜械哪芰坎槐阌诶谩? 舉例說(shuō)明:流動(dòng)的水帶動(dòng)水磨做功 電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能,電能又在燈泡中轉(zhuǎn)變成光能 火爐把屋子燒暖等 學(xué)生總結(jié):流散的內(nèi)能無(wú)法重新收集起來(lái)加以利用的現(xiàn)象,稱(chēng)為能量耗散 能量耗散是從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中宏觀過(guò)程具有方向性。 五、絕對(duì)零度不可達(dá)到 宇宙中存在著溫度的下限:—273.15℃,以這個(gè)下限為起點(diǎn)的溫度叫做熱力學(xué)溫度,用T,單位是開(kāi)爾文,符號(hào)是K,熱力學(xué)溫度T同攝氏溫度t的換算關(guān)系是:T = t + 273.15K 一些實(shí)際的溫度值 學(xué)生分析此表,并結(jié)合課本可以知道,實(shí)驗(yàn)室中的低溫已經(jīng)非常接近熱力學(xué)零度了(也稱(chēng)絕對(duì)零度) 對(duì)大量事實(shí)的分析表明:熱力學(xué)零度不可達(dá)到。這個(gè)結(jié)論稱(chēng)做熱力學(xué)第三定律。 盡管熱力學(xué)零度不可能達(dá)到,但是只要溫度不是絕對(duì)零度就總有可能降低。因此,熱力學(xué)第三定律不阻止人們想辦法盡可能地接近絕對(duì)零度。 隨堂練習(xí) 1、熱力學(xué)第二定律使人們認(rèn)識(shí)到,自然界中進(jìn)行的涉及 現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有 性,例如機(jī)械能可以 轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,但內(nèi)能 全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能,而不引起其他變化。 2、熱傳導(dǎo)的規(guī)律為: ( ) A、熱量總是從熱量較多的物體傳遞給熱量較少的物體 B、熱量總是從溫度較高的物體傳遞給溫度較低的物體 C、熱量總是從內(nèi)能較多的物體傳遞給內(nèi)能較少的物體 D、熱量總是從比熱容較大的物體傳遞給比熱容較小的物體- 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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