资源简介

3.4热力学第二定律 教案
【教材分析】
（一）教材分析
本节介绍热力学第二定律，该定律与热力学第一定律是构成热力学知识的理论基础，教学时要注意讲清这两个定律的区别。对于热力学第二定律，教材先从学生比较熟悉的扩散过程的方向性入手，研究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，也作为学习热力学第二定律的基础。教材中热力学第二定律的两种表述，分别是热传递的方向性和机械能与内能转化过程的方向性的表述，最终归结为自然界中一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。教学时着重强调好方向性的问题。
【教学目标】
（一）教学目标
物理观念：知道传热、扩散现象、机械能与内能的转化具有方向性，了解能量耗散和品质降低的内容，能解释相关现象。
科学思维：理解热力学第二定律的两种表述，学会用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移及方向性问题，提高分析推理能力。
科学探究：通过对热机效率的探讨，揭示热机效率不能达到100%的实质，学会与他人交流合作，提高探索科学的能力。
科学态度与责任：学会科学家探索问题的方法，实事求是的科学态度，培养学习科学的兴趣。
【教学重难点】
（一）教学重难点
重点
热力学第二定律的两种常见表述。
难点
1.热力学第二定律的开尔文表述。
2.自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。
【新课导入】
（一）新课导入
观察红色墨水在透明玻璃杯中的扩散现象，红色墨水是否可自动聚集？冬天在室外的人体散发的热量能否自动回到人体？
【新课讲解】
（一）热力学第二定律
热力学第二定律
1．宏观自然过程的方向性
(1)凡是实际的过程，只要涉及热现象，如物体间的传热、气体的膨胀、扩散、有摩擦的机械运动……都有特定的方向性。
(2)一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。
(3)在物理学中，反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律。
2．热力学第二定律的两种表述
(1)热力学第二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。阐述的是传热的方向性。
(2)热力学第二定律的开尔文表述
不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。阐述了机械能与内能转化的方向性。
热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是等价的。
（一）能源是有限的
能源是有限的
1．能量耗散：在各种各样的活动中，其他形式的能最终都转化成内能，流散到周围环境中再也不能自动聚集起来驱动机器做功的现象。
2．能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的自发变化过程具有方向性。
3．能源：是指具有高品质的容易利用的储能物质。
4．能源的使用过程中虽然能的总量保持守恒，但能量的品质下降了。虽然能量总量不会减少，但能源会逐步减少，因此能源是有限的资源。
【板书】
（一）板书
热力学第二定律
1.在物理学中，反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律。
2．热力学第二定律的两种表述
(1)克劳修斯表述(2)开尔文表述
3. 热力学第二定律的实质：一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性。
4.能量耗散：其他形式的能最终都转化成内能，流散到周围环境中再也不能自动聚集起来驱动机器做功的现象。
5．能源是有限的资源。
【课后反思】
（一）课后反思
热力学第二定律的两种表述
表述一：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。(按照热传递的方向性来表述)
表述二：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。也可表述为第二类永动机是不可能制成的。(按照机械能与内能转化的方向性来表述)
这两种表述是等价的，可以从一种表述导出另一种表述，所以它们都称为热力学第二定律。
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)。因此，对任何一类宏观自然过程进行方向的说明，都可以作为热力学第二定律的表述。
注意：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”

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