高中物理《热力学第二定律》教案4 新人教版选修3-3

第一篇：高中物理《热力学第二定律》教案4 新人教版选修3-3

课题：§9.7 热力学第二定律

教学目的：

1、了解某些热学过程的方向性

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表述，理解热力学第二定律的物理实质

4、知道什么是能量耗散

教学重点：热力学第二定律的实质，定律的两种不同表述 教学难点：热力学第二定律的物理实质 教学过程：

热力学第一定律和能量守恒定律具有相同的实质，表征的是能量转移或转化过程中总量不变。既然能量只是在不停地转移或转化，而不会消失，我们为什么还在面临能源危机，还在不停地呼吁节约能源呢？我们今天来探讨一下这个问题——

一、某些热学过程的方向性

根据初中学过的物理常识，我们知道热传导会在两个有温差的物体间产生，会自发的从高温物体传至低温物体，那么，热传导会不会从低温物体传至高温物体呢？不会。我们把这种现象称之为—— ⒈热传导的方向性

在看另一个事实：扩散既然是分子无规则运动引起，那么，原来A容器中的气体分子扩散到B容器后，在自发的分离回到初始状态在现实中还从来没有发生过，这是不可能的，这说明—— ⒉扩散现象有方向性

事实三：有初速度的物体，在水平面上运动，总要停下来，因为摩擦生热，机械能转化成了内能；但是，由于内能的增量一部分转移到物体和地面，另一部分转移到了空中（通常称之为耗散），我们要把这部分内能收集起来，然后通过某种机器或装置让它转化成物体重新运动的机械能，这可能吗？答案必然是否定的。甚至人们还尝试过，即便能够把这部分内能完全收集（不散失），要使它完全转化成机械能，也是绝对不可能的。所以，我们说，涉及到热现象的—— ⒊能量转化有方向性

怎样表征这种热学过程的方向性呢？——

二、热力学第二定律

在介绍热力学第二定律之前，先介绍相关概念——

热机：将内能转化成机械能的装置。它们的主要工作原理都是利用高温高压的气体或蒸汽膨胀做功。如蒸汽机、汽轮机、燃气轮机、内燃机和喷气发动机等。内能的来源有燃料燃烧所放出的内能、地热以及原子能（转化）、太阳能（转化）等。热机的组成必须具备三个组成部分。其一是发热器，它是使燃料所释放出的能量转变为工作物质（简称工质）内能的装置；其二是工作部分，它是使工质消耗内能来做机械功的装置；其三是冷凝器，这部分是容纳工作部分排出的废工质的装置。热机工作时，工质从发热器得到的热量，只有一部分转变为机械功，其余部分都传给了冷凝器。

由于内能往机械能的转化不会自发的进行，所以热机事实上人为造就的、一种逆自然过程的能量转化装置。

科学家们对热机的工作进行了定量的研究，令工质从发热器得到的热量为Q1，最后被冷凝器带走的热量为Q2（最终耗散到大气、循环水中），转变成机械功的只是W = Q1—Q2。可不可以不设置冷凝器（不带走Q2），令Q1 = W呢（物理语言叫热机的效率η=

W= 100%）？科学家们经过了种种努力，发现这是Q1不可能的。

也就是说：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来作功，而不引起其它变化。这就是热力学第二定律。

对热机的定量研究事实映射出这样的信息：要将自发的热学过程人为地逆转，虽然是可能的，但必须付出代价（也就是所谓的“其它变化”——手段的代价、能量的代价）。

用心 爱心 专心 所以，我们也可以把热学过程的方向性就看成是是热力学第二定律的的一种体现。于是，热力学第二定律的一种更朴实的表述是：

不可能使热量从低温物体传至高温物体，而引起其它变化。我们通常把这种表述方式称为克劳修斯表述。与之对应的，先前的一种表述被称为开尔文表述。毫无疑问，这是为了纪念这两位科学家在该领域研究的突出贡献与成就。

关于克劳修斯表述，我们可以通过这样一个事实理解：通过人为的努力，电冰箱和空调实现了热量从低温物体往高温物体的传递，但是，我们付出了手段方面的代价：购置冰箱的经济代价、能量方面的代价（持续地缴纳电费），甚至付出了环境方面的代价——定量研究表明，冰箱释放给环境的热量必然要多于从冷藏室吸收热量——和空调一样，它能使环境升温，是一种“损人利己”的发明（这就是所谓的“其它变化”）。

关于开尔文表述，一个反面的素材是：要制成效率为100%的热机是不可能的。人们也把效率为100%的热机称为第二类永动机。

前面我们已经知道，第一类永动机违背的是热力学第一定律。那么，与之对应的，第二类永动机则是违背了热力学第二定律。

在热学过程中，有一些能量被环境吸收，无法继续回收，我们称为能量的耗散。阅读课本，了解能量耗散现象。

作业布置：阅读教材

用心 爱心 专心 2

第二篇：高中物理《热力学第二定律》教案2 新人教版选修3-3

六 热力学第二定律

【教学目标】

1、了解热传导过程的方向。

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的表述以及这两种表述的物理实质。

4、指导学生分析事例，培养学生分析问题和理论联系实际的能力 【重点、难点分析】

1、热力学第二定律表述的物理实质

2、自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性 【课时安排】 一课时 【课前准备】

一盆凉水，准备一个酒精灯和一个铁块，铁钳 【教学设计】

引入新课

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 = cm△t，这里有一个有趣的问题：地球上有大量的海水,它的总质量约为1.4×10t , 如果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=4.2×10J/(kg·℃)。下面请大家计算一下。

学生计算：Q = 4.2×10×1.4×10×10×0.1 = 5.8×10J 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“新能源”呢？原来，这样做是不可能的，这涉及物理学的一个基本定律，这就是本节要讨论的热力学第二定律。

【板书】 第六节 热力学第二定律

【板书】

一、热传导的方向性

教师实验，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，问学生现在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，拿出铁块现在你们敢用手摸吗？通过这个实验说明什么问题？

学生思考，教师给予启发

学生答：热量从温度高的物体自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：雪花落在手上就融化，挨着火炉就温暖等等

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用心 爱心 专心 1 教师反问学生：大家是否想过热量为什么不会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帮助。学生思考讨论一会后，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？

展示电冰箱模型给学生请同学做简要的回答，教师进行点拨。

这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，使其温度逐渐升高。

学生总结：

热传导的方向性：两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体。要实现相反过程，必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起其他变化。

再举实例，说明有些物理过程具有方向性

1、气体的扩散现象

2、书上连通器的小实验（气体向外膨胀）

【板书】

二、机械能和内能转化的方向性

机械能全部转化成内能，内能却不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化 【板书】

三、热机：1热机是一种把热（内）能转化成机械能的装置？

学生回忆初中所学过的内燃机的工作过程思考：

1、热机是一种把什么能转化成什么能的装置？

2、热机的效率能否达到100%？

然后由各小组代表回答，教师进行思路点拨

1、热机是一种把内能转化成机械能的装置

2、热机的效率不能达到100% 原因分析：

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和它从热源吸收的热量Q1的比值叫做热机的效率，用 表示 η=W / Q1

实际上热机不能把得到的全部内能转化为机械能，热机必须有热源和冷凝器，热机工作时，总要向冷凝器散热，不可避免的要由工作物质带走一部分热量Q2，所以有： Q1>W 因此，热机的效率不可能达到100%，汽车上的汽油机械效率只有20%～30%，蒸汽轮机的用心 爱心 专心 2 效率比较高，也只能达到60%，即使是理想热机，没有摩擦，也没有漏气等能量损失，它也不可能把吸收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。

【思考题】：

1、根据以上的热机工作图，我们应该采取怎样的措施来提高燃料的利用效率。

2、通过对以上知识的学习你有什么体会？（按客观规律办事，科学实践要有正确的理论指导）

【板书】

四、第二类永动机

什么是第二类永动机呢？

能从单一热源吸收热量，然后全部用来做功，而不引起其他变化的机器，称为第二类永动机。

第二类永动机并不违反能量守恒定律，人们为了制造出第二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。

为什么第二类永动机不可能制成呢？ 因为机械能和内能的转化过程具有方向性。【板书】

五、热力学第二定律 【板书】热力学第二定律的两种表述

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。(克劳修斯表述)（按照热传递的方向性来表述的）

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。也可表述为第二类永动机是不可能制成的。（开尔文表述）

（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）

五、结：（学生进行总结）【随堂练习】

1、热力学第二定律使人们认识到，自然界中进行的涉及 现象的宏观过程都具有 性，例如机械能可以 转化为内能，但内能 全部转化成机械能，而不引起

用心 爱心 专心 3 其他变化。

2、热传导的规律为：（）

A、热量总是从热量较多的物体传递给热量较少的物体 B、热量总是从温度较高的物体传递给温度较低的物体 C、热量总是从内能较多的物体传递给内能较少的物体 D、热量总是从比热容较大的物体传递给比热容较小的物体 思考题：

一种冷暖两用型空调铭牌标注有如下指标：输入功率1KW，制冷能力1.2×10KJ/h，制热能力1.3×10 KJ/h。这样，该空调在制热时，每消耗1J电能，将放出3J多热量，是指标注错误还是能量不守恒呢？ 4

用心 爱心 专心 4

第三篇：高中物理 7.4《温度和温标》教案 新人教选修3-3

7.4 温度和温标

新课标要求

（一）知识与技能

1．了解系统的状态参量以及平衡态的概念。2．掌握热平衡的概念及热平衡定律

3．掌握温度与温标的定义以及热力学温度的表示。

（二）过程与方法

通过学习温度与温标，体会热力学温度与摄氏温度的关系。

（三）情感、态度与价值观

体会生活中的热平衡现象，感应热力学温度的应用。

教学重点

热平衡的定义及热平衡定律的内容。

教学难点

有关热力学温度的计算。

教学方法

讲练法、举例法、阅读法

教学用具：

投影仪、投影片

教学过程

（－）引入新课

教师：在初中我们已学过了测量温度时常用的一种单位，叫“摄氏度”。大家都知道：它是以冰水混合物的温度为0度，以一个大气压下沸水的温度为100度，在这两温度之间等分100个等份，每一等份为1个温度单位，叫“摄氏度”。这种以冰水混合物的温度为零度的测温方法叫摄氏温标，以摄氏温标表示的温度叫摄氏温度。今天我们将要进一步学习有关温度和温标的知识。

（二）进行新课

1．平衡态与状态参量

教师：引导学生阅读教材P11有关内容。回答问题：（1）什么是系统的状态参量？并举例说明。（2）举例说明，什么平衡态？

学生：阅读教材，思考讨论，回答问题。

参考答案：

（1）在物理学中，通常把所研究的对象称为系统。为了描述系统的状态，需要用到一些物理量，例如，用体积描述它的几何性质，用压强描述力学性质，用温度描述热学性质……这些描述系统状态的物理量，叫做系统的状态参量。

（2）要定量地描述系统的状态往往很难，因为有时系统各部分的参量并不相同，而且可能

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正在变化。然而在没有外界影响的情况下，只要经过足够长的时间，系统内各部分的状态参量会达到稳定。举例说，把不同压强、不同温度的气体混在同一个容器中，如果容器和外界没有能量的交换，经过一段时间后，容器内各点的温度、压强就会变得一样。这种情况下我们说系统达到了平衡态，否则就是非平衡态。2．热平衡与温度

教师：引导学生阅读教材P12有关内容。回答问题：（1）什么是热平衡？

（2）怎样理解“热平衡概念也适用于两个原来没有发生过作用的系统”？（3）怎样判断“两个系统原来是处于热平衡的”？（4）热平衡定律的内容是什么？

（5）温度是如何定义的？其物理意义是什么？ 学生：阅读教材，思考讨论，回答问题。

参考答案：

（1）对于两个相互作用的系统，如果它们之间没有隔热材料，它们相互接触，或者通过导热性能很好的材料接触，这两个系统的状态参量将会互相影响而分别改变。最后，两个系统的状态参量不再变化，说明两个系统已经具有了某个“共同性质”，此时我们说两个系统达到了热平衡。

（2）两个系统达到热平衡后再把它们分开，如果分开后它们都不受外界影响，再把它们重新接触，它们的状态不会发生新的变化。因此，热平衡概念也适用于两个原来没有发生过作用的系统。

（3）只要两个系统在接触时它们的状态不发生变化，我们就说这两个系统原来是处于热平衡的。

（4）实验表明：如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡，这个结论称为热平衡定律。

（5）两个系统处于热平衡时，它们具有一个“共同性质”，我们就把表征这一“共同性质”的物理量定义为温度。也就是说，温度是决定一个系统与另一个系统是否达到热平衡状态的物理量，它的特征就是“一切达到热平衡的系统都具有相同的温度”。3．温度计与温标

教师：引导学生阅读教材P13有关内容。回答问题：（1）什么是温标？

（2）如何来确定一个温标？并以“摄氏温标”的确定为例加以说明。

（3）什么是热力学温标和热力学温度？热力学温度的单位是什么？热力学温度与摄氏温度的换算关系怎样？

学生：阅读教材，思考讨论，回答问题。

参考答案：

（1）如果要定量地描述温度，就必须有一套方法，这套方法就是温标。

（2）确定一个温标时首先要选择一种测温的物质，根据这种物质的某个特性来制造温度计。例如，可以根据水银的热膨胀来制造水银温度计，这时我们规定细管中水银柱的高度与温度的关系是线性关系；也可以根据铂的电阻随温度的变化来制造金属电阻温度计，这时我们现定铂的电阻与温度的关系是线性关系。同样的道理，还可以根据气体压强随温度的变化来制造气体温度计，根据不同导体因温差产生电动势的大小来制造热电偶温度计，等等。确定了测温物质和这种物质用以测温的某种性质之后，还要确定温度的零点和分度的方法。例如，早期的摄氏温标规定，标准大气压下冰的熔点为0℃，水的沸点为100℃；并据此把玻璃管上0℃刻度与100℃刻度之间均匀分成100等份，每份算做1℃。

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（3）以-273.15℃（在高中阶段可简单粗略地记成-273℃）作为零度的温标叫热力学温标，也叫绝对温标。用热力学温标表示的温度叫做热力学温度。它是国际单位制中七个基本物理量之一，用符号 T表示，单位是开尔文，简称开，符号为K。热力学温度与摄氏温度的换算关系是： T= t+273.15K 说明：热力学温度的每一度大小与摄氏温度每一度大小相同。热力学温度的零度即0K，叫绝对零度，它是宇宙中只能无限接近，但不可能达到的低温的极限。

典例探究

例１ 细心观察可以发现，常见液体温度计的下部的玻璃泡较大，壁也比较薄，上部的管均匀而且很细，想一想，温度计为什么要做成这样呢？

解析：这样做的目的都是为了使测量更准确、更方便。下部较大而上部很细，这样下部储存的液体就比较多，当液体膨胀收缩时，膨胀或收缩不大的体积，在细管中的液面就有较大的变化，可以使测量更精确；下部的壁很薄，可以使玻璃泡内的测温物质的温度较快地与待测物质的温度一致；细管的粗细是均匀的，是为了使刻度均匀，更便于读数。

（三）课堂总结、点评 本节课我们主要学习了： 1．平衡态与状态参量。2．热平衡与温度的概念。3．温度计与温标。课余作业

1．阅读P14“科学漫步”中的材料。2．完成P15“问题与练习”的题目。附：课后练习

1．关于热力学温度和摄氏温度，以下说法正确的是（）A．热力学温度的单位“K”是国际单位制中的基本单位 B．温度升高了1℃就是升高了1K C．1℃就是1 K D．0℃的温度可用热力学温度粗略地表示为273K 2．（1）水的沸点是______℃=_________K；（2）绝对零度是______℃=_________K；

（3）某人体温是36.5℃，也可以说体温为______K；此人体温升高1.5℃，也可以说体温升高了______K。

（4）10℃=______K；

10K=______℃；

27℃=______K；

27K=______℃；

273℃=______K；

273K=______℃；（5）若Δt=40℃，则ΔT=______K；若ΔT=25K，则Δt=______℃。

参考答案： 1．A BD 2．（1）100；373（2）－273.15；0（3）36.5；309；310.5（4）283；－263；300；－246；546；0（5）40；25

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第四篇：新课标人教A高中物理选修3-3教案10.5 热力学第二定律的微观解释

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第五篇：高中数学《1.2.1排列》教案4 新人教A版选修2-3

高中新课程数学（新课标人教A版）选修2-3《1．2．1排列》

教案4

例5．（1）7位同学站成一排，共有多少种不同的排法？

解：问题可以看作：7个元素的全排列A77＝5040．

（2）7位同学站成两排（前3后4），共有多少种不同的排法？

解：根据分步计数原理：7×6×5×4×3×2×1＝7！＝5040．

（3）7位同学站成一排，其中甲站在中间的位置，共有多少种不同的排法？

解：问题可以看作：余下的6个元素的全排列——A66=720．

（4）7位同学站成一排，甲、乙只能站在两端的排法共有多少种？

解：根据分步计数原理：第一步 甲、乙站在两端有A22种；

第二步 余下的5名同学进行全排列有A55种，所以，共有A22A55=240（5）7位同学站成一排，甲、乙不能站在排头和排尾的排法共有多少种？

解法1（直接法）：第一步从（除去甲、乙）其余的5位同学中选2位同学站在排头和排尾有A5种方法；第二步从余下的5位同学中选5位进行排列（全排列）有A5种方法，所以

25一共有A5A5＝240025

解法2：（排除法）若甲站在排头有A6种方法；若乙站在排尾有A6种方法；若甲站在排头且乙站在排尾则有A5种方法，所以，甲不能站在排头，乙不能排在排尾的排法共有A7－2A6＋A5=2400种．

说明：对于“在”与“不在”的问题，常常使用“直接法”或“排除法”，对某些特殊元素可例6.从10个不同的文艺节目中选6个编成一个节目单，如果某女演员的独唱节目一定665765不能排在第二个节目的位置上，则共有多少种不同的排法？

15解法一：（从特殊位置考虑）A9A9136080；

56解法二：（从特殊元素考虑）若选：5A9；若不选：A9，56则共有5A9A9136080种；

65解法三：（间接法）A10A9136080