10.4《热力学第二定律》教案（新人教版选修3-3）1

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1、热力学第二定律教案w.w.w.k.s.5.u.c.o.m要点：了解热传导过程的方向性理解第二类永动机不可能的原因了解热力学第二定律的不同表达以及实质教学难点：用热传导过程的方向性解释第二类永动机的不可能考试要求：高考Ⅰ（热力学第二定律、永动机不可能、绝对零度不可达到），会考课堂设计：从学生比较熟悉热传导过程的方向性入手，从平时很少关注的方向性方式入手研究，调动学生的思维并为热力学第二定律作准备。第二类永动机由于没有违背能量的转化和守恒定律更具有欺骗性，应立足热传导过程的方向性来帮助学生理解。能量的耗散应从

2、能量（守恒）的角度来考察，并保证对生活实例有指导性。解决难点：先引导关注热传导过程的方向性，用来解决第二类永动机的失败原因，体会尽管没有违背能量守恒定律但还受到其他因素的制约。学生现状：不知道遵守能量守恒定律的机器为什么还是不可能制成；知道热传导的方向性但没有联系实际；第二类永动机（并不违背能量守恒定律）的欺骗性认识不足。培养能力：分析综合能力，理解推理能力思想教育：唯物主义世界观，尊重事实考试说明：新增“热力学第二定律、永动机不可能、绝对零度不可达到”一、引入有这样有趣的问题：地球上有大量的海水，它的质

3、量约为1.4×1018t,只要这些海水的温度降低0.1OC,就能放出5.8×1023J的热量，这相当于1800万个功率为100万千万的核电站一年的电量，为什么不去研究这种新能源呢？学了本节课你就可以知道答案了。二、热传导的方向性[来源:学§科§网Z§X§X§K]问:生活经验肯定告诉过我们，两个温度不同的物体互相接触后，会发生什么现象？分析：热量会自发的从高温物体传给低温物体，结果使温度低的物体温度升高，温度高的物体温度降低。问：有没有见过，温度自发的从低温物体传给高温物体？分析：学生可能说“有”，比如说空

4、调、冰箱。解释什么是“自发地”？“自发地”：是没有任何外界的影响或帮助。空调、冰箱需借助外界条件电源，才能够使热量从低温物体传到高温物体，它们是“不自发地”而是“被迫地”——一旦停电，就又是自发地由高温传向低温类似：水（自发地）往低处流，也可以在有帮助的条件下（被迫地）向高处流。总结：热传导的过程是有方向行，这个过程可以自发的从一个方向自发地进行；但是向相反的方向却不能自发地进行，必须借助外界的帮助。自然界中所涉及热现象的宏观过程都具有方向性。三、第二类永动机大家都已经知道，机械能和内能之间可以发生相互转

5、化，比如说一个在水平面上的物体，由于克服摩擦力做功，最后总要停下来。在这个过程中物体的动能转化为内能，使物体的温度升高。而把内能转化为机械能，在这转化中能量守恒。依据理论，内能同样可以转化机械能（动能），所以我们很愿意将汽车的温度降低来获得汽车的动能（在夏天那可是一举两得的事）。而不引起其他的变化。我们没有见过这类情况，并不是人们没想到，而是有困难。回答这个问题之前我们先介绍热机。热机，是将热（内）能转化为机械能的装置。如内燃机、蒸汽机、燃气轮机（热电厂）、燃气涡轮（喷气飞机）。[来源:Zxxk.Com]

6、以内燃机为例：气体燃烧时产生的热量Q1,推动活塞做功W，然后放出热气，同时把热量Q2散发到大气中。根据能量守恒Q1=W+Q2,如果我们把热机做的功W和它从热源吸收的热量w.w.w.k.s.5.u.c.o.mQ1的比值叫做热机的效率，用η表示效率，则有问：我们也都知道W>Q1,也就是η不可能达到100％，那是为什么？分析：热机构造必须有热源和冷凝器，工作时，总要向冷凝器散热，因此要损失热量。能不能制造出没有冷凝器的热机，只有单一的热源，它从这个单一热源中吸收热量，可以全不用来做功，第二类永动机就是指这类遵守

7、能量守恒定律，从单一热源不断获得能量的机器。第二类永动机的失败，说明机械能和内能之间的转化有着方向性：机械能可以全部转化为内能，但内能不能全部转化为机械能（肯定引起其他变化）。所以我们在没有冷凝器的条件下，无法通过降低海水温度来获取我们所需要的能量[来源:学

8、科

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11、X

12、K]四、热力学第二定律生活中很多物理过程的具有方向性。比如图11－2中气体的扩散，物理学家通过分析自然现象，又总结了第二类永动机不可制成的经验，得出了热力学第二定律。常见两种表述：表述一：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引

13、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。两种表述的实质是统一的：自然界中进行的涉及的热现象有关的宏观过程具有方向性，都是不可逆的。五、能量耗散问：既然有能量守恒定律，为什么还要节约能源呢？分析：其实通过前面的学习，我们都可以找到答案了，因为能量的转化具有方向性，某些自发进行的能量转化后不能再以原值的大小重新转化回来，尽管总量是不变的但可利用的能在减少——能量的耗散（避免说成是损失）。能