2019-2020年高中物理 《熱力學(xué)第二定律》教案 魯科版選修3-3.doc
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2019-2020年高中物理 《熱力學(xué)第二定律》教案 魯科版選修3-3 要 點(diǎn):了解熱傳導(dǎo)過程的方向性 理解第二類永動機(jī)不可能的原因 了解熱力學(xué)第二定律的不同表達(dá)以及實(shí)質(zhì) 教學(xué)難點(diǎn):用熱傳導(dǎo)過程的方向性解釋第二類永動機(jī)的不可能 考試要求:高考Ⅰ(熱力學(xué)第二定律、永動機(jī)不可能、絕對零度不可達(dá)到),會考 課堂設(shè)計(jì):從學(xué)生比較熟悉熱傳導(dǎo)過程的方向性入手,從平時(shí)很少關(guān)注的方向性方式入手研究,調(diào)動學(xué)生的思維并為熱力學(xué)第二定律作準(zhǔn)備。第二類永動機(jī)由于沒有違背能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律更具有欺騙性,應(yīng)立足熱傳導(dǎo)過程的方向性來幫助學(xué)生理解。能量的耗散應(yīng)從能量(守恒)的角度來考察,并保證對生活實(shí)例有指導(dǎo)性。 解決難點(diǎn):先引導(dǎo)關(guān)注熱傳導(dǎo)過程的方向性,用來解決第二類永動機(jī)的失敗原因,體會盡管沒有違背能量守恒定律但還受到其他因素的制約。 學(xué)生現(xiàn)狀:不知道遵守能量守恒定律的機(jī)器為什么還是不可能制成; 知道熱傳導(dǎo)的方向性但沒有聯(lián)系實(shí)際; 第二類永動機(jī)(并不違背能量守恒定律)的欺騙性認(rèn)識不足。 培養(yǎng)能力:分析綜合能力,理解推理能力 思想教育:唯物主義世界觀,尊重事實(shí) 考試說明:新增“熱力學(xué)第二定律、永動機(jī)不可能、絕對零度不可達(dá)到” 一、引入 有這樣有趣的問題:地球上有大量的海水,它的質(zhì)量約為1.41018t,只要這些海水的溫度降低0.1OC,就能放出5.81023J的熱量,這相當(dāng)于1800萬個(gè)功率為100萬千萬的核電站一年的電量,為什么不去研究這種新能源呢?學(xué)了本節(jié)課你就可以知道答案了。 二、熱傳導(dǎo)的方向性 問:生活經(jīng)驗(yàn)肯定告訴過我們,兩個(gè)溫度不同的物體互相接觸后,會發(fā)生什么現(xiàn)象? 分析:熱量會自發(fā)的從高溫物體傳給低溫物體,結(jié)果使溫度低的物體溫度升高,溫度高的物體溫度降低。 問:有沒有見過,溫度自發(fā)的從低溫物體傳給高溫物體? 分析:學(xué)生可能說“有”,比如說空調(diào)、冰箱。 解釋什么是“自發(fā)地”? “自發(fā)地”:是沒有任何外界的影響或幫助??照{(diào)、冰箱需借助外界條件電源,才能夠使熱量從低溫物體傳到高溫物體,它們是“不自發(fā)地”而是“被迫地” ——一旦停電,就又是自發(fā)地由高溫傳向低溫 類似:水(自發(fā)地)往低處流,也可以在有幫助的條件下(被迫地)向高處流。 總結(jié):熱傳導(dǎo)的過程是有方向行,這個(gè)過程可以自發(fā)的從一個(gè)方向自發(fā)地進(jìn)行;但是向相反的方向卻不能自發(fā)地進(jìn)行,必須借助外界的幫助。自然界中所涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性。 三、第二類永動機(jī) 大家都已經(jīng)知道,機(jī)械能和內(nèi)能之間可以發(fā)生相互轉(zhuǎn)化,比如說一個(gè)在水平面上的物體,由于克服摩擦力做功,最后總要停下來。在這個(gè)過程中物體的動能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,使物體的溫度升高。而把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,在這轉(zhuǎn)化中能量守恒。依據(jù)理論,內(nèi)能同樣可以轉(zhuǎn)化機(jī)械能(動能),所以我們很愿意將汽車的溫度降低來獲得汽車的動能(在夏天那可是一舉兩得的事)。而不引起其他的變化。我們沒有見過這類情況,并不是人們沒想到,而是有困難?;卮疬@個(gè)問題之前我們先介紹熱機(jī)。 熱機(jī),是將熱(內(nèi))能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置。如內(nèi)燃機(jī)、蒸汽機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)(熱電廠)、燃?xì)鉁u輪(噴氣飛機(jī))。 以內(nèi)燃機(jī)為例:氣體燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量Q1,推動活塞做功W,然后放出熱氣,同時(shí)把熱量Q2散發(fā)到大氣中。根據(jù)能量守恒Q1=W+Q2,如果我們把熱機(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η表示效率,則有 問:我們也都知道W>Q1,也就是η不可能達(dá)到100%,那是為什么? 分析:熱機(jī)構(gòu)造必須有熱源和冷凝器,工作時(shí),總要向冷凝器散熱,因此要損失熱量。 能不能制造出沒有冷凝器的熱機(jī),只有單一的熱源,它從這個(gè)單一熱源中吸收熱量,可以全不用來做功,第二類永動機(jī)就是指這類遵守能量守恒定律,從單一熱源不斷獲得能量的機(jī)器。 第二類永動機(jī)的失敗,說明機(jī)械能和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化有著方向性:機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,但內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能(肯定引起其他變化)。 所以我們在沒有冷凝器的條件下,無法通過降低海水溫度來獲取我們所需要的能量 四、熱力學(xué)第二定律 生活中很多物理過程的具有方向性。比如圖11-2中氣體的擴(kuò)散,物理學(xué)家通過分析自然現(xiàn)象,又總結(jié)了第二類永動機(jī)不可制成的經(jīng)驗(yàn),得出了熱力學(xué)第二定律。常見兩種表述: 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。 表述二:不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功,而不引起其他變化。 兩種表述的實(shí)質(zhì)是統(tǒng)一的:自然界中進(jìn)行的涉及的熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程具有方向性,都是不可逆的。 五、能量耗散 問:既然有能量守恒定律,為什么還要節(jié)約能源呢? 分析:其實(shí)通過前面的學(xué)習(xí),我們都可以找到答案了,因?yàn)槟芰康霓D(zhuǎn)化具有方向性,某些自發(fā)進(jìn)行的能量轉(zhuǎn)化后不能再以原值的大小重新轉(zhuǎn)化回來,盡管總量是不變的但可利用的能在減少——能量的耗散(避免說成是損失)。 能量的耗散也從能量轉(zhuǎn)化的角度表明其原因是:從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀過程是具有方向性的。 六、絕對零度不可達(dá)到(8’) 0K=-273.15℃,T=t+273.15K 值不同但(溫差)度的大小相同 閱表:可通過與攝氏度的換算來體會 溫度高分子運(yùn)動快,溫度低分子運(yùn)動慢;到0K(-273.15℃)時(shí)分子不再運(yùn)動,依據(jù)辯證唯物主義觀點(diǎn),物質(zhì)總是運(yùn)動的,絕對零度只能接近不能到達(dá)——熱力學(xué)第三定律- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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