第一篇：高中物理《熱力學第二定律》教案4 新人教版選修3-3

課題：§9.7 熱力學第二定律

教學目的：

1、了解某些熱學過程的方向性

2、了解什么是第二類永動機，為什么第二類永動機不可能制成

3、了解熱力學第二定律的兩種表述，理解熱力學第二定律的物理實質

4、知道什么是能量耗散

教學重點：熱力學第二定律的實質，定律的兩種不同表述 教學難點：熱力學第二定律的物理實質 教學過程：

熱力學第一定律和能量守恒定律具有相同的實質，表征的是能量轉移或轉化過程中總量不變。既然能量只是在不停地轉移或轉化，而不會消失，我們為什么還在面臨能源危機，還在不停地呼吁節約能源呢？我們今天來探討一下這個問題——

一、某些熱學過程的方向性

根據初中學過的物理常識，我們知道熱傳導會在兩個有溫差的物體間產生，會自發的從高溫物體傳至低溫物體，那么，熱傳導會不會從低溫物體傳至高溫物體呢？不會。我們把這種現象稱之為—— ⒈熱傳導的方向性

在看另一個事實：擴散既然是分子無規則運動引起，那么，原來A容器中的氣體分子擴散到B容器后，在自發的分離回到初始狀態在現實中還從來沒有發生過，這是不可能的，這說明—— ⒉擴散現象有方向性

事實三：有初速度的物體，在水平面上運動，總要停下來，因為摩擦生熱，機械能轉化成了內能；但是，由于內能的增量一部分轉移到物體和地面，另一部分轉移到了空中（通常稱之為耗散），我們要把這部分內能收集起來，然后通過某種機器或裝置讓它轉化成物體重新運動的機械能，這可能嗎？答案必然是否定的。甚至人們還嘗試過，即便能夠把這部分內能完全收集（不散失），要使它完全轉化成機械能，也是絕對不可能的。所以，我們說，涉及到熱現象的—— ⒊能量轉化有方向性

怎樣表征這種熱學過程的方向性呢？——

二、熱力學第二定律

在介紹熱力學第二定律之前，先介紹相關概念——

熱機：將內能轉化成機械能的裝置。它們的主要工作原理都是利用高溫高壓的氣體或蒸汽膨脹做功。如蒸汽機、汽輪機、燃氣輪機、內燃機和噴氣發動機等。內能的來源有燃料燃燒所放出的內能、地熱以及原子能（轉化）、太陽能（轉化）等。熱機的組成必須具備三個組成部分。其一是發熱器，它是使燃料所釋放出的能量轉變為工作物質（簡稱工質）內能的裝置；其二是工作部分，它是使工質消耗內能來做機械功的裝置；其三是冷凝器，這部分是容納工作部分排出的廢工質的裝置。熱機工作時，工質從發熱器得到的熱量，只有一部分轉變為機械功，其余部分都傳給了冷凝器。

由于內能往機械能的轉化不會自發的進行，所以熱機事實上人為造就的、一種逆自然過程的能量轉化裝置。

科學家們對熱機的工作進行了定量的研究，令工質從發熱器得到的熱量為Q1，最后被冷凝器帶走的熱量為Q2（最終耗散到大氣、循環水中），轉變成機械功的只是W = Q1—Q2。可不可以不設置冷凝器（不帶走Q2），令Q1 = W呢（物理語言叫熱機的效率η=

W= 100%）？科學家們經過了種種努力，發現這是Q1不可能的。

也就是說：不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來作功，而不引起其它變化。這就是熱力學第二定律。

對熱機的定量研究事實映射出這樣的信息：要將自發的熱學過程人為地逆轉，雖然是可能的，但必須付出代價（也就是所謂的“其它變化”——手段的代價、能量的代價）。

用心 愛心 專心 所以，我們也可以把熱學過程的方向性就看成是是熱力學第二定律的的一種體現。于是，熱力學第二定律的一種更樸實的表述是：

不可能使熱量從低溫物體傳至高溫物體，而引起其它變化。我們通常把這種表述方式稱為克勞修斯表述。與之對應的，先前的一種表述被稱為開爾文表述。毫無疑問，這是為了紀念這兩位科學家在該領域研究的突出貢獻與成就。

關于克勞修斯表述，我們可以通過這樣一個事實理解：通過人為的努力，電冰箱和空調實現了熱量從低溫物體往高溫物體的傳遞，但是，我們付出了手段方面的代價：購置冰箱的經濟代價、能量方面的代價（持續地繳納電費），甚至付出了環境方面的代價——定量研究表明，冰箱釋放給環境的熱量必然要多于從冷藏室吸收熱量——和空調一樣，它能使環境升溫，是一種“損人利己”的發明（這就是所謂的“其它變化”）。

關于開爾文表述，一個反面的素材是：要制成效率為100%的熱機是不可能的。人們也把效率為100%的熱機稱為第二類永動機。

前面我們已經知道，第一類永動機違背的是熱力學第一定律。那么，與之對應的，第二類永動機則是違背了熱力學第二定律。

在熱學過程中，有一些能量被環境吸收，無法繼續回收，我們稱為能量的耗散。閱讀課本，了解能量耗散現象。

作業布置：閱讀教材

用心 愛心 專心 2

第二篇：高中物理《熱力學第二定律》教案2 新人教版選修3-3

六 熱力學第二定律

【教學目標】

1、了解熱傳導過程的方向。

2、了解什么是第二類永動機，為什么第二類永動機不可能制成。

3、了解熱力學第二定律的兩種不同的表述以及這兩種表述的物理實質。

4、指導學生分析事例，培養學生分析問題和理論聯系實際的能力 【重點、難點分析】

1、熱力學第二定律表述的物理實質

2、自然界中進行的涉及熱現象的宏觀過程都具有方向性 【課時安排】 一課時 【課前準備】

一盆涼水，準備一個酒精燈和一個鐵塊，鐵鉗 【教學設計】

引入新課

我們在初中學過，當物體溫度升高時，就要吸收熱量；當物體溫度降低時，就要放出熱量。而且熱量公式Q = cm△t，這里有一個有趣的問題：地球上有大量的海水,它的總質量約為1.4×10t , 如果這些海水的溫度降低0.1C,將要放出多少焦耳的熱量?海水的比熱容為C=4.2×10J/(kg·℃)。下面請大家計算一下。

學生計算：Q = 4.2×10×1.4×10×10×0.1 = 5.8×10J 這相當于1800萬個功率為100萬千瓦的核電站一年的發電量。為什么人們不去研究這“新能源”呢？原來，這樣做是不可能的，這涉及物理學的一個基本定律，這就是本節要討論的熱力學第二定律。

【板書】 第六節 熱力學第二定律

【板書】

一、熱傳導的方向性

教師實驗，點燃酒精燈，用鉗夾住事先準備好的鐵塊，在火焰上灼燒一段時間后，問學生現在用手摸會出現什么現象？下面把灼熱的鐵塊放入冷水中，過一段時間，拿出鐵塊現在你們敢用手摸嗎？通過這個實驗說明什么問題？

學生思考，教師給予啟發

學生答：熱量從溫度高的物體自發地傳給溫度低的物體 再讓學生列舉一些這樣的例子

例如：雪花落在手上就融化，挨著火爐就溫暖等等

318

323318

o

用心 愛心 專心 1 教師反問學生：大家是否想過熱量為什么不會自發地從低溫物體傳給高溫物體，使低溫物體的溫度越來越低，高溫物體的溫度越來越高。這里所說的“自發地”，指的是沒有任何外界的影響或幫助。學生思考討論一會后，有的同學可能產生疑問：電冰箱內部的溫度比外部低，為什么致冷系統還能夠不斷地把冰箱內的熱量傳給外界的空氣？

展示電冰箱模型給學生請同學做簡要的回答，教師進行點撥。

這是因為電冰箱消耗了電能，對致冷系統做了功。一旦切斷電源，電冰箱就不能把其內部的熱量傳給外界的空氣了。相反，外界的熱量會自發地傳給電冰箱，使其溫度逐漸升高。

學生總結：

熱傳導的方向性：兩個溫度不同的物體相互接觸時，熱量會自發地從高溫物體傳給低溫物體。要實現相反過程，必須借助外界的幫助，因而產生其他影響或引起其他變化。

再舉實例，說明有些物理過程具有方向性

1、氣體的擴散現象

2、書上連通器的小實驗（氣體向外膨脹）

【板書】

二、機械能和內能轉化的方向性

機械能全部轉化成內能，內能卻不能全部轉化為機械能，同時不引起其他變化 【板書】

三、熱機：1熱機是一種把熱（內）能轉化成機械能的裝置？

學生回憶初中所學過的內燃機的工作過程思考：

1、熱機是一種把什么能轉化成什么能的裝置？

2、熱機的效率能否達到100%？

然后由各小組代表回答，教師進行思路點撥

1、熱機是一種把內能轉化成機械能的裝置

2、熱機的效率不能達到100% 原因分析：

以內燃機為例，氣缸中的氣體得到燃燒時產生的熱量為Q1，推動活塞做工W，然后排出廢氣，同時把熱量Q2散發到大氣中，由能量守恒定律可知：Q1 = W + Q2

我們把熱機做的功W和它從熱源吸收的熱量Q1的比值叫做熱機的效率，用 表示 η=W / Q1

實際上熱機不能把得到的全部內能轉化為機械能，熱機必須有熱源和冷凝器，熱機工作時，總要向冷凝器散熱，不可避免的要由工作物質帶走一部分熱量Q2，所以有： Q1>W 因此，熱機的效率不可能達到100%，汽車上的汽油機械效率只有20%～30%，蒸汽輪機的用心 愛心 專心 2 效率比較高，也只能達到60%，即使是理想熱機，沒有摩擦，也沒有漏氣等能量損失，它也不可能把吸收的熱量百分之百的轉化成機械能，總要有一部分散發到冷凝器中。

【思考題】：

1、根據以上的熱機工作圖，我們應該采取怎樣的措施來提高燃料的利用效率。

2、通過對以上知識的學習你有什么體會？（按客觀規律辦事，科學實踐要有正確的理論指導）

【板書】

四、第二類永動機

什么是第二類永動機呢？

能從單一熱源吸收熱量，然后全部用來做功，而不引起其他變化的機器，稱為第二類永動機。

第二類永動機并不違反能量守恒定律，人們為了制造出第二類永動機作出了各種努力，但同制造第一類永動機一樣，都失敗了。

為什么第二類永動機不可能制成呢？ 因為機械能和內能的轉化過程具有方向性。【板書】

五、熱力學第二定律 【板書】熱力學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。(克勞修斯表述)（按照熱傳遞的方向性來表述的）

表述二：不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化。也可表述為第二類永動機是不可能制成的。（開爾文表述）

（機械能與內能轉化具有方向性）

這兩種表述是等價的，可以從一種表述導出另一種表述，所以他們都稱為熱力學第二定律。

熱力學第二定律揭示了有大量分子參與的宏觀過程的方向性。（自然界中進行的涉及熱現象的宏觀過程都具有方向性）

五、結：（學生進行總結）【隨堂練習】

1、熱力學第二定律使人們認識到，自然界中進行的涉及 現象的宏觀過程都具有 性，例如機械能可以 轉化為內能，但內能 全部轉化成機械能，而不引起

用心 愛心 專心 3 其他變化。

2、熱傳導的規律為：（）

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、熱量總是從內能較多的物體傳遞給內能較少的物體 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 思考題：

一種冷暖兩用型空調銘牌標注有如下指標：輸入功率1KW，制冷能力1.2×10KJ/h，制熱能力1.3×10 KJ/h。這樣，該空調在制熱時，每消耗1J電能，將放出3J多熱量，是指標注錯誤還是能量不守恒呢？ 4

用心 愛心 專心 4

第三篇：高中物理 7.4《溫度和溫標》教案 新人教選修3-3

7.4 溫度和溫標

新課標要求

（一）知識與技能

1．了解系統的狀態參量以及平衡態的概念。2．掌握熱平衡的概念及熱平衡定律

3．掌握溫度與溫標的定義以及熱力學溫度的表示。

（二）過程與方法

通過學習溫度與溫標，體會熱力學溫度與攝氏溫度的關系。

（三）情感、態度與價值觀

體會生活中的熱平衡現象，感應熱力學溫度的應用。

教學重點

熱平衡的定義及熱平衡定律的內容。

教學難點

有關熱力學溫度的計算。

教學方法

講練法、舉例法、閱讀法

教學用具：

投影儀、投影片

教學過程

（－）引入新課

教師：在初中我們已學過了測量溫度時常用的一種單位，叫“攝氏度”。大家都知道：它是以冰水混合物的溫度為0度，以一個大氣壓下沸水的溫度為100度，在這兩溫度之間等分100個等份，每一等份為1個溫度單位，叫“攝氏度”。這種以冰水混合物的溫度為零度的測溫方法叫攝氏溫標，以攝氏溫標表示的溫度叫攝氏溫度。今天我們將要進一步學習有關溫度和溫標的知識。

（二）進行新課

1．平衡態與狀態參量

教師：引導學生閱讀教材P11有關內容。回答問題：（1）什么是系統的狀態參量？并舉例說明。（2）舉例說明，什么平衡態？

學生：閱讀教材，思考討論，回答問題。

參考答案：

（1）在物理學中，通常把所研究的對象稱為系統。為了描述系統的狀態，需要用到一些物理量，例如，用體積描述它的幾何性質，用壓強描述力學性質，用溫度描述熱學性質……這些描述系統狀態的物理量，叫做系統的狀態參量。

（2）要定量地描述系統的狀態往往很難，因為有時系統各部分的參量并不相同，而且可能

用心

愛心

專心

正在變化。然而在沒有外界影響的情況下，只要經過足夠長的時間，系統內各部分的狀態參量會達到穩定。舉例說，把不同壓強、不同溫度的氣體混在同一個容器中，如果容器和外界沒有能量的交換，經過一段時間后，容器內各點的溫度、壓強就會變得一樣。這種情況下我們說系統達到了平衡態，否則就是非平衡態。2．熱平衡與溫度

教師：引導學生閱讀教材P12有關內容。回答問題：（1）什么是熱平衡？

（2）怎樣理解“熱平衡概念也適用于兩個原來沒有發生過作用的系統”？（3）怎樣判斷“兩個系統原來是處于熱平衡的”？（4）熱平衡定律的內容是什么？

（5）溫度是如何定義的？其物理意義是什么？ 學生：閱讀教材，思考討論，回答問題。

參考答案：

（1）對于兩個相互作用的系統，如果它們之間沒有隔熱材料，它們相互接觸，或者通過導熱性能很好的材料接觸，這兩個系統的狀態參量將會互相影響而分別改變。最后，兩個系統的狀態參量不再變化，說明兩個系統已經具有了某個“共同性質”，此時我們說兩個系統達到了熱平衡。

（2）兩個系統達到熱平衡后再把它們分開，如果分開后它們都不受外界影響，再把它們重新接觸，它們的狀態不會發生新的變化。因此，熱平衡概念也適用于兩個原來沒有發生過作用的系統。

（3）只要兩個系統在接觸時它們的狀態不發生變化，我們就說這兩個系統原來是處于熱平衡的。

（4）實驗表明：如果兩個系統分別與第三個系統達到熱平衡，那么這兩個系統彼此之間也必定處于熱平衡，這個結論稱為熱平衡定律。

（5）兩個系統處于熱平衡時，它們具有一個“共同性質”，我們就把表征這一“共同性質”的物理量定義為溫度。也就是說，溫度是決定一個系統與另一個系統是否達到熱平衡狀態的物理量，它的特征就是“一切達到熱平衡的系統都具有相同的溫度”。3．溫度計與溫標

教師：引導學生閱讀教材P13有關內容。回答問題：（1）什么是溫標？

（2）如何來確定一個溫標？并以“攝氏溫標”的確定為例加以說明。

（3）什么是熱力學溫標和熱力學溫度？熱力學溫度的單位是什么？熱力學溫度與攝氏溫度的換算關系怎樣？

學生：閱讀教材，思考討論，回答問題。

參考答案：

（1）如果要定量地描述溫度，就必須有一套方法，這套方法就是溫標。

（2）確定一個溫標時首先要選擇一種測溫的物質，根據這種物質的某個特性來制造溫度計。例如，可以根據水銀的熱膨脹來制造水銀溫度計，這時我們規定細管中水銀柱的高度與溫度的關系是線性關系；也可以根據鉑的電阻隨溫度的變化來制造金屬電阻溫度計，這時我們現定鉑的電阻與溫度的關系是線性關系。同樣的道理，還可以根據氣體壓強隨溫度的變化來制造氣體溫度計，根據不同導體因溫差產生電動勢的大小來制造熱電偶溫度計，等等。確定了測溫物質和這種物質用以測溫的某種性質之后，還要確定溫度的零點和分度的方法。例如，早期的攝氏溫標規定，標準大氣壓下冰的熔點為0℃，水的沸點為100℃；并據此把玻璃管上0℃刻度與100℃刻度之間均勻分成100等份，每份算做1℃。

用心

愛心

專心

（3）以-273.15℃（在高中階段可簡單粗略地記成-273℃）作為零度的溫標叫熱力學溫標，也叫絕對溫標。用熱力學溫標表示的溫度叫做熱力學溫度。它是國際單位制中七個基本物理量之一，用符號 T表示，單位是開爾文，簡稱開，符號為K。熱力學溫度與攝氏溫度的換算關系是： T= t+273.15K 說明：熱力學溫度的每一度大小與攝氏溫度每一度大小相同。熱力學溫度的零度即0K，叫絕對零度，它是宇宙中只能無限接近，但不可能達到的低溫的極限。

典例探究

例１ 細心觀察可以發現，常見液體溫度計的下部的玻璃泡較大，壁也比較薄，上部的管均勻而且很細，想一想，溫度計為什么要做成這樣呢？

解析：這樣做的目的都是為了使測量更準確、更方便。下部較大而上部很細，這樣下部儲存的液體就比較多，當液體膨脹收縮時，膨脹或收縮不大的體積，在細管中的液面就有較大的變化，可以使測量更精確；下部的壁很薄，可以使玻璃泡內的測溫物質的溫度較快地與待測物質的溫度一致；細管的粗細是均勻的，是為了使刻度均勻，更便于讀數。

（三）課堂總結、點評 本節課我們主要學習了： 1．平衡態與狀態參量。2．熱平衡與溫度的概念。3．溫度計與溫標。課余作業

1．閱讀P14“科學漫步”中的材料。2．完成P15“問題與練習”的題目。附：課后練習

1．關于熱力學溫度和攝氏溫度，以下說法正確的是（）A．熱力學溫度的單位“K”是國際單位制中的基本單位 B．溫度升高了1℃就是升高了1K C．1℃就是1 K D．0℃的溫度可用熱力學溫度粗略地表示為273K 2．（1）水的沸點是______℃=_________K；（2）絕對零度是______℃=_________K；

（3）某人體溫是36.5℃，也可以說體溫為______K；此人體溫升高1.5℃，也可以說體溫升高了______K。

（4）10℃=______K；

10K=______℃；

27℃=______K；

27K=______℃；

273℃=______K；

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

參考答案： 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

用心

愛心

專心

第四篇：新課標人教A高中物理選修3-3教案10.5 熱力學第二定律的微觀解釋

【高中理科資源網http://www.tmdps.cnzxyb.com 【高中理科資源網http://www.tmdps.cnzxyb.com 1【高中理科資源網http://www.tmdps.cnzxyb.com 14【高中理科資源網http://www.tmdps.cnzxyb.com 【高中理科資源網http://www.tmdps.cnzxyb.com 【高中理科資源網http://www.tmdps.cnzxyb.com

第五篇：高中數學《1.2.1排列》教案4 新人教A版選修2-3

高中新課程數學（新課標人教A版）選修2-3《1．2．1排列》

教案4

例5．（1）7位同學站成一排，共有多少種不同的排法？

解：問題可以看作：7個元素的全排列A77＝5040．

（2）7位同學站成兩排（前3后4），共有多少種不同的排法？

解：根據分步計數原理：7×6×5×4×3×2×1＝7！＝5040．

（3）7位同學站成一排，其中甲站在中間的位置，共有多少種不同的排法？

解：問題可以看作：余下的6個元素的全排列——A66=720．

（4）7位同學站成一排，甲、乙只能站在兩端的排法共有多少種？

解：根據分步計數原理：第一步 甲、乙站在兩端有A22種；

第二步 余下的5名同學進行全排列有A55種，所以，共有A22?A55=240（5）7位同學站成一排，甲、乙不能站在排頭和排尾的排法共有多少種？

解法1（直接法）：第一步從（除去甲、乙）其余的5位同學中選2位同學站在排頭和排尾有A5種方法；第二步從余下的5位同學中選5位進行排列（全排列）有A5種方法，所以

25一共有A5A5＝240025

解法2：（排除法）若甲站在排頭有A6種方法；若乙站在排尾有A6種方法；若甲站在排頭且乙站在排尾則有A5種方法，所以，甲不能站在排頭，乙不能排在排尾的排法共有A7－2A6＋A5=2400種．

說明：對于“在”與“不在”的問題，常常使用“直接法”或“排除法”，對某些特殊元素可例6.從10個不同的文藝節目中選6個編成一個節目單，如果某女演員的獨唱節目一定665765不能排在第二個節目的位置上，則共有多少種不同的排法？

15解法一：（從特殊位置考慮）A9A9?136080；

56解法二：（從特殊元素考慮）若選：5?A9；若不選：A9，56則共有5?A9?A9?136080種；

65解法三：（間接法）A10?A9?136080