第4節(jié) 熱力學(xué)第二定律
一、教材分析
本節(jié)介紹熱力學(xué)第二定律，該定律與熱力學(xué)第一定律是構(gòu)成熱力學(xué)知識(shí)的理論基礎(chǔ)，熱力學(xué)第一定律對(duì)自然過(guò)程沒有任何限制，只指 出在任何熱力學(xué)過(guò)程中能量不會(huì)有任何增加或損失，熱力學(xué)第二定律解決哪些過(guò)程可以發(fā)生，時(shí)要注意講清二者的關(guān)系。
二、目標(biāo)
知識(shí)和技能
　　1、能判斷涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程是具有方向性的；
　　2、知道并理解熱力學(xué)第二定律的兩種經(jīng)典表述；
　　3、形成關(guān)于宏觀熱現(xiàn)象都具有不可逆性的概念；
　　4、認(rèn)識(shí)到熱力學(xué)第一定律與熱力學(xué)第二定律具有同樣重要的意義。
過(guò)程和方法
　分析各種熱學(xué)現(xiàn)象的過(guò)程，歸納出現(xiàn)象背后的普遍規(guī)律──熱力學(xué)第二定律。
情感、態(tài)度和價(jià)值觀
　　1、體會(huì)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的曲折性和必然性；
　　2、體會(huì)熱力學(xué)第二定律對(duì)于人類實(shí)踐的指導(dǎo)意義。
三、教學(xué)重難點(diǎn)
　 重點(diǎn)：熱力學(xué)第二定律內(nèi)容的理解。
難點(diǎn)：熱力學(xué)第二定律的兩種表述的理解。
四、學(xué)情分析
學(xué)生已經(jīng)掌握了熱力學(xué)第一定律，能夠說(shuō)出一些熱現(xiàn)象的方向性，如熱傳遞從高溫到低溫，本節(jié)要求學(xué)生更加深入的理解熱現(xiàn)象的方向性，從現(xiàn)象到本質(zhì)，具有一定難度。
五、教學(xué)方法
思考、討論、總結(jié)發(fā)言，多媒體。
六、課前準(zhǔn)備
預(yù)習(xí)學(xué)案 閱讀課本
七、課時(shí)安排 1課時(shí)
八、教學(xué)過(guò)程
（一）預(yù)習(xí)檢查、總結(jié)疑惑
（二）情景引入、展示目標(biāo)
　 師：我們先從分析一組物理現(xiàn)象開始。請(qǐng)看下面的一些視頻：①空氣和二氧化氮?dú)怏w的擴(kuò)散；②燒紅的鐵棒浸入水中冷卻；③向密閉的廣口瓶中充氣，將瓶塞充開；④在草坪上滾動(dòng)的足球最終停下來(lái)；⑤一玻璃杯從桌子邊緣摔在地面上破碎。（展示視頻）
　　師：這些是我們眼中能看到的現(xiàn)象，大家能否描述一下上述現(xiàn)象的逆過(guò)程？并判斷這些逆過(guò)程可能實(shí)現(xiàn)嗎？注意語(yǔ)言表述的準(zhǔn)確性，大家相互討論一下。
（三）合作探究、精講點(diǎn)撥
1.可逆與不可逆過(guò)程
（1）.熱傳導(dǎo)的方向性
生1：現(xiàn)象①的逆過(guò)程是均勻混合的空氣與二氧化氮?dú)怏w過(guò)一段時(shí)間變的涇渭分明：上面是空氣，下面是二氧化氮。該過(guò)程不可能。
　　生2：現(xiàn)象②的逆過(guò)程是浸在水中的鐵棒過(guò)一段時(shí)間后吸收水的熱量變紅了，而水溫降低了。該過(guò)程不可能。
　生3：現(xiàn)象③的逆過(guò)程是從瓶中沖出去的氣體又自動(dòng)回到瓶中，瓶中氣體的壓強(qiáng)達(dá)到了將瓶塞沖開時(shí)的壓強(qiáng)。該過(guò)程不可能。
　　生4：現(xiàn)象④的逆過(guò)程是靜止在草坪上的足球自動(dòng)地吸收草地的熱量轉(zhuǎn)化為足球的動(dòng)能，足球滾了起來(lái)。該過(guò)程不可能。
　　生5：現(xiàn)象錯(cuò)誤！鏈接無(wú)效。的逆過(guò)程是碎在地面上的玻璃杯自動(dòng)地變成完整的杯子，并跳回桌面。該過(guò)程不可能。
　　師：所有的這些現(xiàn)象有何共同特征？
　　生：都是不可逆的。
　　師：既然在不同的現(xiàn)象背后存在著一個(gè)共同特征，那么就應(yīng)該存在著一個(gè)普遍的客觀規(guī)律。事實(shí)上，許多科學(xué)家已經(jīng)從不同的角度分別進(jìn)行了歸納總結(jié)，提出了熱力學(xué)第二定律。
(2).說(shuō)明：
①“自發(fā)地”過(guò)程就是在不受外來(lái)干擾的條件下進(jìn)行的自然過(guò)程。
②熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳向低溫物體，熱量卻不能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體。
③要將熱量從低溫物體傳向高溫物體，必須有“外界的影響或幫助”，就是要由外界對(duì)其做功才能完成。電冰箱、空調(diào)就是例子。
2.熱力學(xué)第二定律的兩種表述
①.克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體。
②.開爾文表述：不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。
3.熱機(jī)
熱機(jī)是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置。其原理是熱機(jī)從熱源吸收熱量Q1，推動(dòng)活塞做功W，然后向冷凝器釋放熱量Q2。
由能量守恒定律可得：
Q1=W+Q2
我們把熱機(jī)做的功和它從熱源吸收的熱量的比值叫做熱機(jī)效率，用η表示，即η=
4.第二類永動(dòng)機(jī)
①.設(shè)想：只從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)橛杏玫墓Χ�不引起其他變化的熱機(jī)。
②.第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成，表示盡管機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能而不引起其他變化；機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過(guò)程具有方向性。

典型例題
例1 下列所述過(guò)程是可逆的，還是不可逆的？
A.氣缸與活塞的組合內(nèi)裝有氣體，當(dāng)活塞上沒有外加壓力，活塞與氣缸間沒有摩擦，氣體緩慢地膨脹時(shí)；
B.上述裝置，當(dāng)活塞上沒有外加壓力，活塞與氣缸上摩擦很大，使氣體緩慢地膨脹時(shí)；
C.上述裝置，沒有摩擦，但調(diào)整外加壓力，使氣體能緩慢地膨脹時(shí)；
D.在一絕熱容器內(nèi)盛有液體，不停地?cái)噭?dòng)它，使它溫度升高；
E.在一傳熱容器內(nèi)盛有液體，容器放在一恒溫的大水池內(nèi)，液體不停地?cái)噭?dòng)，可保持溫度不變；
F.在一絕熱容器內(nèi)，不同溫度的液體進(jìn)行混合；
G.在一絕熱容器內(nèi)，不同溫度的氦氣進(jìn)行混合；
解析：A.發(fā)生自由膨脹，則是不可逆的；
B.有摩擦發(fā)生，也是不可逆的；
C.是準(zhǔn)靜態(tài)無(wú)摩擦的膨脹，則為可逆過(guò)程。
D.這是做功變?yōu)闊岬倪^(guò)程，一定不可逆。
E.此過(guò)程中既有“功變熱”又有“熱傳導(dǎo)”，也是不可逆過(guò)程。
F.液體的擴(kuò)散是不可逆過(guò)程。
G.有一定溫度差的熱傳導(dǎo)是不可逆過(guò)程。
友情提示：注意分析可逆與不可逆滿足的條件。
例2 一種冷暖兩用型空調(diào)，銘牌標(biāo)注：輸入功率1kW，制冷能力1.2×104kJ/h，制熱能力1.3×104kJ/h。這樣，該空調(diào)在制熱時(shí)，每消耗1J電能，將放出3J多熱量。是指標(biāo)錯(cuò)誤還是能量不守恒？
解析：都不是�？照{(diào)制冷、制熱靠壓縮機(jī)做功，從室內(nèi)（室外）吸收熱量放到室外(室內(nèi))。在制熱時(shí)，放出的熱量等于消耗的電能與從室外吸收的熱量之和，完全可以大于電能消耗。這既不違背熱力學(xué)第一定律，也不違背熱力學(xué)第二定律。
友情提示：本題注重考查對(duì)熱力學(xué)第一定律，熱力學(xué)第二定律的理解。
（四）反思總結(jié)、當(dāng)堂檢測(cè)
（五）發(fā)導(dǎo)學(xué)案、布置作業(yè)
九、板書設(shè)計(jì)：
熱力學(xué)第二定律的兩種表述
①.克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體。
②.開爾文表述：不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。
十、教學(xué)反思
　與熱力學(xué)第一定律不同的是，熱力學(xué)第二定律與日常的生活、學(xué)習(xí)較遠(yuǎn)，并且熱力學(xué)第二定律的兩種表述實(shí)質(zhì)上是通過(guò)大量實(shí)例歸納出來(lái)的，因此教學(xué)過(guò)程中利用好學(xué)生熟悉的熱學(xué)現(xiàn)象和曾經(jīng)接觸過(guò)的物理模型就非常重要。而課堂中學(xué)生積極主動(dòng)地發(fā)表個(gè)人的看法，不管是對(duì)的，還是錯(cuò)的，都對(duì)本課達(dá)成教學(xué)目標(biāo)起到的推進(jìn)作用。教學(xué)中利用流程圖形象地將能量轉(zhuǎn)化與守恒的特征與轉(zhuǎn)化的方向性特征并重地表示出來(lái)，并從多角度描述熱力學(xué)第二定律，有效地幫助學(xué)生建構(gòu)了比較完整的宏觀熱學(xué)規(guī)律體系。




第4節(jié) 熱力學(xué)第二定律學(xué)案
一、預(yù)習(xí)目標(biāo)
1、了解熱力學(xué)第二定律的發(fā)展簡(jiǎn)史
2、了解什么是第二類永動(dòng)機(jī)，為什么第二類永動(dòng)機(jī)不可以制成
3、了解熱傳導(dǎo)的方向性
4、了解熱力學(xué)第二定律的兩種表述方法。
二、預(yù)習(xí)內(nèi)容：
1、復(fù)習(xí)提問(wèn)
①熱力學(xué)第一定律的內(nèi)容是什么？

②第一類永動(dòng)機(jī)為什么沒有制成？

③能量守恒定律是怎樣表述的？

2、可逆與不可逆過(guò)程
（1）.熱傳導(dǎo)的方向性
熱傳導(dǎo)的過(guò)程可以自發(fā)地由 物體向 物體進(jìn)行，但相反方向卻不能自發(fā)地進(jìn)行，即熱傳導(dǎo)具有方向性，是一個(gè)不可逆過(guò)程。
(2).說(shuō)明：
①“自發(fā)地”過(guò)程就是在不受外來(lái)干擾的條件下進(jìn)行的自然過(guò)程。
②熱量可以 從高溫物體傳向低溫物體，熱量卻不能自發(fā)地從 物體傳向 物體。
③要將熱量從低溫物體傳向高溫物體，必須有“外界的影響或幫助”，就是要由外界對(duì)其做功才能完成。電冰箱、空調(diào)就是例子。
3.熱力學(xué)第二定律的兩種表述
①.克勞修斯表述： ；
②.開爾文表述： 。
4.熱機(jī)
熱機(jī)是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置。其原理是熱機(jī)從熱源吸收熱量Q1，推動(dòng)活塞做功W，然后向冷凝器釋放熱量Q2。
由能量守恒定律可得：
Q1=W+Q2
我們把熱機(jī)做的功和它從熱源吸收的熱量的比值叫做熱機(jī)效率，用η表示，即η=
5.第二類永動(dòng)機(jī)
①.設(shè)想：
②.第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成，表示盡管機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能而不引起其他變化；機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過(guò)程具有 。
三、提出疑惑




課內(nèi)探究學(xué)案
一、學(xué)習(xí)目標(biāo)
　1、能判斷涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程是具有方向性的；
　2、知道并理解熱力學(xué)第二定律的兩種經(jīng)典表述；
二、學(xué)習(xí)過(guò)程
1.可逆與不可逆過(guò)程
2.熱力學(xué)第二定律的兩種表述
3.熱機(jī)
例 下列所述過(guò)程是可逆的，還是不可逆的？
A.氣缸與活塞的組合內(nèi)裝有氣體，當(dāng)活塞上沒有外加壓力，活塞與氣缸間沒有摩擦，氣體緩慢地膨脹時(shí)；
B.上述裝置，當(dāng)活塞上沒有外加壓力，活塞與氣缸上摩擦很大，使氣體緩慢地膨脹時(shí)；
C.上述裝置，沒有摩擦，但調(diào)整外加壓力，使氣體能緩慢地膨脹時(shí)；
D.在一絕熱容器內(nèi)盛有液體，不停地?cái)噭?dòng)它，使它溫度升高；
E.在一傳熱容器內(nèi)盛有液體，容器放在一恒溫的大水池內(nèi)，液體不停地?cái)噭?dòng)，可保持溫度不變；
F.在一絕熱容器內(nèi)，不同溫度的液體進(jìn)行混合；
G.在一絕熱容器內(nèi)，不同溫度的氦氣進(jìn)行混合；
解析：A.發(fā)生自由膨脹，則是不可逆的；
B.有摩擦發(fā)生，也是不可逆的；
C.是準(zhǔn)靜態(tài)無(wú)摩擦的膨脹，則為可逆過(guò)程。
D.這是做功變?yōu)闊岬倪^(guò)程，一定不可逆。
E.此過(guò)程中既有“功變熱”又有“熱傳導(dǎo)”，也是不可逆過(guò)程。
F.液體的擴(kuò)散是不可逆過(guò)程。
G.有一定溫度差的熱傳導(dǎo)是不可逆過(guò)程。
友情提示：注意分析可逆與不可逆滿足的條件。
三、反思總結(jié)


四、當(dāng)堂檢測(cè)
1.下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)化的說(shuō)法中，正確的是 （ ）
A.機(jī)械能可以轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能不能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能
B.機(jī)械能可以轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能也能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能
C.機(jī)械能不可以轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能可以轉(zhuǎn)化為機(jī)械能
D.機(jī)械能可以轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，同時(shí)不引起其他變化
2.關(guān)于第二類永動(dòng)機(jī)，下列說(shuō)法正確的是 （ ）
A.它既不違反熱力學(xué)第一定律，也不違反熱力學(xué)第二定律
B.它既違反了熱力學(xué)第一定律，也違反了熱力學(xué)第二定律
C.它不違反熱力學(xué)第一定律，只違反熱力學(xué)第二定律
D.它只違反熱力學(xué)第一定律，不違反熱力學(xué)第二定律
3.下列關(guān)于熱機(jī)的說(shuō)法中，正確的是（ ）
A.熱機(jī)是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的裝置
B熱機(jī)是把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的裝置.
C.只要對(duì)內(nèi)燃機(jī)不斷進(jìn)行革新，它可以把氣體的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能
D.即使沒有漏氣，也沒有摩擦等能量損失，內(nèi)燃機(jī)也不能把內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能
4.下列說(shuō)法中正確的是（ ）
A.一切涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性
B.一切不違背能量守恒與轉(zhuǎn)化定律的物理過(guò)程都是可以實(shí)現(xiàn)的
C.由熱力學(xué)第二定律可以判斷物理過(guò)程能否自發(fā)進(jìn)行
D.一切物理過(guò)程都不可能自發(fā)地進(jìn)行
5.第二類永動(dòng)機(jī)不可能制造出來(lái)的原因是因其工作原理違背（ ）
A.熱力學(xué)第一定律
B.能的轉(zhuǎn)化與守恒定律
C.熱力學(xué)第二定律
D.上述三個(gè)定律
6.熱量會(huì)自發(fā)地從 物體傳到 物體，而不能自發(fā)地從 物體傳到 物體，這就是熱傳導(dǎo)的 性。
7.設(shè)想有這樣一種熱機(jī)，它沒有冷凝器，只有第一熱源，它從第一熱源吸收的熱量全部用來(lái)做功，而不引起其它變化，設(shè)想中的這種熱機(jī)叫 ，它 制成（填“能”或“不能”）
多維鏈接
1.自然界中，所有的宏觀自發(fā)過(guò)程都具有單向性
在整個(gè)自然界中，無(wú)論有生命的或無(wú)生命的，所有的宏觀自發(fā)過(guò)程都具有單向性，都有一定的方向性，都是一種不可逆過(guò)程。如河水向下流，重物向下落，山岳被侵蝕，房屋衰朽倒塌，人的一生從嬰兒到老年到死亡等等。



2.電冰箱與空調(diào)是讓“熱”由低溫環(huán)境傳遞到高溫環(huán)境。這是不是自發(fā)進(jìn)行的？說(shuō)明理由。




課后練習(xí)與提高
1.下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)化的說(shuō)法中，正確的是 （ ）
A.機(jī)械能可以轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能不能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能
B.機(jī)械能可以轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能也能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能
C.機(jī)械能不可以轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能可以轉(zhuǎn)化為機(jī)械能
D.機(jī)械能可以轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，同時(shí)不引起其他變化
2.關(guān)于第二類永動(dòng)機(jī)，下列說(shuō)法正確的是 （ ）
A.它既不違反熱力學(xué)第一定律，也不違反熱力學(xué)第二定律
B.它既違反了熱力學(xué)第一定律，也違反了熱力學(xué)第二定律
C.它不違反熱力學(xué)第一定律，只違反熱力學(xué)第二定律
D.它只違反熱力學(xué)第一定律，不違反熱力學(xué)第二定律
3.下列關(guān)于熱機(jī)的說(shuō)法中，正確的是（ ）
A.熱機(jī)是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的裝置
B熱機(jī)是把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的裝置.
C.只要對(duì)內(nèi)燃機(jī)不斷進(jìn)行革新，它可以把氣體的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能
D.即使沒有漏氣，也沒有摩擦等能量損失，內(nèi)燃機(jī)也不能把內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能
4.下列說(shuō)法中正確的是（ ）
A.一切涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性
B.一切不違背能量守恒與轉(zhuǎn)化定律的物理過(guò)程都是可以實(shí)現(xiàn)的
C.由熱力學(xué)第二定律可以判斷物理過(guò)程能否自發(fā)進(jìn)行
D.一切物理過(guò)程都不可能自發(fā)地進(jìn)行
5.第二類永動(dòng)機(jī)不可能制造出來(lái)的原因是因其工作原理違背（ ）
A.熱力學(xué)第一定律
B.能的轉(zhuǎn)化與守恒定律
C.熱力學(xué)第二定律
D.上述三個(gè)定律
6.熱量會(huì)自發(fā)地從 物體傳到 物體，而不能自發(fā)地從 物體傳到 物體，這就是熱傳導(dǎo)的 性。
7.設(shè)想有這樣一種熱機(jī)，它沒有冷凝器，只有第一熱源，它從第一熱源吸收的熱量全部用來(lái)做功，而不引起其它變化，設(shè)想中的這種熱機(jī)叫 ，它 制成（填“能”或“不能”）
當(dāng)堂檢測(cè)答案：
1、BD 2、C 3、AD 4、AC 5、C 6、高溫 低溫 低溫 高溫 方向性
7、第二類永動(dòng)機(jī) 不能

課后練習(xí)與提高答案
1.解析：由能的轉(zhuǎn)化和守恒定律及能量守恒定律知各種形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化，但是內(nèi)能在轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過(guò)程中，由于內(nèi)能的各種耗散，內(nèi)能不會(huì)完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。故B、D正確。
答案：B D
2.解析：第二類永動(dòng)機(jī)仍然遵循能量守恒定律，所以不違反熱力學(xué)第一定律，但能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有一定的方向性，它違反了熱力學(xué)第二定律。故選C。
答案：C
3.解析：由熱機(jī)的定義我們易判斷A正確；內(nèi)燃機(jī)在工作時(shí)內(nèi)能的損失有多種途徑，所以內(nèi)燃機(jī)不可能把氣體的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，D正確。故選A D
答案：A D
4.解析：由熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律易判斷A C是正確的。
答案：A C
5.解析：由第二類永動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)易判斷C是正確的。
答案：C
6.解析：由熱傳導(dǎo)的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行分析即可。
答案：高溫、低溫、低溫、高溫、方向
7.解析：本題考察的是對(duì)第二類永動(dòng)機(jī)的理解。
答案：第二類永動(dòng)機(jī) 不能

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