粤教版选修3-3物理《第三章 热力学基础 第04节 热力学第二定律》优秀教学设计

粤教版选修3-3物理《第三章 热力学基础 第04节 热力学第二定律》优秀教学设计

2.第二类永动机及其不能制成的原因．

难点：热力学第二定律微观实质的理解 教学方法 讲授，讨论探究，实验 教学过程 教师活动 学生活动 备注 引入：热力学第一定律告诉了我们：能量传递和转化数量关系，确立了能量守恒定律，证实了“第一类永动机”不可能制成。但是自然界中却又存在一些与热有关的现象，它没有违反能量守恒定律但又不能自发进行的情况。 提出问题，引起学生疑问，激发学习兴趣 新课学习

一、自然过程的方向性

【事例1】：通过初中的学习，我们已知道热量会自发从高温物体传到低温物体，直到两者温度相等。

【问题1】：生活中，热量有没有从低温物体传到高温物体的？有的话这种传导是自发进行的还是需要借助外界作用的？请举例说明。

【引导思考】：夏天开着空调的室内温度与室外哪个温度低，要使室内温度维持不变或更低，热量是怎样传递。

借助空调、冰箱等制冷设备可以使热量从低温物体向高温物体传导，但是这个过程不是自发的，必须借助制冷设备，当设备停止工作，热量又会从高温物体传导到低温物体，低温物体温度升高直到两者温度相等。

【结论1】：热传导过程是具有方向性的。

学生思考

回答问题

【事例2】： 一个在水平地面上运动的物体，由于克服摩擦力做功，最后要停下来。在这个过程中，物体的动能全部转化成为内能，使物体和地面的温度升高。

【问题2】：我们能不能看到这样的现象：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来?

这种情况我们从没见闻，也可以预见是不可能的事情。

【结论2】：机械能与内能的转化具有方向性。

学生思考，

回答问题 【事例3】：两种不同的气体可以自发的进入对方，最后成为一种均匀的混合气体

实验：空气与二氧化氮气体的扩散混合

【问题3】：这均匀的混合气体，在不借助其它手段的情况下能否自发的分成(恢复)两种气体？

这种情况我们从没见闻，也可以预见是不可能的事情。同样固体或液体的扩散现象，在不借助其它手段的情况下不可能自发的恢复原状。

【结论3】:扩散现象是具有方向性（或者说是不可逆的）

指导学生实验操作、观察同时思考

实验验证需要一段较长时间，混合后可放一边等待，此时播放之前预录的视频 热力学第二定律

无数事实告诉我们：凡是实际的过程，只要涉及热现象，如热传递、气体的膨胀、扩散、有摩擦的机械运动等某个过程可以自发进行，而逆过程则需要借助外界作用才能实现。

共同特征：一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的(或者说具有方向性的）。

在物理学中，反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律。对于不同的情景，热力学第二定律有多种表述形式。