3.4 热力学第二定律 教案（表格式）

《10.4热力学第二定律》教学设计
人民教育出版社《高中新课标物理教材》选修3-3
【设计思想】
1.从实际问题导入，从简单的实验开始，尽可能引导学生联系自己熟悉的，身边的生活现象的实例，在教学内容上使物理贴近学生生活、联系社会实际，体现《标准》倡导的“从生活走向物理，从物理走向社会”的理念。
2.积极创设情景，开展师生、生生间的对话交流，开展小组合作讨论学习，使教学过程能够确立学生在教学活动中的中心地位，让学生从自己的学习体验和感悟中获得知识，向学生学习活动要效益，体现以学生为中心的原则。
3.热力学第二定律不象以往的实验定律可以推导和验证，是在大量实验事实的基础上总结出来，内容的表述比较抽象和难以理解，教师要引导学生对关键词的作深刻地理解，要引导学生多运用实例来辅助理解。
4.夯实知识基础，灵活运用技能是三维教学目标中第一要素，本节课除了使用教材中“问题与练习”外，还设计了一些练习题，在教学过程中结合学生的学习状况灵活使用，帮助学生更好理解定律。
【教材分析】
《热力学第二定律》是人民教育出版社《高中新课标物理教材》选修3-3第十章《热力学定律》的第四节。本节介绍热力学第二定律，该定律与热力学第一定律是构成热力学知识的理论基础，热力学第一定律对自然过程没有任何限制，只指出在任何热力学过程中能量不会有任何增加或损失，热力学第二定律解决哪些过程可以发生，要注意讲清二者的关系。
对于热力学第二定律，教材先从学生比较熟悉的热传导过程的方向性入手，研究与分子热运动有关的过程的方向性问题，以期引起学生思维的深化，也作为学习热力学第二定律的基础。教材介绍了热力学第二定律的两种表述：一种是按照热传导过程的方向性表示，另一种是按照机械能与内能转化过程的方向性表述，这两种表述都表明：自然界中一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的，授课时，要注意说明这两种不同表述的内在联系，讲清这两种表述的物理实质。第二类永动机是指设想中的效率达到100%的热机，由于在自然界中把热转化为功时，不可避免地把一部分热传递给低温的环境，所以第二类永动机不可能制成。
【学情分析】
我所上课的班级为高一（10）班，该班学生的学习情况如下：
知识储备方面：在学习本节内容之前，学生已经学习了热力学第一定律以及能量守恒定律，知道改变内能的两种方式是做功和热传递，并会用ΔU=W+Q进行计算，知道一些能量之间的转化和转移等一些知识。
学生能力方面：经过前面的学习已经建立起一定的观察能力、抽象思维能力和探究学习能力，而且还掌握了通过建立物理模型探究物理现象的方法。这也是本节所要强调的、学习和研究安培力的方法。由于学生具有这样的知识基础、能力水平和物理思维与方法，再加上他们对未知新事物有较强的探究欲望，所以要掌握安培力是完全能够实现的。
个性方面：高一（10）班学生学习积极且活跃，尤其是女孩子在涉及到分析的问题时，逻辑非常的清晰；男孩子相对活跃，更爱表现，积极参与课堂活动，因此应注重交叉学习，取长补短。
【教学目标】
1.通过自然界中热传导的方向性等实例，初步了解热力学第二定律，并能用热力学第二定律解释第二类永动机不能制造成功的原因，并能运用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移以及方向性问题。
2.通过学习热力学第二定律，可以使学生明白热机的效率不会达到100%，我们只能想办法尽量提高热机的效率，但不能渴求达到100%。以此来引起学生的思考：设想制造一种能从单一热库吸收热量使之完全变成功而不引起其他影响的热机。
【教学重点】
教学重点：热力学第二定律两种常见的表述。
突出方法：在讲课中多次重复强调，以此来突出其重要性。
【教学难点】
教学难点：1.自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。
2.热力学第二定律的开尔文表述。
突破方法：通过大量生活中的热现象的实例来突破宏观过程的方向性，以及引入热机来突破热力学第二定律的开尔文表述。
【教法与学法】
1、教法：逻辑推理法、归纳总结法、讨论探究法、讲解法
2、学法：讨论法；小组合作探究。
【教学准备】
多媒体设备、教学课件、图片素材
【课型】
新授课
【教学过程】
教学环节与教学内容 教师活动 学生活动 设计意图
环节一：知识回顾热力学第一定律的内容？2.能量守恒定律的内容是什么？3.第一类永动机能不能制成？为什么？ 提出问题，引导学生回顾思考。 回答老师的问题，回顾上节的内容。 巩固之前的知识，为后面的学习做好铺垫。
环节二：新课引入通过引入生活中的一些有关热现象的例子来说明：一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。引入的例子有：用凉水冰鸡蛋、墨水在清水中的扩散、平地上滚动的足球以及装着压缩气体的钢瓶。 描述生活的常见的一些有关热现象，边描述边提问。 边听老师的描述，边回答老师的问题。 通过对生活中的一些常见热现象的引入，更贴近生活，让学生通俗易懂。
环节三：热力学第二定律通过对以上四个例子的描述，以及现象的总结，发现一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。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。 帮助并引导学生进行规律的总结，并引出热力学第二定律。 跟着老师的思维走，回答老师的问题并思考总结。 充分体现了“以老师为主导，学生为主体”的教学理念。
环节四：热力学第二定律（克劳修斯表述）通过对前面学过的热传递的复习，引出热量不能自发地从低温物体传递到高温物体，即为热力学第二定律的克劳修斯表述。 引导学生复习前面学过的热传递的知识，引出热力学第二定律的克劳修斯表述。 思维紧跟老师的思维走，回答老师的问题并思考、记忆。 本教学过程通过复习前面热传递的相关知识，成功引出今天的新知识，达到了“温故而知新”的效果。对学生而言，对之前的知识有了新的认识，有助于学生形成知识的迁移，从而对知识理解的更透彻。
环节五：热力学第二定律（开尔文表述）直接给出热力学第二定律的开尔文表述，之后再结合初中学过的热机对开尔文表述进行详细的讲解，因为这个开尔文表述很不好理解，所以需要结合一些实例进行解释。 直接引出热力学第二定律的开尔文表述，引导学生复习前面学过的机的相关知识，结合热机将热力学第二定律的开尔文表述解释清楚。 跟着老师的思路走，回答老师的问题并思考其中的知识。 由于热力学第二定律的开尔文表述非常的抽象难懂，所以这里我直接给出来，再结合热机进行解释，这样既节约时间，也让学生感觉不那么难了。
环节六：小组合作探究 请同学们思考一下：在恒定室温条件下，一定质量的理想气体等温膨胀是否违背了热力学第二定律？讨论思路：气体有没有对外做功？（2）气体的内能有没有发生改变？（3）整个过程是吸热还是放热？（4）谁是单一热源？（5）吸收的热量和对外做的功一样多吗？（6）有没有产生其他的影响？ 将问题抛给同学们，并作一些引导，给同学们3分钟讨论时间，让他们小组内进行交流讨论，最后找代表将讨论的结果进行呈现。 看题目并思考，边思考边和组内的同学交流意见，进行相互学习借鉴，取长补短。 通过小组合作的形式进行学习，大大地发挥了学生们的自主学习意识，和同学讨论也是一个互相学习的过程，也有助于增加同学间的友谊。
环节七：第二类永动机不可能制造先通过介绍热机，然后引入第二类永动机，并介绍其特点。然后通过热机能流图解释为什么第二类永动机不可能制造。 引导学生边复习热机，然后将永动机的概念引出来，并和学生一起看热机能流图，推出第二类永动机不可能制造。 跟着老师的思路走，回答老师的问题并思考其中的知识。 从学生熟悉的热机入手，能让学生的知识形成迁移，这样会加深学生的记忆，让学生理解的也更透彻。
环节八:判断题（1）机械能可以完全转化为内能。（2）内能不可能完全转化为机械能。（3）能够制成的热机既不违背能量守恒定律，也不违背热力学第二定律。（4）热量不能自发地从低温物体传递到高温物体。（5）自然界发生的过程一定是不可逆过程。（6）不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功。（7）随着设备的改进和技术的提高，热机效率可能达到100%。（8）第二类永动机不可能制成是因为它违背了能量守恒定律。 给同学们一些思考的时间，然后逐一请同学回答，回答完并解释一下理由，老师进行评价并对其进行补充。 听从老师的指挥，抓紧时间思考，并积极举手进行展示，顺便解释为什么这么认为。 让学生自己思考并自己解答，充分体现了“以老师为主导，学生为主体”的教学理念。并且激发了学生的学习兴趣，形成了你追我赶的良好学习氛围。
环节九：课堂小结热力学第二定律克劳修斯表述热力学第二定律开尔文表述第二类永动机不可能制成
环节十：作业布置 优化设计：10.4基础巩固
板书 10.4热力学第二定律克劳修斯表述开尔文表述第二类永动机不可能制成