5.2
能量的转化与守恒
课标要求
（1）理解和掌握物体跟外界做功和热传递的过程中W、Q、ΔU的物理意义。（2）理解热力学第一定律ΔU
=W+Q
3）理解“永动机”不能实现的原理。
教学目标
知识与能力
在培养学生能力方面，这节课中要让学生理解热力学第一定律ΔU
=W+Q，并会用ΔU
=W+Q分析和计算问题，培养学生利用所学知识解决实际问题的能力。
过程与方法
在培养学生能力方面，这节课中要让学生理解热力学第一定律ΔU
=W+Q，并会用ΔU
=W+Q分析和计算问题，培养学生利用所学知识解决实际问题的能力。
情感、态度与价值观
能量守恒定律是自然科学的基本定律之一，应用能量守恒的观点来分析物理现象、解决物理问题是很重要的物理思维方法。
教学重点
1．重点内容是热力学第一定律和能量守恒定律，强调能量守恒定律是自然科学中最基本的定律。学会运用热力学第一定律和能量守恒定律分析、计算一些物理习题。
教学难点
运用能的转化和守恒定律对具体的自然现象进行分析，说明能是怎样转化的，对学生来说是有难度的。
教学方法
教师讲解，课件演示，指导学生看书
教学程序设计
教学过程及方法
环节一
明标自学
过程设计
二次备课
“明标自学”：1．知识目标：（1）理解和掌握物体跟外界做功和热传递的过程中W、Q、ΔU的物理意义。（2）会确定的W、Q、ΔU正负号。（3）理解热力学第一定律ΔU
=W+Q（4）会用ΔU
=W+Q分析和计算问题。（4）理解能量守恒定律，能列举出能量守恒定律的实例；（5）理解“永动机”不能实现的原理。
教学过程及方法
环节二
合作释疑
环节三
点拨拓展
过程设计
二次备课
（－）引入新课上节课我们学习了改变内能的两种方式，做功和热传递，那么它们之间有什么数量关系呢？以前我们还学习过电能、化学能等各种形式的能，它们在转化过程中遵守什么规律呢？这节课我们就来研究这些问题。【板书】第六节
热力学第一定律
能量守恒定律（二）进行新课【板书】一、做功W、热传递Q、内能变化ΔU的物理意义1．做功：做功使物体内能发生变化，实质是能量的转化，是一种形式的能量向另一种形式的能转化。功是能量转化的量度。2．热传递：是能量的转移，内能由一个物体传递给给另一个物体，传递的能量用Q表示。3．内能的改变：是物体内所有分子动能和势能之和发生了变化，宏观表现在温度和体积上的变化。【板书】二、W、Q、ΔU正负号的确定1．W，外界对物体做功，W取正值；物体对外界做功，W取负值。2．Q，物体吸热，Q取正值；物体放热，Q取负值。3，ΔU，物体内能增加，ΔU取正值；物体减少，ΔU取负值。【板书】三、W、Q、ΔU之间的关系一个物体，如果它既没有吸收热量也没有放出热量，那么，外界对它做多少功，它的内能就增加多少．一个物体，如果它既没有对外做功，也没有其他物体对它做功，那么，它从外界吸收多少热量，它的内能就增加多少．如果外界既向物体传热又对物体做功，那么物体内能的增加量就等于物体吸收的热量和外界对物体做的功之和．用ΔU表示物体内能的增加量，用Q表示物体吸收的热量，用W表示外界对物体做的功，那么ΔU=Q+W这个式子所表示的，内能的变化量跟功、热量的定量关系，在物理学中叫做热力学第一定律．【例题】
一定量的气体从外界吸收了2.6×105J的热量，内能增加了4.2×105J．外界对气体做了多少功？解
由(1)式得W=ΔU－Q=4.2×105J－2.6×105J=1.6×105J外界对气体做的功是1.6×105J．思考与讨论上题中，如果气体吸收的热量仍为2.6×105J，但是内能只增加了1.6×105J，计算结果W将为负值．怎样解释这个结果？一般地讲，ΔU、Q、W的正值和负值各代表什么物理意义？【板书】四、能量守恒定律【课件演示】让学生先看几个能量转化的例子（增强感性认识）1．机械能与内能转化过程中能量守恒（1）运动的汽车紧急刹车，汽车最终停下来。这过程中汽车的动能（机械能）转化为轮胎和路面的内能（假定这过程没有与周围物体有热交换，既不散热也不吸热）。摩擦力做了多少功，内能就增加多少。公式W=ΔE表示了做功与内能变化的关系，这公式也反映出做功过程中，机械能的损失数量恰好等于物体内能增加的数量。（2）把一铁块放入盛有水的烧杯中，用酒精灯加热烧杯内水，直至水沸腾。在这一过程中，铁块从周围水中吸收了热量使它温度升高，内能增加。这过程中水的一部分内能通过热量传递使铁块内能增加。铁块吸收多少热量，它内能就增加多少。公式Q=ΔE表示吸收的热量与内能变化量的关系，也反映出铁块增加的内能数量与水转移给铁块的内能数量相等。一般情况下，如果物体跟外界同时发生做功和热传递过程，那么，外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q，等于物体内能的增加ΔE，即W+Q=ΔE上式所表示的是功、热量和内能之间变化的定量关系，同时它也反映了一个物体的内能增加量等于物体的机械能减少量和另外物体内能减少量（内能转移量）之和。进而说明，内能和机械能转化过程中能量是守恒的。2．其他形式的能也可以和内能相互转化（1）介绍其他形式能：我们学习过机械运动有机械能，热运动有内能，实际上自然界存在着许多不同形式的运动，每种运动都有一种对应的能量，如电能、磁能、光能、化学能、原子能等。（2）不仅机械能和内能可以相互转化，其他形式能也可以和内能相互转化，举例说明：（同时放映幻灯片）①
电炉取暖：电能→内能②
煤燃烧：化学能→内能③
炽热灯灯丝发光：内能→光能（3）其他形式的能彼此之间都可以相互转化。画出图表让学生回答分析：3．能量守恒定律大量事实证明：各种形式的能都可以相互转化，并且在转化过程中守恒。能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体；在转化和转移过程中其总量不变．这就是能量守恒定律。在学习力学知识时，学习了机械能守恒定律。机械能守恒定律是有条件限制的定律，而且实际现象中是不可能实现的。而能量守恒定律是存在于普遍自然现象中的自然规律。这规律对物理学各个领域的研究，如力学、电学、热学、光学等都有指导意义。它也对化学、生物学等自然科学的研究都有指导作用。4．永动机不可能制成历史上不少人希望设计一种机器，这种机器不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功。这种机器被称为永动机。虽然很多人，进行了很多尝试和各种努力，但无一例外地以失败告终。失败的原因是设计者完全违背了能的转化和守恒定律，任何机器运行时其能量只能从一种形式转化为另一种形式。如果它对外做功必然消耗能量，不消耗能量就无法对外做功，因而永动机是永远不可能制造成功的。5．运用能的转化和守恒定律进行物理计算例题：用铁锤打击铁钉，设打击时有80％的机械能转化为内能，内能的50％用来使铁钉的温度升高。问打击20次后，铁钉的温度升高多少摄氏度？已知铁锤的质量为1.2kg，铁锤打击铁钉时的速度是10m/s，铁钉质量是40g，铁的比热是5.0×102J/（kg·℃）。首先让学生分析铁锤打击铁钉的过程中能量的转化。归纳学生回答结果，指出铁锤打击铁钉时，铁锤的一部分动能转化为内能，而且内能中的一半被铁钉吸收，使它的温度升高。如果用ΔE表示铁钉的内能增加量，铁锤和铁钉的质量分别用M和m表示，铁锤打击铁钉时的速度用v表示。依据能的转化和守恒定律，有铁钉的内能增加量不能直接计算铁钉的温度，我们把机械能转化为内能的数量等效为以热传递方式完成的，因此等效为计算打击过程中铁钉吸收多少热量，这热量就是铁钉的内能增加量。因此有Q=cmΔt上式中c为铁钉的比热，Δt表示铁钉的温度升高量。将上面两个公式联立，得出℃经计算得出铁钉温度升高24℃。在这个物理计算过程中突出体现了如何应用能的转化和守恒定律这一基本原理。应该注意，有的同学把上述题目中铁锤打击铁钉过程中的能量转化，说成“铁锤做功转化为热量”是不正确的。只能说做功与热递在使物体内能改变上是等效的。
教学过程及方法
环节四
当堂检测
二次备课
新科标自主学习与测评.
P54-----随堂练习.1---2---3---4.
课堂小结
热力学第一定律表示的是功、热量和内能之间变化的定量关系；自然界各种形式的能存在着相互转化过程，转化过程中总量是守恒的。能量守恒定律是自然界最基本的物理定律。同学们要会分析一些自然现象中能是怎样转化的。应该知道，根据能量守恒定律，永动机是不可能制造成功的。通过课上的例题计算，学会运用能的转化和守恒定律解决物理问题的方法。
课后作业
复习本节内容，完成练习第56---57页.
板书设计
1）会确定的W、Q、ΔU正负号。（2）理解热力学第一定律ΔU
=W+Q（3）会用ΔU
=W+Q分析和计算问题.
课后反思5.4
熵-无序程度的量变
庖丁巧解牛
知识·巧学
一、有序和无序、宏观态和微观态
1.有序和无序
确定某种规则，符合这个规则的就是有序的，不符合确定的规则和要求的分布是无序的.生活中我们常说到有序和无序这两个词，一副扑克牌，按黑桃、红桃、草花、方块的顺序，而且从小到大排列，我们说它是有序的，洗牌之后有序变成了无序.
误区警示
无序意味着各处都一样、平均、没有差别；而有序则是相反.要特别注意有序和无序是相对的.一副扑克牌，指定按黑桃、红桃、草花、方块的顺序排列，但对号码的大小不作要求，这样的排列对于完全杂乱的一副牌来说是有序的，但对于不仅有花样方面的要求，而且对号码顺序也有要求的排列来说，就是无序的了.
2.宏观态和微观态
当我们以系统的分子数分布而不区分具体的分子来描写的系统状态叫热力学系统的宏观态；如果使用分子数分布并且区分具体的分子来描写的系统状态叫热力学系统微观态.
在热力学系统中，由于存在大量粒子的无规则热运动，任一时刻各个粒子处于何种运动状态完全是偶然的，而且又都随时间无规则地变化.系统中各个粒子运动状态的每一种分布都代表系统的一个微观态，系统的微观态的数目是大量的，在任意时刻系统随机地处于其中任意一个微观态.
下面我们用图10-5-1所示的情况为例来进一步加以说明.假设容器中体积相等的A、B两室内具有a、b、c、d一共4个相同的分子，它们在A、B两室内分布情况共有14种方式.
图10-5-1
如(2,2)表示一个宏观态(即A、B两室内各有2个分子但不区分具体分子)，而（ab，cd）表示一个微观态（a和b分子在A室内，c和d分子在B室内）.可看出，不同的宏观态包含着不同数量的微观态，其中A、B两室各有2个分子的宏观态包含的微观态数目最多是6个，而以4个分子全部分布在A室或全部分布在B室的宏观态所包含的微观态数目最少（都是1个）.
二、气体向真空的扩散
一个箱子被挡板分为左、右两室，左室有气体，右室为真空，撤去挡板后气体要由左向右扩散，我们从分子热运动的角度分析这个过程的方向性.为了简单，假定气体只由A、B、C、D共4个分子组成.
撤去挡板后每个分子都可以处于箱中任何位置，就像队列解散后的学生一样，如果细致地区分哪个分子在哪侧，这样的一个一个的状态就是不同的微观态.例如：“A、B在左室，C、D在右室”与“A、C在左室，B、D在右室”就是两个不同的微观态.当然“A在左室，B、C、D在右室”也是与前两个不同的微观态.
但是，宏观的观察并不能区分图10-5-2甲和乙的两个微观态，我们只能说两种情况下左右两室中分子的数密度是一样的，因此，我们说，图甲和图乙属于同一个宏观态；而图丙和图丁，尽管从微观上看具体分子的位置并不一样，是不同的微观态，它们也属于同一个宏观态，都是“左1右3”.
图10-5-2
深化升华
规定了某种规则，我们就规定了一个“宏观态”，这个“宏观态”可能包含一种或几种“微观态”，不同的“宏观态”对应的微观态的个数不同，如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说这个“宏观态”是比较无序的。
三、热力学第二定律的微观解释和熵
1.热力学第二定律的微观解释
一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行.
学法一得
我们所说的有序状态，指的是对应着较少微观态的那样的宏观态，自发的过程总是倾向于出现与较多微观态对应的宏观态，因此自发的过程总是从有序向着无序发展的.
2.熵
（1）熵的概念
物理学中用字母Ω表示一个宏观状态所对应的微观状态的数目，用字母表示熵，有：S=klnΩ.
式中k叫做玻耳兹曼常数
熵是热力学中的一个重要状态函数（或叫状态参量），热力学系统（研究对象）处于任何一个状态都对应着一个熵函数，常用S表示.熵的大小表征着热力学系统内粒子热运动的杂乱无章的程度.熵值越大的状态，系统内粒子热运动就越混乱无序；熵值越小的状态，系统内粒子热运动的无序性就越小.
深化升华
既然微观态的数目Ω是分子运动无序性的一种量度，由于Ω越大，熵S也越大，那么熵S自然也是系统内分子运动无序性的量度.由熵的定义可知，熵较大的宏观状态就是无序程度较大的宏观状态，也就是出现概率较大的宏观状态，在自然过程中熵总是增加的，其原因并非因为有序是不可能的，而是因为通向无序的渠道要比通向有序的渠道多得多，把事情搞得乱糟糟的方式要比把事情做得整整齐齐的方式多得多.
（2）熵增加原理
根据熵的含义，热力学系统处于非平衡态时的粒子热运动有一定的有序性，因此，其熵值较小；当其达到平衡态后，其粒子热运动的无序性达到极高程度，使其熵值达到最大值.
对于绝热或孤立的热力学系统而言，所发生的是由非平衡态向着平衡态的变化过程，因此，总是朝着熵增加的方向进行.或者说，一个孤立系统的熵永远不会减小.这就是熵增加原理，也就是热力学第二定律另一种表述形式.
联想发散
从微观角度看，热力学第二定律是一个统计规律：一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序度更大的方向发展.如果过程可逆，则熵不变；如果过程不可逆，则熵增加.
典题·热题
例1
试计算焦耳热功当量实验中，水的熵变和整个孤立系统熵的增量.
解析：焦耳实验：在焦耳热功当量实验中，通过重物下落做功，旋转叶片，搅动盛于绝热容器中的水，使水温升高，这是一个不可逆绝热过程.忽略绳、轴、叶片的状态变化，我们可以把重物和水作为研究对象，认为它们组成了一个孤立系统.因为重物下落只是机械运动，熵不变，所以水的熵变也就是水和重物组成的孤立系统的熵变.
设水温由T1升高到T2，它的熵的增量为ΔS水=cmln，整个孤立系统熵的增量为ΔS=ΔS系统=ΔS水=cmln，由于T2＞T1，所以ΔS＞0.
方法归纳
此类题主要考查熵的定义和熵增加原理，熵是系统内分子运动无序性的量度；熵增加原理是指在任何自然过程中一个孤立系统的总熵不变，即熵始终向着增大方向进行.
例2
热力学第二定律的开尔文表述指出，内能与机械能的转化具有方向性.请结合熵的变化加以解释.
解析：机械运动是宏观情况下物体在空间位置上的变化，物体运动状态的变化完全遵循牛顿运动定律所反映的因果关系，这是一种有序的运动.热运动是大量分子的无规则运动，系统的一个宏观状态包含着大量的微观状态，这是一种无序的运动.机械运动向热运动的转化，属于从有序向无序的转化，会导致熵的增加，符合热力学的规律，因此机械能可以全部转化为内能.反之，热运动向机械运动的转化，属于从无序向有序的转换，即从高熵向低熵转换，不符合熵增加原理，因此内能向机械能的转化不能全部实现.
问题·探究
材料信息探究
问题
阅读下面一段材料，你认为可能吗？
材料：中国科学院生物物理研究所研究员徐业林发明的无偏二极管工作原理是：在两块金属板之间夹一层半导体，两块金属板中一块是光滑的，另一块上布满了小坑.在不需要外加电能、化学能、太阳能等能量的条件下，只要环境温度高于-273
℃，该器件就能奇迹般地输出电流.同时指出，坑的直径愈小电流愈大，如果能将坑的直径缩小到现在的1%，输出的电流就有可能带动家用小型汽车.这将是一种取之不尽、完全没有污染的新型能源.并且获得了俄、英、美、中四国的发明专利.
探究过程：中科院物理所的研究小组部分研究生讨论后表示，不认同徐在分析无偏二极管的原理时提出的猜想、解释以及推论.徐认为是小坑中的强电场导致电子定向运动，而这不符合现有物理规律，这种定向运动即使存在，也是一次性的瞬态过程，不会持续自发存在，所以不能作为能量的来源.再有，单从没有光照，排除了光生电压的效应，也不能排除在半导体与金属的接触面上物质互扩散等各种机制所可能导致的能量转化过程（其中当然可以出现吸热的效应），所以单从吸热和输出电压就得出器件从环境吸热而发电的结论是不对的.至于“如果能将坑的直径缩小到现在的1%，输出的电流就有可能带动家用小型汽车”就更不成立，因为电流大小与坑直径大小的关系还不清楚.
探究结论：这是第二类永动机的一种形式，它虽然不违反能量的转化和守恒定律，但是他没有考虑能量转化和转移方向性，机械能可以自发地转化为内能，但是内能不能自发地转化为机械能，要想转化为机械能，必须对它做功，并且不能全部转化，要涉及一个转化效率的问题.
交流讨论探究
问题
熵有哪些基本性质？你是怎样理解熵的？
探究过程：
史青：熵的微观意义是系统内分子热运动无序性的量度.
丁慧：熵表示一个体系自由度的物理量，熵越大，表示在这个体系下的自由度越大，可能达到的状态越多.
万方：熵不是守恒的量，在孤立体系中经过一不可逆过程，熵总是增加的.
王雨：熵的本质是体系微观混乱度的量度，混乱度越大，熵值也越大.
探究结论：熵是无序性的量度.热
力
学
第
二
定
律
教学目标
①、了解热力学第二定律的发展简史，
②、了解什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可以制成。
③、了解热传导的方向性，
④、了解热力学第二定律的两种表述方法，以及这两种表述的物理实质，
⑤、了解什么是能量耗散
教学重点
热力学第二定律及所反映出的热现象的宏观过程的方向性。
教学难点
热力学第二定律中所描述的
"不发生其他变化"
教学方法
多媒体辅助教学，分析讨论讲解相结合
教学器材
多媒体演示系统、自制电脑教学软件
教学过程
引入新课
复习提问
①热力学第一定律的内容是什么？
②第一类永动机为什么没有制成？
③能量守恒定律是怎样表述的？
引入新课
在能量守恒定律中，存在着能量的
"转移"和
"转化"，具体到热力学第二定律，内能和内能之间存在着"转移"以及内能和机械能之间也存在着"转化"的过程，引入课题：热力学第二定律。
新课教学
一、内能的转移
内能转移实质就是热传递。
举例：1
冰箱中的冰激凌在停电时的融化过程，引导学生分析融化的原因。
（热量可以从高温物体传递给低温物体）
2
冰箱里的冰激凌在冰箱正常工作时并没有融化。
进一步思考热量只能从高温物体传递给低温物体这种说法是否妥当。
如果不妥当应该怎样说。
从而得出所谓的热量从高温物体向低温物体传递是一个自发的过程，热量从低温物体向高温物体转移需要其他的物理过程参与。
（以模拟动画说明内能转移过程的方向性）
得出热力学第二定律克劳修斯表述：
不可能使热量从低温物体传递到高温物体而不产生其他变化。（内能转移过程的方向性）
说明:
不产生其他变化是指没有其他物理过程参与
二、内能和机械能之间的转化
瓦特蒸汽机的发明说明人们开始了热机理论的研究，（"热机"就是一种把内能转化为机械能的机械）
1824年，卡诺在《论火的动力》中指出
"凡是有温度差的地方就能够发生动力"
1834年，克拉珀龙把卡诺这一思想几何化为"卡诺循环"
热机从高温热源吸收热量Q，其中一部分对外做功W，另一部分被释放给低温热源，根据能量守恒定律
Q1
=
Q2
+
W
η=W/
Q1
=
(Q1-
Q2)
/Q1
=1
-
Q2/
Q1
可以知道Q2
越少，η越高
于是人们就考虑能否让Q2不存在，这样就可以产生一个η=100％的热机，就可以产生另一种永动机，可以看到这种机械并不违反能量守恒定律，这一类永动机叫第二类永动机。
第二类永动机：能从单一热源吸收热量全部用来做功而不引起其他变化的机械。
如果这一类永动机能够制成，它就可以从外界诸如空气、海洋、土壤等单一热源中不断地吸取能量，而对外做功。众所周知在空气和海洋中内能是取之不尽的，这样的话飞机不用带油箱，轮船不用带燃料。人们为此做出了许多努力，做了大量的尝试，但是第二类永动机始终还是没能制成。伴随着一次次的失败，终于认识到第二类永动机是不可能制成的。
这个结论是开尔文首先提出来的。
开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不产生其他变化。即:第二类永动机是不可能制成的。
说明热力学第二定律两种表述形式实质是一样的，只是侧重角度不同：
1、克劳修斯表述体现热传导的方向性
2、开尔文表述体现机械能和内能之间转化的方向性
三、能量耗散
引导学生阅读46页能量耗散的内容并归纳出自然界中的能量有的便于利用而有的不便于利用，内能作为能量发展的最终形式是没有办法把这些流散的内能重新收集起来加以利用。
举例：电能转化为光能再转化为内能：烤火时高温物体的内能变为低温物体的内能
都是无法将散失的内能重新再利用
能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有的方向性。说明能量耗散不是能量损失，只是可便于利用的能量减少了。
扩展：热力学第二定律提示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，使得它成为独立于热力学第一定律的一个重要自然规律。
说明：不仅仅在物理上存在这种"方向性"，在其他领域也都存在。比如：化学中的不可逆反应;生物中的进化过程的不可逆都说明了这一点。第一节
热力学第一定律
教学目的
1.认识物质的运动形式有多种，对应不同运动形式的运动有不同形式的能，各种形式的能在一定条件下可以相互转化
2.
进一步掌握能的转化和守恒定律，并了解能的转化和守恒定律的意义
3．运用公式△U＝W＋Q分析有关问题并具体进行计算
教学重点 热力第一定律
教学难点 能量守恒
教
具
多媒体课件
教学过程
复习提问
问：物体做什么样的运动具有机械能？机械能转化和守恒定律的内容是什么？
新课教学
热力学第一定律
分析下列特殊情况：
①如果物体只与外有热交换，没有做功，外界传给物体4J热量物体的内能增加了多少？物体若向外界传出了4J热量，物体内能如何变化？
结论：在没有做功情况下，物体与外界间传递热量Q，物体内能变化为 △U，则△U＝Q，为了在此表达式中能反映物体对外界是吸热不是放热，作出规定：吸热Q取正值，放热Q取负值，由此可知：物体吸热，内能增加，放热，内能减少。
②如果物体和外界不发生热交换，当外界对物体做了10J功，物体内能增加了多少？当物体对外做了10J功，物体内能又如何变化？
结论：在无热交换情况下，△U＝W（对外做功时，W取负值）
③如果物体内能在改变的过程中，既有热传递又有做功，例如外界对物体做了10J的功，同时物体吸收4J热量，物体的内能如何变化？
④又如，外界对物体做10J功，物体放热4J物体内能又如何变化？又物体对外界做了10J功，物体吸热4J，物体放热4J物体内能又如何变化？
综上所述：
在能的转化转移过程中，一个物体，如果没有吸收热量也没有放出热量，那么外界对它做多少功它的内能就增加多少；如果它既没有对外做功，外界也没有对其做功，则它从外界吸收多少热量，它的内能就增加多少。
用△U表示物体内能的增量，用Q表示吸收的热量，用W表示外界对物体所做的功，那么：△U＝Q＋W
上式就是热力学第一定律。
［例］一定量的气体从外界吸收了2.6×105J的热量，内能增加了4.2×105J，外界对物体做了多少功？
解：根据热力学第一定律得，
W＝△U－Q＝4.2×105J－2.6×105J＝1.6×105J
二．能的转化
课件展示，举例说明物体的每一种运动形式都有一种对应的能
机械运动――机械能 热运动――内能
电荷运动――电能 化学运动――化学能
生物运动――生物能 原子核内部的运动――原子能
各种形式的能可以相互转化：
机械能中的动能和势能可互相转化（自由落体运动）
机械能可以与内能相互转化（摩擦生热，消耗了机械能通过做功的形式转化为内能；热机中的气体推动活塞做功把气体内能转化为机械能）
其它形式有能也可以转化为内能，如电流通过导体时，把电能转化为内能；炽热的灯丝发光，又把内能转化成光能；燃烧时，把化学能转化成内能）
三.能量守恒定律
内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能众一种形式转化为另一种
形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化和转移的过程中其总量不变。
四．永动机不可能制成
指导学生阅读课本P81第七自然段，讨论：第一类永动机是否真的能永远运动下去？
分析课本图11－11提供的一种永动机的设计方案，指出它不可能持续运动的原因：虽然右边每个球的力矩大，但球的个数少，左边的每个球产生的力矩虽然小，但是球的个数多，于是轮子不会持续转动下去对外做功，只会摆动几下便停在图中所画的位置上。
通过课件展示历史上几种永动机的设计图，指出：不消耗能量的机器从来没有制成功过。
能量不能创生，工程技术的任务在于设法找出合理利用能源途径和减少能量损耗，而不是去研制永动机。5.4
熵-无序程度的量变
一．教学目标
1、知道有序和无序，宏观态和微观态的概念
2、知道熵的概念，知道熵是反映系统无序程度的物理量。知道任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减少
3、了解热力学第二定律的微观意义。知道随着条件的变化，熵是变化的。
二．重点难点
1.重点：热力学第二定律的微观解释
2.难点：熵的概念
三．学法指导
通过本节学习知道熵的概念，知道任何自然过程中一个孤立系统的总熵不会减少，熵的概念使我们认识到热力学第二定律的微观本质，了解熵是反映系统无序程度的物理量。同时要学会通过现象总结规律的科学方法，培养分析、归纳、综合能力。首先把本节课的内容认真的看一遍。看好以后可以查阅一下资料，最后完成本学案。
四．自主学习
1.有序和无序
有序：
叫做有序。
无序：
称为无序。
无序意味着各处都一样，平均、没有差别，有序则相反。有序和无序是
的。
2.宏观态和微观态
宏观态：
的状态，叫做热力学系统的宏观态。
微观态：
的状态叫做这个宏观态的微观态。
系统的宏观态所对应的微观态的多少表现为宏观态无序程度的大小。如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说这个
“宏观态”是比较
的，同时也决定了宏观过程的方向性——从
序到
序。
3.热力学第二定律的微观意义
一切自然过程总是沿着分子热运动的
增大的方向进行。
4.熵和系统内能一样都是一个状态函数，仅由
决定。从分子运动论的观点来看，熵是
的定量量度。一个系统的熵是随着系统状态的变化而变化的。在自然过程中，系统的熵是
的叫做熵增加原理。对于其它情况，系统的熵可能增加，也可能减小。
从微观的角度看，热力学第二定律是一个
：一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序程度更大的方向发展。
五．典型例题
例1
一个物体在粗糙的平面上滑动，最后停止。系统的熵如何变化？
解析：因为物体由于受到摩擦力而停止运动，其动能变为系统的内能，增加了系统分子无规则运动的程度，使得无规则运动加强，也就是系统的无序程度增加了，所以系统的熵增加。
例2．（1）在一套二居室的单元中，放一只蜜蜂，这只蜜蜂出现在左房间的几率是多少？
（2）放四只蜜蜂，四只蜜蜂都出现在左房间、三只蜜蜂都出现在左房间、二只蜜蜂都出现在左房间的几率各是多少？
（3）在上面的情况下请找出哪一种分布是最无序的分布？你需要多少只蜜蜂才能说“最无序的分布将是最持久的平衡”？
解析：（1）1/2
（2）1/16；3/16；6/16
（3）大量的或无数的
六．课堂练习
１．关于有序和无序下列说法正确的是（
）
A．有序和无序不是绝对的
B．一个“宏观态”可能对应着许多的“微观态”
C．一个“宏观态”对应着唯一的“微观态”
D．无序意味着各处一样、平均、没有差别
2．根据热力学第二定律判断，下列说法正确的是（
）
A．内能可以自发的转变成机械能
B．扩散的过程完全可逆的
C．火力发电时，燃烧物质的内能不可以全部转化为电能
D．热量不可能自发的从低温物体传递到高温物体
3．倒一杯热水，然后加入适当的糖后，糖会全部溶于水中，但一段时间后又观察到杯底部有糖结晶，关于这个过程下列叙述正确的是（
）
A．溶解过程是自发的，结晶过程也是自发的，因此热力学第二定律是错误的
B．溶解过程是有序向无序转变的过程
C．结晶过程是有序向无序转变的过程
D．结晶过程不是自发的，因为有外界的影响
4．下列说法正确的是
(
)
A．如果大量分子的集合从A分布进入B分布的概率大于从B分布进入A分布，则B分布更无序
B．如果大量分子的集合从A分布进入B分布的概率大于从B分布进入A分布，则A分布更无序
C．大量分子的集合能自发地从A分布进入B分布，则该过程是可逆的
D．大量分子的集合能自发地从A分布进入B分布，则该过程是不可逆的
5．一个密闭的容器内有稀薄气体，在容器上开一个小口，外部的空气就会流入容器，在气体流入过程中，容器内靠近开口处的空气密度暂时变得比内部大，以下说法正确的是（
）
A．此时容器内气体处于一个不平衡状态，是一个最无序的状态
B．外界的影响破坏了容器内气体的平衡
C．上面事实说明热力学第二定律只适用于封闭系统
D．对一个开放系统并不一定是最无序的分布
6．下列关于热现象的说法，正确的是（
）
A．外界对物体做功，物体的内能一定增加
B．物体的温度可以一直降低到绝对零度
C．任何条件下，热量都不会由低温物体传递到高温物体
D．任何热机都不可能使燃料释放的热量完全转化为机械能
7．关于热力学第二定律的理解下列正确的是（
）
A．宏观与热有关的自发的物理过程都是不可逆的
B．所有热过程都是从有序变为无序
C．熵增加原理说明自然的物理过程具有方向性
D．热运动是一种最无序的运动，内能是最无序运动所对应的能量，因此机械能可以全部转变为内能，但不可能将内能100 全部转变为机械能
8．下列关于热力学定律的表述正确的是（
）
A．热力学零度不可达到
B．不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化
C．其数学表达式是△U=Q+W
D．能量在转化或转移的过程中总量保持不变
9．1997年诺贝尔物理学奖授与朱棣文等三人，以表彰他们在激光冷却和捕获原子的方法上所作出的贡献。目前已应用激光将原子的温度冷却到10-12K的数量级，已经非常接近0K，下列关于”0K”说法中正确的是
(
)
A．0K即0℃，随着科学的发展是可以达到的
B．0K即0℃，只能无限接近,但不可能达到
C．0K即绝对零度，随着科学的发展是可以达到的
D．0K即绝对零度，只能无限接近，但不可能达到
10．下列所述过程是可逆的，还是不可逆的
如果是可逆过程请在（
）中打“ ”
(1)
汽缸与活塞组合中装有气体，当活塞上没有外加压力，活塞与汽缸间没有摩擦时。（
）
(2)
上述装置，当活塞上没有外加压力，活塞与汽缸上摩擦很大，使气体缓慢地膨胀时。（
）
(3)
上述装置，没有摩擦，但调整外加压力，使气体能缓慢地膨胀时。（
）
(4)
在一绝热容器内盛有液体，不停地搅动它，使它温度升高。（
）
(5)
一传热的容器内盛有液体，容器放在一恒温的大水池内，液体不停地搅动，可保持温度不变。（
）
(6)
在一绝热容器内，不同种类的液体进行混合。（
）
(7)
在一绝热容器内，不同温度的氦气进行混合。（
）
答案
1．ABD
2．CD
3．BD
4．AD
5．BCD
6．D
7．ACD
8．A
9．D
10．(1)发生自由膨胀，则是不可逆过程.
(2)有摩擦发生，也是不可逆过程.
(3)是准静态无摩擦的膨胀，则为可逆过程.
(4)这是由功变为热，是不可逆过程.
(5)此过程中既有“功变热”又有“热传导”，也是不可逆过程.
(6)液体的扩散是不可逆过程.
(7)有一定温度差的热传导也是不可逆过程
