高中物理人教版选修1-2教案-热力学第二定律_教学设计_教案

热力学第一定律能量守恒定律教学方法讲授教学目的 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一、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？二、新课教学1．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＝1.6×105J2．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）3.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。

10.4 热力学第二定律【教学目的】1、了解某些热学过程的方向性2、了解什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可能制成3、了解热力学第二定律的两种表述，理解热力学第二定律的物理实质4、知道什么是能量耗散5、知道什么是热力学第三定律【教学重点】1、热力学第二定律的实质，定律的两种不同表述2、知道什么是第二类永动机，以及它不能制成的原因【教学难点】热力学第二定律的物理实质【教具】扩散装置【教学过程】○、引入学生答问：1、热力学第一定律的形式若何，符法则怎样？2、什么是第一类永动机？热力学第一定律和能量守恒定律具有相同的实质，表征的是能量转移或转化过程中总量不变。

既然能量只是在不停地转移或转化，而不会消失，我们为什么还在面临能源危机，还在不停地呼吁节约能源呢？我们今天来探讨一下这个问题——一、某些热学过程的方向性人们认识问题，总是先有素材，再有思索，然后才有理论的总结与上升。

我们先看这样的事实：根据初中学过的物理常识，我们知道热传导会在两个有温差的物体间产生，会自发的从高温物体传至低温物体，那么，热传导会不会从低温物体传至高温物体呢？不会。

我们把这种现象称之为——热传导的方向性在看另一个事实：表述教材P85图11-12的物理情形…（人们也做过理论上的预测：扩散既然是分子无规则运动引起，那么，原来A容器中的气体分子恰好全部回到A容器是可能的，只是这种几率非常非常小，以至于在现实中还从来没有发生过）这说明——扩散现象有方向性事实三：有初速度的物体，在水平面上运动，总要停下来，因为摩擦生热，机械能转化成了内能；但是，由于内能的增量一部分转移到物体和地面，另一部分转移到了空中（通常称之为耗散），我们要把这部分内能收集起来，然后通过某种机器或装置让它转化成物体重新运动的机械能，这可能吗？答案必然是否定的。

甚至人们还尝试过，即便能够把这部分内能完全收集（不散失），要使它完全转化成机械能，也是绝对不可能的。

所以，我们说，涉及到热现象的——能量转化有方向性怎样表征这种热学过程的方向性呢？——二、热力学第二定律在介绍热力学第二定律之前，先介绍相关概念——热机：将内能转化成机械能的装置。

物体的内能热量一、教学目标1．知道分子的动能，分子的平均动能，知道物体的温度是分子平均动能大小的标志。

2．知道分子的势能跟物体的体积有关，知道分子势能随分子间距离变化而变化的定性规律。

3．知道什么是物体的内能，物体的内能与哪个宏观量有关，能区别物体的内能和机械能。

二、重点、难点分析1．教学重点是使学生掌握三个概念（分子平均动能、分子势能、物体内能），掌握三个物理规律（温度与分子平均动能关系、分子势能与分子之间距离关系、热传递与功的关系）。

2．区分温度、内能、热量三个物理量是教学上的一个难点；分子势能随分子间距离变化的势能曲线是教学上的另一难点。

三、教学方法：教师讲解，课件演示四、教具：计算机、大屏幕、多媒体课件五、教学过程（－）引入新课我们知道做机械运动的物体具有机械能，那么热现象发生过程中，也有相应的能量变化。

另一方面，我们又知道热现象是大量分子做无规律热运动产生的。

那么热运动的能量与大量的无规律运动有什么关系呢？这是今天学习的问题。

【板书】第四节物体的内能（二）进行新课【板书】1．分子的动能、温度物体内大量分子不停息地做无规则热运动，对于每个分子来说都有无规则运动的动能。

由于物体内各个分子的速率大小不同，因此，各个分子的动能大小不同。

由于热现象是大量分子无规则运动的结果，所以研究个别分子运动的动能是没有意义的。

而研究大量分子热运动的动能，需要将所有分子热运动动能的平均值求出来，这个平均值叫做分子热运动的平均动能。

学习布朗运动和扩散现象时，我们知道布朗运动和扩散现象都与温度有关系，温度越高，布朗运动越激烈，扩散也加快。

依照分子动理论，这说明温度升高后分子无规则运动加剧。

用上述分子热运动的平均动能来说明，就是温度升高，分子热运动的平均动能增大。

如果温度降低，说明分子热运动的平均动能减小。

因此从分子动理论观点来看，温度是物体分子热运动的平均动能的标志。

“标志”的含义是指物体温度升高或降低，表示了物体内部大量分子热运动的平均动能增大或减小。

高中物理人教版选修一教案【教学目标】1. 掌握热量、温度、热能等基本概念。

2. 了解热传递的三种方式：传导、对流、辐射。

3. 掌握热力学第一定律和热力学第二定律的内容。

【教学重点】1. 热量、温度、热能的概念。

2. 热传递的三种方式。

3. 热力学定律的内容和应用。

【教学难点】1. 热传递的三种方式的区分和应用。

2. 热力学定律的理解和应用。

【教学准备】1. 实验仪器：温度计、热容量计等。

2. 实验材料：水、热水壶、冰块等。

3. 教学课件、教学实验等资料。

【教学步骤】一、导入（5分钟）通过展示一些日常生活中的热现象来引导学生思考：冷水加热后温度会升高吗？加热后的水会变化吗？二、讲解（20分钟）1. 讲解热量、温度、热能的概念及其关系。

2. 讲解热传递的三种方式：传导、对流、辐射的特点和实例。

3. 讲解热力学第一定律和热力学第二定律的内容。

三、实验操作（15分钟）进行一个简单的实验：用热水壶加热一些水，并用温度计测量水的温度变化，观察水的状态变化。

四、讨论与总结（10分钟）让学生讨论实验结果，总结热传递的方式对水的影响，引导学生认识热传递的重要性和应用。

五、作业布置（5分钟）布置作业：复习热学相关知识，准备下节课的讨论题目。

【板书设计】1. 热量、温度、热能2. 热传递方式：传导、对流、辐射3. 热力学定律【教学反思】本节课通过展示实验和讨论的方式，帮助学生理解和掌握热学知识，激发学生的学习兴趣，培养学生的实验能力和思维能力。

同时，通过作业布置，呼吁学生积极备课，巩固热学知识，为下节课的学习打好基础。

热力学第一定律能量守恒定律教学方法讲授教学目的 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一、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？二、新课教学1．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＝1.6×105J2．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）3.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。

物体的内能热量教学目的1．了解组成物质的分子具有动能及势能，并且了解分子平均动能和分子势能都与哪些因素有关。

2．理解物体的内能以及物体内能由物体的状态所决定。

3．通过实例和演示实验，使学生认识做功和热传递是改变物体内能的两个物理过程。

4．了解做功和热传递就改变内能的效果来说虽然是等效的，但它们之间是有本质区别的。

教学重点物体的内能是一个重要的概念，是本章教学的一个重点。

学生只有正确理解物体的内能才能理解做功和热传递及物体内能的变化关系。

教学难点分子势能教具热功互换器、压缩空气引火仪。

教学过程一、复习提问什么样的能是势能？弹性势能的大小与弹簧的形变关系怎样？二、新课教学1．分子动能（1）组成物质的分子总在不停地运动着，所以运动着的分子具有动能，叫做分子动能。

（2）启发性提问：根据你对布朗运动实验的观察，分子运动有什么样的特点？应答：分子运动是杂乱无章的，在同一时刻，同一物体内的分子运动方向不相同，分子的运动速率也不相同。

教师分析分子速率分布特点——在同一时刻有的分子速率大，有的分子速率小，从大量分子总体来看，速率很大和速率很小的分子是少数，大多数分子是中等大小的速率。

教帅进一步指出：由于分子速率不同，所以每个分子的动能也不同。

对于热现象的研究来说，每个分子的动能是毫无意义的，而有意义的是物体内所有分子动能的平均值，此平均值叫做分子的平均动能。

（3）要学生讨论研究。

用分子动理论的观点，分析冷、热水的区别。

讨论结论应是：组成冷、热水的大量分子的速率各不相同，则其动能也各不相同，但就冷水总体来说分子的平均动能小于热水的分子平均动能。

教师指出：由此可见，温度是物体分子平均动能的标志。

2．分子势能（1）根据复习提问的回答（地面上的物体与地球之间有相互作用力；发生了形变的弹簧各部分间存在着相互作用力，因此在它们的相对位置发生变化时，它们之间便具有势能）说明分子间也存在着相互作用力，所以分子也具有由它们相对位置所决定的能，称之为分子势能。

课堂探究
一、怎样正确认识热机
热机原理是将燃料的化学能转化成内能再转化成机械能的机器动力机械的一类，如蒸汽机、汽轮机、燃气轮机、内燃机、喷气发动机等。

热机通常以气体作为工质(传递能量的媒介物质叫工质)，利用气体受热膨胀对外做功。

热能的来源主要有燃料燃烧产生的热能、原子能、太阳能和地热等。

热机是利用内能来做功的机器。

热机在人类生活中发挥着重要的作用。

现代化的交通运输工具都靠它提供动力。

热机的应用和发展推动了社会的快速发展，也不可避免地损失部分能量，并对环境造成一定程度的污染。

热机种类很多，按工质接受燃料释放能量的方式，分为内燃机和外燃机。

热机的发展史：蒸汽机→蒸汽轮机→内燃机→喷气发动机→火箭发动机。

二、怎样理解热力学第二定律？
1．在热力学第二定律的表述中，正确地理解“自发地”“不引起其他变化”的确切含义是理解热力学第二定律的关键所在。

(1)“自发地”是指热量从高温热源自发地传给低温热源的方向性，在传递过程中不会对其他物体产生影响或借助其他物体提供能量等。

(2)“不引起其他变化”的含义是指热量从低温热源传递到高温热源或从单一热源吸收热量全部用来做功，不需通过第三方的帮助，这里的帮助就是第三方给提供能量等方式。

2．热力学第二定律的实质：热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都是有方向性的。

教学准备1. 教学目标教学目标（一）知识与技能1．通过观察、分析内能转化为机械能的实验，知道热机的概念，初步了解其工作原理。

2．借助于模型、挂图和动画视频，了解汽油机和柴油机的构造和工作过程。

（二）过程与方法通过了解汽油机和柴油机的构造和工作过程，利用对比的方法来认识这两种内燃机的异同点。

（三）情感态度和价值观通过阅读“现代汽车”，了解内能的利用对人类社会发展的重要意义。

2. 教学重点/难点重点：了解四冲程汽油机的基本工作原理。

难点：了解四冲程汽油机的基本工作原理。

3. 教学用具4. 标签教学过程一、创设情景播放超音速汽车，思考汽车是如何获得机械能的？二、引入新课播放蒸汽机、内燃机、喷气发动机、汽轮机等视频。

这些机器在使用时都要使用化石燃料作为能源，燃烧后放出大量的内能，向外输出机械能。

它是如何把内能转化为机械能的呢？生活中还有没有类似的实例？三、新课内容利用内能做功演示实验：利用内能来做功。

利用课本所示的实验装置，利用橡胶塞塞紧试管口，用酒精灯加热试管中的水，观察发生的现象。

请同学来描述实验现象。

塞子为什么会飞出去？它的机械能从哪来的？酒精燃烧释放出热量，通过热传递将一部分内能转移给水，水的内能增加，温度升高，产生的水蒸气也越来越多，是水蒸气对塞子做功。

为什么在塞子附近会出现“白气”呢？热机你生活中还见过内能转化为机械能的实例吗？人们把各种利用内能做功的机械叫热机。

热机的能量转化是把内能转化为机械能。

生活中还有哪些热机？燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。

内燃机分为两大类：汽油机和柴油机。

投影汽车和货车的图片。

这些运输工具的心脏就是汽油机和柴油机。

汽油机阅读课本上有关汽油机的内容，思考下列问题：1．四冲程汽油机包括哪些主要部件？2．什么是冲程？3．汽油机一个工作循环有几个冲程？各个冲程的名称分别是什么？4．在四个冲程中，压缩冲程和做功冲程各发生了怎样的能量转化？5．哪个冲程实现了内能转化为机械能，使汽车获得动力？6．如何根据四冲程汽油机的简图判断出冲程的名称？判断的依据是什么？展示汽油机各冲程的挂图。

热机教学目标1．知识与技能☆了解四冲程汽油机的基本工作原理．☆从能量转化的角度认识燃料的热值．☆了解内能的利用在人类发展史上的重要意义．☆通过能量的转化和转移，认识热机效率．2．过程与方法☆通过演示实验使学生了解可以利用内能来做功．☆利用动画、图片或模型讲解四冲程汽油机的基本结构和工作原理．☆通过阅读"科学世界"了解现代汽车的一些常识．☆通过学生讨论了解燃料的热值和热机效率．3．情感态度与价值观☆通过演示实验培养学生观察和分析问题的能力．☆通过阅读"科学世界"扩展学生的知识面．教学重点与难点重点：汽油机的工作原理及能的转化过程，燃料的热值．难点：热机中的能量转化及损失，了解热机效率．教学课时：1时教学过程：引入新课用酒精灯给试管中的水加热，由于燃料在试管外燃烧，热量损失较大，内能的利用率较低。

能不能把燃料移到内部去燃烧，来获得更大的动力？进行新课内燃机：燃料在气缸内燃烧的热机(1)汽油机最常见的内燃机，以汽油或柴油为燃料，分别叫做汽油机和柴油机我们首先介绍汽油机①构造（出示模型或挂图。

边指示边讲解）。

进气门，排气门，火花塞，气缸，活塞，连杆，曲轴。

（介绍名称的同时，介绍各部分的功能）冲程：活塞从气缸一端运动到另一端叫做一个冲程②工作原理。

（边动作边讲解，并提醒学生注意观察活塞、气门、连杆、曲轴的动作情况）内燃机的工作过程以一个循环为一个单元，一个循环又分为四个冲程开始工作前，活塞位于气缸上端，进、排气门均关闭。

工作时，活塞由上向下运动，进气门打开，排气门仍关闭。

由于缸内体积增大，压强减小，空气和汽油的混合气体被吸入气缸。

这是第一个冲程活塞运动到最下端，就开始转为向上运动。

这时进气门、排气门都关闭，混合气体被强行压缩，使气体的温度升高，压强增大。

这是第二个冲程压缩结束时虽然温度较高，但未能达到燃料的燃点。

在压缩冲程结束的瞬间，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压气体，高温高压燃气推动活塞由上向下运动，通过连杆带动曲轴转动。