高中物理选修《热力学定律》主题单元设计

《热力学定律》主题单元设计主题单元标题热力学定律作者姓名所属单位联系地址联系电话电子邮箱邮政编码

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2．通过介绍能量守恒定律的发现历程，使学生知道归纳和概括是一种非常重要的科学方法。3．本节还利用了一个反例“永动机不可能制成”来加深学生对能量守恒定律的理解。情感、态度与价值观1．通过学习能量守恒定律的发现历程，可以使学生增强团队精神和团结协作意识。科学史上每一项重大的发明或发现，都是许多科学家，甚至是几代科学家共同努力的结果。2．“永动机不可能制成”从反面告诉学生做违背自然规律的事情是徒劳的，毫无意义的。在生活和学习中，要学会按规律办事。本专题问题设计1．热力学第一定律的内容以及各物理量的符合含义2．第一永动机为什么制不成？所需教学材料和资源(在此列出学习过程中所需的各种支持资源)信息化资源视频、图片、多媒体课件常规资源粉笔、黑板、三角板等教学支撑环境具有多媒体操作平台的教室其他学习活动设计（针对该专题所选择的活动形式及过程）（一）引入新课我们在前面学习了改变内能的两种方法：做功和热传递，即通过对物体做功或者经过热传递的过程都能改变物体内能，即由做功和热传递均能改变物体的内能入手，提出“它们间有何数量关系”的设问来引入热力学第一定律。再以“以前学习过的电能、化学能等各种形式的能，它们在转化过程中遵守什么样的规律”来引入能量守恒定律。（二）新课教学（一）热力学第一定律1.内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。2.

数学表达式：△U=W+Q3.

各量的物理意义及正负号确定：(1)当外界对物体做功时，W＞0;当物体对外界做功时，W＜0.（2）当物体从外界吸热时，Q＞0;当物体向外界放热时，Q＜0.（3）当物体的内能增加时，△U＞0，当物体的内能减少时，△U＜0。（二）能量守恒定律1.

内容：能量既不会被消灭，也不会被创生，只能从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体，在能量的转化和转移过程中总量保持不变。2.

第一类永动机不可能制成（三）例题与练习例题1：空气压缩机在一次压缩中，空气向外界传递的热量2.0×105J，同时空气的内能增加了1.5×105J.这时空气对外做了多少功？解：根据热力学第一定律△U=W+Q知

W=1.5×105J-2.0×105J=-0.5×105J所以此过程中空气对外做了0.5×105J的功．说明：运用此公式时，需要注意各物理量的符号练习1：一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．是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？做了多少焦耳的功？{答案W＝1.6×105J，W为正值，说明是外界对气体做了1.6×105J的功．}练习2：下列说法中正确的是：A、物体吸收热量，其内能必增加B、外界对物体做功，物体内能必增加C、物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能减少D、物体温度不变，其内能也一定不变（答案：C）说明：通过对例题与练习的分析，加深学生对热力学第一定律及能量守恒定律的理解和运用。教学评价可评价的学习要素1．正确说出热力学第一定律。2．通过举例，说明各物理量符号的含义。评价方法：现场评价评价指标：①参与程度、积极程度②举例恰当程度③课前材料的准备情况3．当堂达标练习评价方法：测验评价指标：①答题时间②每题答对率③及格人数（60---74分）④良好人数（75---84分以上）⑤优秀人数（85分以上）⑥平均分4．学习活动过程评价方法：量规①参与程度、积极程度②思维逻辑、严密性③表达展示④协作精神专题二热力学第二定律【教学目标】知识与技能1.了解热传递过程的方向性。2.知道热力学第二定律的两种不同的表述，以及这两种表述的物理实质。3.知道什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可能制成。过程与方法1．热力学第二定律的表述方式与其他物理定律的表述方式有一个显著不同，它是用否定语句表述的。2．热力学第二定律的表述不只一种，对任何一类宏观自然过程进行方向的说明，都可以作为热力学第二定律的表述，学习本节时注意这一方法。情感、态度与价值观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%。自然界发生的一切过程中的能量都是守恒的，但不违背能量守恒定律的宏观过程并都能发生。【重点、难点分析】：重点：热力学第二定律两种常见的表述。难点：1.热力学第二定律的开尔文表述。2.自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。【课前准备】：教师：多媒体课件，一个电冰箱模型，一盆凉水，准备一个酒精灯和一个铁块，铁钳。学生：课前预习课文，在家观察自家的电冰箱。【教学设计】：引入新课：【问题】我们在初中学过，当物体温度升高时，就要吸收热量；当物体温度降低时，就要放出热量。而且热量公式Q=cm△t，这里有一个有趣的问题：地球上有大量的海水,它的总质量约为1.4×1018t,如果这些海水的温度降低0.1oC,将要放出多少焦耳的热量?海水的比热容为C=4.2×103J/(kg·℃)。下面请大家计算一下。学生计算：Q=4.2×103×1.4×1018×103×0.1J=5.8×1023J这相当于1800万个功率为100万千瓦的核电站一年的发电量。为什么人们不去研究这“新能源”呢？原来，这样做是不可能的，这涉及物理学的一个基本定律，这就是本节要讨论的热力学第二定律。【设计意图】：从实际问题入手，唤起学生对学习的兴趣。从学生已有的热学知识出发引入新的知识，使过渡自然，减少学生对新知识的唐突性。【板书】第四节热力学第二定律【板书】一、热传递的方向性教师实验，点燃酒精灯，用钳夹住事先准备好的铁块，在火焰上灼烧一段时间后，问学生现在如果用手摸会出现什么现象？下面把灼热的铁块放入冷水中，过一段时间，拿出铁块现在你们敢用手摸吗？通过这个实验说明什么问题？学生思考，教师给予启发学生答：热量从温度高的物体自发地传给温度低的物体再让学生列举一些这样的例子，例如：雪花落在手上就融化，挨着火炉就温暖等等。利用课本中“思考与讨论”开展小组讨论并进行对话交流。教师反问学生：有没有可能发生这样地现象，热量自发地从低温物体传给高温物体，使低温物体的温度越来越低，高温物体的温度越来越高。这里所说的“自发地”，指的是没有任何外界的影响或帮助。学生思考讨论一会后，有的同学可能产生疑问：电冰箱内部的温度比外部低，为什么致冷系统还能够不断地把冰箱内的热量传给外界的空气？事前我们让大家观察自家的电冰箱，请同学做简要的回答，教师进行点拨。然后，展示电冰箱模型给学生简要讲解(多媒体课件)。这是因为电冰箱消耗了电能，对致冷系统做了功。一旦切断电源，电冰箱就不能把其内部的热量传给外界的空气了。相反，外界的热量会自发地传给电冰箱，使其温度逐渐升高。【学生总结】热传导的方向性：两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体。要实现相反过程，必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起其他变化。【板书】结论:热力学第二定律的一种表述:热量不能自发地从低温物体传到高温物体。这是热力学第二定律的克劳修斯表述。老师讲解对定律的理解:这里阐述的是热传递的方向性.在这个表述中,“自发”二字指的是:当两个物体接触时,不需要任何第三者的介入、不会对任何第三者产生任何影响,热量就能从一个物体传向另一个物体.当两个温度不同的物体接触时,这个“自发”的方向是从高温物体指向低温物体的。教师指出：热力学第二定律的克劳修斯表述实质上就是：热传递过程是不可逆的。【设计意图】：联系学生熟悉的，身边的生活现象，使知识的学习贴近学生的生活，使学生感受物理知识就在身边，存在于生活，强化学生的实践意识，使情感成为学习动力。通过师生的对话交流，在互动中实现思维的碰撞，突出学生的学习过程，体现以学生为中心的原则，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。热力学第二定律的克劳修斯表述中的“自发”是定律表述的关键词，教师要引导学生作深刻理解。【教学内容】1.可逆与不可逆过程（1）热传导的方向性热传导的过程可以自发地由高温物体向低温物体进行，但相反方向却不能自发地进行，即热传导具有方向性，是一个不可逆过程。热量Q能自发传给低温物体高温物体热量Q不能自发传给(2)说明：①“自发地”过程就是在不受外来干扰的条件下进行的自然过程。②热量可以自发地从高温物体传向低温物体，热量却不能自发地从低温物体传向高温物体。③要将热量从低温物体传向高温物体，必须有“外界的影响或帮助”，就是要由外界对其做功才能完成。电冰箱、空调就是例子。2.热力学第二