2018-2019学年高中物理沪科版选修3-3 4.3热力学第二定律教案

2018—2019学年高中物理沪科版选修3-34.3热力学第二定律教案科目授课时间节次--年—月—日（星期——）第—节指导教师授课班级、授课课时授课题目（包括教材及章节名称）2018—2019学年高中物理沪科版选修3-34.3热力学第二定律教案教学内容2018—2019学年高中物理沪科版选修3-3第四章第三节“热力学第二定律”，教学内容包括：

1.热力学第二定律的表述与理解；

2.熵的概念及其在热力学过程中的变化规律；

3.可逆过程与不可逆过程的特点及其对熵变的影响；

4.热力学第二定律与能量守恒定律的关系；

5.热力学第二定律在现代科技领域的应用实例。核心素养目标1.培养学生理解热力学第二定律的内涵，提升科学思维能力；

2.培养学生运用熵的概念分析热力学过程，增强实际问题解决能力；

3.培养学生通过可逆与不可逆过程的认识，提高观察能力与批判性思维能力；

4.培养学生理解能量守恒与热力学第二定律的关系，形成系统观念；

5.培养学生关注热力学第二定律在现代科技领域的应用，激发创新意识与科技探究兴趣。学习者分析1.学生已经掌握了热力学基本概念、能量守恒定律以及热力学第一定律的相关知识，能够理解能量转换与守恒的过程。

2.学生对物理现象具有一定的好奇心，具备一定的逻辑思维能力和抽象思维能力，学习风格多样，部分学生擅长理论分析，部分学生善于实践探究。

3.学生在本章节可能遇到的困难和挑战包括：理解熵的概念及其变化规律、区分可逆与不可逆过程的特点、掌握热力学第二定律与能量守恒定律的关系，以及将理论知识应用于实际问题的解决过程中。此外，部分学生可能在理解热力学第二定律在现代科技领域的应用时感到困惑。教学资源1.硬件资源：多媒体教学设备、实验器材（如热机模型、温度计、压力计等）、黑板、粉笔。

2.软件资源：教学PPT、物理学科软件（如模拟热力学过程的软件）、教学视频。

3.课程平台：校园网络教学平台、物理学科资源库。

4.信息化资源：电子教案、在线互动问答系统、虚拟实验室。

5.教学手段：讲授、小组讨论、实验演示、学生实验操作、案例分析、问题探究。教学过程1.导入新课

同学们，我们在学习了热力学第一定律的基础上，今天将要进入热力学第二定律的学习。这一章节我们将探讨一个全新的概念——熵，并了解它在热力学过程中的重要作用。请大家回顾一下能量守恒定律的内容，为学习新课做好准备。

2.知识讲解

首先，我们来了解热力学第二定律的表述。热力学第二定律指出：在自然过程中，熵总是趋向于增加。那么，什么是熵呢？熵是衡量系统无序程度的物理量，我们可以通过实验和观察来理解熵的变化。

此外，热力学第二定律与能量守恒定律有何关系呢？能量守恒定律告诉我们能量不会消失，但在热力学过程中，能量会从有用形式转化为无用形式，这就是熵增加的体现。因此，热力学第二定律可以被看作是能量守恒定律的一个补充。

3.实践探究

现在，请同学们分成小组，利用实验器材进行以下实验：

（1）观察热机模型运行过程中的可逆与不可逆现象；

（2）测量并记录实验数据，分析熵的变化规律；

（3）讨论如何提高热机效率，降低熵的增加。

4.知识应用

（1）制冷技术的发展：制冷技术利用热力学第二定律，实现了低温环境下的熵减少，从而降低温度；

（2）能源转换与利用：在能源转换过程中，如何提高能源利用率，降低熵的增加，是科学家们一直在研究的问题；

（3）环境保护：环境保护实质上是在减少人类活动带来的熵增加，实现可持续发展。

5.总结与反思

（1）熵的概念及其在热力学过程中的变化规律；

（2）可逆过程与不可逆过程的特点；

（3）热力学第二定律与能量守恒定律的关系；

（4）热力学第二定律在现代科技领域的应用。

请同学们在课后进行复习，并思考以下问题：

（1）如何在生活中应用热力学第二定律，提高能源利用效率？

（2）如何从熵的角度看待环境保护与可持续发展？

6.作业布置

（1）完成课后练习题；

（2）撰写一篇关于热力学第二定律应用的小论文，题目自拟。

同学们，今天的课程就到这里，希望你们能够将所学知识运用到实际生活中，为我们的社会做出贡献。下课！教学资源拓展1.拓展资源：

-图书资源：推荐阅读《热力学与统计物理》、《热力学简明教程》等书籍，以深化对热力学第二定律的理解。

-视频资源：观看与热力学第二定律相关的科普视频，如《熵与时间的箭头》、《热力学第二定律的现代诠释》等，帮助学生形象地理解抽象概念。

-实践资源：组织学生参观发电厂、制冷设备制造商等，了解热力学第二定律在工业中的应用。

2.拓展建议：

-进行深入研究：鼓励学生针对热力学第二定律中的某个知识点，如熵的概念、可逆与不可逆过程等，进行深入研究，形成研究报告。

-小组讨论：组织学生就热力学第二定律在现代科技领域的应用展开小组讨论，如能源转换效率、环境保护等，培养学生的团队协作能力。

-跨学科学习：引导学生探索热力学第二定律与化学、生物学等其他学科的联系，如生物体内的能量转换、化学反应的熵变等，提高学生的跨学科思维能力。

-生活实践：鼓励学生在生活中观察和思考热力学第二定律的应用，如节能措施、可再生能源利用等，将理论知识与实际相结合。

-创新设计：激发学生创新意识，设计基于热力学第二定律的新型能源转换设备或环保方案，提升学生的创新能力。教学反思与总结在这节课中，我采用了讲授、实验、讨论等多种教学方法，旨在帮助学生深入理解热力学第二定律的内涵。从整个教学过程来看，我觉得有几个方面值得反思。

首先，关于教学方法，我发现通过实验和案例分析，同学们能够更直观地理解熵的变化规律，以及热力学第二定律在实际中的应用。但在实验过程中，部分同学对实验器材的操作不够熟练，导致数据收集和结果分析出现了一些问题。为此，我考虑在今后的教学中，加强对实验操作的指导，提高学生的实验技能。

其次，关于教学策略，我注意到在小组讨论环节，同学们能够积极参与，发挥团队协作精神，这让我很欣慰。但同时，我也发现有些同学在讨论过程中过于依赖他人，缺乏独立思考。针对这一问题，我计划在后续教学中，引导学生独立思考，培养他们的批判性思维。

在教学管理方面，我意识到课堂时间的分配还需进一步优化。在今后的教学中，我会尽量控制好每个环节的时间，确保教学内容充实，同时给予学生足够的思考和实践空间。

教学总结方面，本节课的教学效果总体良好。学生在知识层面，对热力学第二定律的表述、熵的概念、可逆与不可逆过程等有了更深入的理解。在技能方面，学生的实验操作能力、数据分析能力得到了锻炼。在情感态度方面，同学们对物理学科的兴趣和探究精神得到了提升。

然而，教学中仍存在一些问题和不足。部分学生对理论知识掌握不够扎实，需要在课后进行巩固。针对这一问题，我计划在课后加强辅导，关注学生的个体差异，提高他们的学习效果。

改进措施和建议如下：

1.优化实验环节，加强实验操作指导，提高学生的实验技能；

2.引导学生独立思考，培养批判性思维，提高课堂讨论质量；

3.合理分配教学时间，确保教学内容充实，给予学生足够的思考和实践空间；

4.加强课后辅导，关注学生个体差异，提高理论知识掌握程度。教学评价与反馈1.课堂表现：在本节课中，同学们表现出较高的学习热情，积极参与课堂互动，对热力学第二定律的相关概念表现出浓厚的兴趣。在提问环节，大家能够主动思考，提出有针对性的问题，展现出了良好的求知欲和思考能力。

2.小组讨论成果展示：在小组讨论环节，同学们充分发挥团队协作精神，针对热力学第二定律在现代科技领域的应用进行了深入探讨。各小组展示成果时，能够明确表达自己的观点，展现出良好的沟通能力和合作精神。

3.随堂测试：通过随堂测试，我发现大部分学生对热力学第二定律的基本概念和知识点掌握得较好，但仍有部分同学在熵的概念和可逆与不可逆过程的理解上存在误区。这提示我在今后的教学中需要加强对这些知识点的讲解和巩固。

4.作业完成情况：从课后作业的完成情况来看，同学们能够认真对待，按时提交。大部分同学的作业质量较高，但仍有个别同学在解题过程中出现思路不清晰、计算错误等问题。

5.教师评价与反馈：针对本次课程的教学评价与反馈，我认为同学们在知识掌握、技能提升和情感态度方面都有所收获。但在教学中，我也发现以下问题：

-部分同学对实验操作不够熟练，需要加强实验技能的培养；

-部分同学在讨论过程中过于依赖他人，缺乏独立思考；

-课后作业中，部分同学对知识点的掌握不够扎实，需加强巩固。

针对以上问题，我将在今后的教学中采取以下措施：

-加强实验环节的指导，提高学生的实验操作能力；

-引导学生独立思考，培养批判性思维；

-对于作业中存在的问题，及时给予反馈，帮助学生查漏补缺；

-关注学生个体差异，针对性地进行课后辅导。

希望通过以上措施，能够进一步提高同学们的学习效果，使他们在热力学第二定律这一章节的学习中取得更好的成绩。重点题型整理1.解释熵的概念及其在热力学过程中的作用。

答案：熵是衡量系统无序程度的物理量，通常用S表示。在热力学过程中，熵的变化反映了系统内能量的分布和无用能量的增加。根据热力学第二定律，自然过程中熵总是趋向于增加。

举例：在一个理想气体绝热膨胀的过程中，气体对外做功，内能不变，但熵增加。

2.列举并解释可逆过程与不可逆过程的特点。

答案：可逆过程是指在无限小的变化过程中，系统与外界之间的能量交换和物质交换可以完全逆向进行的过程；不可逆过程则相反，无法完全逆向进行。

举例：

-可逆过程：理想气体等温膨胀；

-不可逆过程：摩擦生热。

3.解释热力学第二定律与能量守恒定律的关系。

答案：热力学第二定律与能量守恒定律是互补的。能量守恒定律表明，在一个封闭系统中，能量不会凭空消失或产生，总能量保持不变。而热力学第二定律则指出，虽然能量总量守恒，但能量会从有用形式转化为无用形式，即熵增加。

举例：一个热机工作过程中，燃料燃烧产生的能量转化为机械能和热能，但热能部分会散失到环境中，无法完全转化为有用的机械能。

4.讨论如何提高热机效率，降低熵的增加。

答案：提高热机效率，降低熵的增加可以通过以下方式：

-减少热机内部摩擦，提高可逆性；

-优化热机设计，减少热损耗；

-采用高效能源转换技术，如热电偶等。

举例：在汽车内燃机中，通过采用涡轮增压技术，提高燃烧效率，减少能量损失，从而提高热机效率。

5.分析热力学第二定律在现代科技领域的应用。

答案：热力学第二定律在现代科技领域的应用广泛，如制冷技术、能源转换与利用、环境保护等。

举例：

-制冷技术：空调、冰箱等制冷设备利用热力学第二定律，实现低温环境下的熵减少；

-能源转换：太阳能电池、燃料电池等能源转换设备，通过提高能量转换效率，降低熵的增加；

-环境保护：利用热力学第二定律原理，开发节能减排技术和设备，减少人类活动对环境的