2024-2025学年高中物理 第十章 热力学定律 4 热力学第二定律（1）教学实录 新人教版选修3-3

2024-2025学年高中物理第十章热力学定律4热力学第二定律（1）教学实录新人教版选修3-3主备人备课成员教学内容分析1.本节课的主要教学内容为热力学第二定律（1），涉及热力学系统的热平衡、热力学过程、熵的概念等。具体内容包含新人教版选修3-3教材第十章第一节和第二节的相关知识点。

2.教学内容与学生已有知识的联系：学生已经学习了热力学第一定律，本节课在此基础上，引导学生理解热力学第二定律的含义，进一步拓展对热力学系统的认识。通过对比第一定律，让学生体会热力学第二定律的特性和重要性。核心素养目标培养学生科学思维能力，通过分析热力学第二定律，理解自然界中热现象的方向性和不可逆性，提升学生的抽象思维和逻辑推理能力。同时，强化学生的科学探究精神，通过实验和思考，让学生体验科学探究的过程，增强学生应用物理知识解决实际问题的能力。学习者分析1.学生已经掌握了哪些相关知识：学生在本节课之前已经学习了热力学第一定律，对能量守恒和能量转换的基本概念有了一定的了解。此外，学生对热力学系统的基本概念，如温度、热量、功等也有初步的认识。

2.学生的学习兴趣、能力和学习风格：高中学生对物理学科普遍保持一定的兴趣，尤其是与日常生活相关的物理现象。学生在学习物理时，通常具备较强的逻辑思维能力，能够通过公式和概念进行推理。学习风格上，部分学生偏好通过实验和直观演示来理解物理现象，而另一部分学生则更倾向于通过理论分析和数学推导来掌握知识。

3.学生可能遇到的困难和挑战：学生对热力学第二定律的理解可能存在困难，因为这一概念较为抽象，且与日常经验中的热现象有所不同。此外，学生对熵的概念可能感到陌生，难以把握其物理意义。在学习过程中，学生可能会遇到如何将热力学第二定律与第一定律相结合，以及如何运用这些定律解决实际问题的挑战。学具准备多媒体课型新授课教法学法讲授法课时第一课时师生互动设计二次备课教学资源-软硬件资源：计算机、投影仪、白板或黑板、教学用温度计、压力计、计时器

-课程平台：学校内部教学管理系统、在线教学平台

-信息化资源：热力学第二定律相关的教学视频、动画演示、实验数据集

-教学手段：多媒体教学软件、实物教具（如热水袋、冰块）、课堂讨论、小组合作学习教学流程1.导入新课（用时5分钟）

-利用多媒体展示自然界中热现象的图片，如瀑布、火山喷发等，引导学生思考热现象的方向性和不可逆性。

-提问：同学们，我们之前学习了热力学第一定律，知道能量守恒。那么，自然界中的热现象是否也遵循某种规律呢？

-引出本节课的主题：热力学第二定律。

2.新课讲授（用时15分钟）

-讲解热力学系统的热平衡状态，通过实例说明热平衡的条件和过程。

-介绍热力学过程的概念，讲解等温过程、绝热过程等，并举例说明。

-引入熵的概念，解释熵增原理，通过实例说明熵增现象。

3.实践活动（用时10分钟）

-学生分组进行实验，观察热水袋和冰块的热传递过程，记录温度变化，分析热力学第二定律在实验中的体现。

-利用多媒体展示热力学第二定律的动画演示，引导学生观察并分析动画中的热现象。

-分组讨论：如何将热力学第二定律应用于实际生活中的节能问题。

4.学生小组讨论（用时10分钟）

-问题1：如何理解热力学第二定律中的“熵增”概念？

-学生回答举例：熵增可以理解为系统无序度的增加，例如，将一盒有序排列的棋子打乱，熵就增加了。

-问题2：热力学第二定律与热力学第一定律有何区别？

-学生回答举例：热力学第一定律关注能量守恒，而热力学第二定律关注能量转换的方向性和不可逆性。

-问题3：如何运用热力学第二定律解决实际问题？

-学生回答举例：在制冷系统中，通过逆向循环过程，可以将热量从低温物体传递到高温物体，实现制冷效果。

5.总结回顾（用时5分钟）

-回顾本节课的主要内容，强调热力学第二定律的重要性。

-强调熵增原理在自然界中的普遍性，以及其在实际应用中的指导意义。

-提问：同学们，通过本节课的学习，你们对热力学第二定律有了哪些新的认识？

-学生分享学习心得，教师进行总结和点评。教学资源拓展1.拓展资源：

-熵的概念及其在生物学中的应用：介绍熵在生物学中的重要性，如生物体内熵的变化与生命活动的关联。

-卡诺循环与热机效率：探讨卡诺循环的原理，以及热机效率与熵的关系。

-热力学第二定律与信息论：介绍热力学第二定律与信息论之间的联系，如香农熵的概念。

-热力学第三定律：简要介绍热力学第三定律的内容，以及它与熵的关系。

2.拓展建议：

-阅读相关科普书籍或文章，如《热力学与宇宙学中的信息论》等，以加深对熵和信息论的理解。

-观看科普视频，如《宇宙大爆炸》等，了解熵在宇宙演化中的作用。

-参与学校或社区的科学讲座，听取专家对热力学第二定律的深入讲解。

-通过在线课程或开放课程平台，学习热力学相关的高级课程，如《热力学与统计物理》等。

-实践项目：设计一个简单的热力学实验，如测量不同温度下水的蒸发速率，以验证熵增原理。

-小组研究：分组研究热力学第二定律在工业或日常生活中的应用，如制冷技术、热泵等。

-写作报告：撰写一篇关于热力学第二定律及其应用的报告，总结学习心得和发现。

-参加科学竞赛或研讨会：在竞赛或研讨会上，与其他同学交流热力学知识，提升自己的学术水平。反思改进措施反思改进措施（一）教学特色创新

1.案例教学法的应用：在讲解热力学第二定律时，我尝试引入实际案例，如热泵的工作原理、制冷系统的设计等，让学生通过案例分析来理解抽象的物理概念。

2.互动式教学：通过设置问题情境，鼓励学生在课堂上积极提问和讨论，这样可以提高学生的参与度和学习兴趣。

反思改进措施（二）存在主要问题

1.学生对熵概念的理解困难：我发现有些学生对熵的概念理解不够深入，需要更多的时间来消化和吸收。

2.实验操作环节的不足：在实践活动环节，部分学生的实验操作不够规范，导致实验结果不够准确。

3.评价方式单一：目前的教学评价主要依赖于学生的课堂表现和考试成绩，缺乏对学生综合能力的全面评估。

反思改进措施（三）

1.加强熵概念的教学：为了帮助学生更好地理解熵的概念，我计划在接下来的教学中，通过更多实例和类比，帮助学生建立对熵的直观认识。

2.优化实验操作指导：针对实验操作环节的不足，我将加强实验前的指导和实验后的反馈，确保每个学生都能按照规范进行实验操作。

3.丰富评价方式：为了更全面地评估学生的学习成果，我计划引入课堂表现、小组合作、实验报告等多种评价方式，以全面反映学生的学习情况。

4.增加课外辅导：对于学习有困难的学生，我将提供额外的辅导时间，帮助他们克服学习中的难点。

5.引入跨学科内容：为了拓宽学生的知识面，我计划在适当的时候引入与热力学相关的跨学科内容，如生物学、化学等，以激发学生的兴趣和好奇心。

6.加强与学生的沟通：我将更加注重与学生之间的沟通，了解他们的学习需求和困难，以便及时调整教学策略。板书设计①热力学第二定律概述

-热力学第二定律

-熵增原理

-热力学过程的方向性

②熵的概念

-熵的定义

-熵的变化

-熵增的物理意义

③热力学第二定律的应用

-卡诺循环

-热机效率

-熵与信息论的联系

④实验与实例

-热传递实验

-热泵工作原理

-制冷系统设计典型例题讲解1.例题：

一台卡诺热机在高温热源温度为T1，低温热源温度为T2（T2<T1）的条件下工作，其效率为η。若高温热源的温度降低到T1'（T1'<T1），则热机的效率变为多少？

解答：

根据卡诺热机的效率公式，η=1-(T2/T1)，可得：

η'=1-(T2/T1')

因为T1'<T1，所以T2/T1'>T2/T1，从而η'<η。

因此，当高温热源的温度降低时，卡诺热机的效率也会降低。

2.例题：

一个绝热系统中的气体体积从V1膨胀到V2，系统的内能减少ΔU。已知气体的比热容为Cv，求系统对外做功W。

解答：

根据热力学第一定律，ΔU=Q-W，在绝热过程中Q=0，所以ΔU=-W。

对于理想气体，内能变化ΔU=nCvΔT，其中n为气体的物质的量，ΔT为温度变化。

在绝热膨胀过程中，气体对外做功W=PΔV，其中P为气体的压强，ΔV为体积变化。

由于气体膨胀，压强P减小，根据理想气体状态方程PV=nRT，温度T也会减小。

因此，W=nCvΔT=-ΔU。

3.例题：

一个热机在一个循环中吸收了Q1的热量，放出了Q2的热量。若热机的热效率为η，求热机在一个循环中对外做的功W。

解答：

热机的热效率η定义为对外做的功W与吸收的热量Q1的比值，即η=W/Q1。

根据热力学第一定律，吸收的热量Q1等于放出的热量Q2加上对外做的功W，即Q1=Q2+W。

将热效率公式代入，得到η=(Q2+W)/Q1。

解得W=ηQ1-Q2。

4.例题：

一个理想气体从状态A（P1,V1,T1）变化到状态B（P2,V2,T2），如果过程是等温的，求气体吸收的热量Q。

解答：

在等温过程中，理想气体的温度T保持不变，根据理想气体状态方程PV=nRT，压强P和体积V成反比。

因此，气体从状态A到状态B的压强变化ΔP=P2-P1，体积变化ΔV=V2-V1。

气体吸收的热量Q等于对外做的功W，即Q=W。

在等温过程中，对外做的功W=nRTln(V2/V1)。

因此，Q=nRTln(V2/V1