2024-2025学年高中物理 第10章 热力学定律 4 热力学第二定律教学实录 新人教版选修3-3

2024-2025学年高中物理第10章热力学定律4热力学第二定律教学实录新人教版选修3-3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）2024-2025学年高中物理第10章热力学定律4热力学第二定律教学实录新人教版选修3-3教学内容分析1.本节课的主要教学内容：热力学第二定律。

2.教学内容与学生已有知识的联系：本节课内容与高中物理选修3-3教材第10章“热力学定律”相关，包括热力学第一定律、热力学第二定律的基本概念、热力学第二定律的表述及其应用等。通过复习热力学第一定律，学生能够更好地理解热力学第二定律，并将其应用于实际问题中。核心素养目标分析本节课旨在培养学生的科学思维、科学探究和科学态度与责任等核心素养。学生将通过分析热力学第二定律，提高对自然现象的科学解释能力，增强实验探究和解决问题的能力。同时，通过学习热力学定律，培养学生尊重客观规律、勇于质疑和追求真理的科学态度与责任。学习者分析1.学生已经掌握了哪些相关知识：

学生在此前的高中物理学习中已经掌握了力学、热学的基本概念和定律，如牛顿运动定律、能量守恒定律等。在热学方面，学生已经学习了热力学第一定律，对热量、温度、内能等概念有初步了解。

2.学生的学习兴趣、能力和学习风格：

学生对物理学科普遍保持一定的兴趣，尤其是与日常生活密切相关的物理现象。学生在学习物理时，通常具备较强的逻辑思维能力和抽象思维能力。学习风格上，部分学生倾向于通过实验观察来理解物理现象，而另一部分学生则更偏好通过公式推导和理论分析来掌握知识。

3.学生可能遇到的困难和挑战：

在学习热力学第二定律时，学生可能会遇到以下困难和挑战：

-理解热力学第二定律的表述：学生可能对熵的概念和熵增原理感到抽象，难以理解其物理意义。

-应用热力学第二定律：学生在将热力学第二定律应用于实际问题时，可能会遇到如何判断过程自发性、效率等问题。

-与已有知识的联系：学生需要将热力学第二定律与热力学第一定律、热力学第三定律等知识进行整合，形成完整的知识体系。教学方法与策略1.教学方法：采用讲授法结合讨论法，通过系统讲解热力学第二定律的基本概念和表述，引导学生深入理解。同时，结合案例研究法，通过实际案例的分析，帮助学生将理论知识与实际问题相结合。

2.教学活动：设计小组讨论环节，让学生就熵增原理、热力学第二定律的应用等话题进行讨论，促进学生之间的互动和思维的碰撞。此外，安排实验演示，让学生观察实际的热力学过程，加深对概念的理解。

3.教学媒体使用：利用多媒体教学，展示与热力学第二定律相关的动画和视频，增强教学的直观性和趣味性。同时，通过在线平台提供相关资料，便于学生课后复习和自主学习。教学过程设计1.导入新课（5分钟）

目标：引起学生对热力学第二定律的兴趣，激发其探索欲望。

过程：

开场提问：“你们知道什么是热力学第二定律吗？它对我们的日常生活有什么影响？”

展示一些关于热力学第二定律在制冷技术、能源转换等领域的应用图片或视频片段，让学生初步感受热力学第二定律的魅力或特点。

简短介绍热力学第二定律的基本概念和重要性，为接下来的学习打下基础。

2.热力学第二定律基础知识讲解（10分钟）

目标：让学生了解热力学第二定律的基本概念、组成部分和原理。

过程：

讲解热力学第二定律的定义，包括其核心内容：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。

详细介绍热力学第二定律的表述，如克劳修斯表述和开尔文-普朗克表述。

使用图表或示意图展示熵的概念及其变化规律，帮助学生理解熵增原理。

3.热力学第二定律案例分析（20分钟）

目标：通过具体案例，让学生深入了解热力学第二定律的特性和重要性。

过程：

选择几个典型的热力学第二定律案例进行分析，如热机的效率、制冷循环等。

详细介绍每个案例的背景、特点和意义，让学生全面了解热力学第二定律的多样性或复杂性。

引导学生思考这些案例对实际生活或学习的影响，以及如何应用热力学第二定律解决实际问题。

小组讨论：让学生分组讨论热力学第二定律在可持续发展能源技术中的应用，并提出创新性的想法或建议。

4.学生小组讨论（10分钟）

目标：培养学生的合作能力和解决问题的能力。

过程：

将学生分成若干小组，每组选择一个与热力学第二定律相关的主题进行深入讨论。

小组内讨论该主题的现状、挑战以及可能的解决方案。

每组选出一名代表，准备向全班展示讨论成果。

5.课堂展示与点评（15分钟）

目标：锻炼学生的表达能力，同时加深全班对热力学第二定律的认识和理解。

过程：

各组代表依次上台展示讨论成果，包括主题的现状、挑战及解决方案。

其他学生和教师对展示内容进行提问和点评，促进互动交流。

教师总结各组的亮点和不足，并提出进一步的建议和改进方向。

6.课堂小结（5分钟）

目标：回顾本节课的主要内容，强调热力学第二定律的重要性和意义。

过程：

简要回顾本节课的学习内容，包括热力学第二定律的基本概念、组成部分、案例分析等。

强调热力学第二定律在现实生活或学习中的价值和作用，鼓励学生进一步探索和应用热力学第二定律。

布置课后作业：让学生撰写一篇关于热力学第二定律在某一具体领域应用的短文或报告，以巩固学习效果。拓展与延伸六、拓展与延伸

1.提供与本节课内容相关的拓展阅读材料：

-《热力学与热工学基础》：这本书详细介绍了热力学的基本原理和热工学的基本知识，适合对热力学有进一步学习兴趣的学生阅读。

-《热力学第二定律及其在工程中的应用》：该书深入探讨了热力学第二定律在工程领域的应用，包括制冷、热泵、热力学循环等，对于希望了解热力学在实际工程中应用的学生非常有帮助。

-《现代热力学》：这本书涵盖了热力学的最新发展，包括统计热力学、量子热力学等内容，适合对热力学有较高兴趣并希望深入了解的学生。

2.鼓励学生进行课后自主学习和探究：

-学生可以尝试自己设计一个简单的热力学实验，如测量不同物质的热容量或观察热量传递的过程。

-鼓励学生阅读关于热力学第二定律的历史背景和科学发展的资料，了解这一重要物理定律的发现过程。

-提供一些在线资源，如物理学家的传记、科学史视频等，帮助学生从不同角度理解热力学第二定律的重要性。

-学生可以尝试解决一些涉及热力学第二定律的实际问题，如分析一个热机的效率，或者设计一个节能的家居系统。

-鼓励学生参与科学社团或学校的科研项目，通过实际操作和研究，加深对热力学第二定律的理解和应用。

3.实践活动建议：

-组织学生参观能源实验室或能源公司，了解热力学在能源转换和利用中的应用。

-安排学生参与社区服务项目，如测量社区中常见设备的能源效率，提出节能建议。

-开展小组研究项目，让学生选择一个与热力学相关的主题，进行深入研究，并制作研究报告或展示。教学反思与总结哎呀，这节课上完之后，我真是有点感慨万千。首先，我觉得在教学方法上，我尝试了结合讲授和讨论的方式，希望能够激发学生的兴趣和参与度。我觉得这个方法还是蛮有效的，因为学生们在讨论环节表现得非常积极，他们提出了很多有创意的问题和想法。

不过，我也发现了一些不足。比如说，我在讲解热力学第二定律的时候，可能讲得有点快，有些学生可能跟不上。我意识到，以后在教学过程中，我应该更加注重学生的反应，适时调整讲解速度，确保每个学生都能跟上。

在策略上，我设计了小组讨论和案例分析，这让学生们有机会将理论知识与实际问题相结合。但是，我发现有些小组在讨论时，讨论方向不够集中，可能是因为我没有给出足够明确的引导。所以，我需要在未来的教学中，更加细致地设计讨论问题，确保讨论的深度和广度。

管理方面，我注意到课堂纪律总体上还是不错的，但是偶尔还是有学生分心。我觉得这可能是由于课堂氛围不够活跃，或者是学生对某些内容不够感兴趣。因此，我打算在今后的教学中，尝试更多样化的教学手段，比如实验演示、游戏互动等，以吸引学生的注意力。

至于教学效果，我觉得学生们对热力学第二定律的理解有了明显的提高。他们在案例分析中能够提出一些有见地的观点，这说明他们对这一章节的内容有了深入的理解。在情感态度方面，学生们对科学探究的热情也有所提升，这让我感到非常欣慰。

当然，也存在一些问题。比如，有些学生对于热力学第二定律的应用还是感到有些困惑，这说明我在讲解过程中可能没有很好地将理论知识与实际应用结合起来。此外，我也发现了一些学生在基础知识上的薄弱环节，这需要我在今后的教学中给予更多的关注和辅导。

针对这些问题，我提出以下改进措施和建议：

-在讲解过程中，我会更加注重学生的反馈，适时调整教学节奏，确保每个学生都能跟上。

-在设计讨论问题时，我会更加明确讨论的方向，引导学生们深入探讨问题。

-我会尝试更多样化的教学手段，比如实验演示、游戏互动等，以增强课堂的趣味性和互动性。

-对于基础知识薄弱的学生，我会进行个别辅导，帮助他们巩固基础知识。

-我会定期检查学生的学习进度，及时发现问题并采取措施。重点题型整理1.题型一：热力学第二定律的表述与应用

例题：一个热机从高温热源吸收热量Q1，向低温热源放出热量Q2，其效率η是多少？如果Q1=400J，Q2=200J，求热机的效率。

答案：根据热力学第二定律，热机的效率η=1-Q2/Q1=1-200J/400J=0.5，即热机的效率为50%。

2.题型二：熵的概念及其变化

例题：一个系统的熵由2J增加到4J，这个过程中系统的熵增加了多少？

答案：系统的熵增加了4J-2J=2J。

3.题型三：热力学第二定律与能量守恒定律的关系

例题：一个物体从高处自由落下，不计空气阻力，其机械能守恒吗？为什么？

答案：在无空气阻力的情况下，物体的机械能守恒。因为在这个过程中，物体的势能转化为动能，总能量保持不变，符合能量守恒定律。

4.题型四：热力学第二定律在制冷循环中的应用

例题：在一个理想的制冷循环中，制冷剂从低温热源吸收热量Q1，向高温热源放出热量Q2，制冷循环的效率是多少？如果制冷剂在低温热源的温度为-20℃，在高温热源的温度为25℃，求制冷循环的效率。

答案：制冷循环的效率η=Q1/(Q1+W)，其中W为制冷循环所做的功。由于制冷循环的目的是将热量从低温热源转移到高温热源，所以制冷循环所做的功W等于Q2-Q1。因此，η=Q1/(Q1+Q2-Q1)=Q1/Q2。将温度转换为开尔文温度，得到T1=253K，T2=298K，则η=253K/298K≈0.85。

5.题型五：热力学第二定律在生物系统中的应用

例题：解释为什么生物系统需要不断从外界吸收能量？

答案：生物系统需要不断从外界吸收能量，以维持其内部的有序性和生命活动。根据热力学第二定律，一个封闭系统的熵总是趋向于增加，而生物系统是一个开放系统，需要从外界吸收能量来抵消内部熵的增加，从而维持其稳定的生命状态。这个过程被称为能量代谢。课堂小结，当堂检测课堂小结：

今天我们学习了热力学第二定律，这是一个非常重要的物理定律，它揭示了热力学过程的方向性和不可逆性。我们通过几个案例分析，了解了熵的概念和熵增原理，以及热力学第二定律在实际生活中的应用。

首先，我们明确了热力学第二定律的表述，包括克劳修斯表述和开尔文-普朗克表述。这些表述告诉我们，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，而且一个孤立系统的熵总是趋向于增加。

接着，我们探讨了熵的概念，熵是衡量系统无序程度的物理量。通过实例，我们看到了熵的变化如何影响系统的方向性。

在应用方面，我们讨论了热力学第二定律在制冷循环、热机效率以及生物系统中的重要性。例如，制冷循环中的制冷剂通过吸收低温热源的热量并释放到高温热源，实现了热量的转移，而热机的效率则受到热力学第二定律的限制。

当堂检测：

为了检测学生对本节课内容的掌握程度，以下是一些检测题：

1.热力学第二定律的克劳修斯表述是什么？

A.热量不能自发地从低温物体传到高温物体。

B.热量可以自发地从低温物体传到高温物体。

C.热量不能自发地从高温物体传到低温物体。

D.热量可以自发地从高温物体传到低温物体。

2.下列哪个过程是自发的？

A.冰块融化成水。

B.水蒸气凝结成水滴。

C.热量从冷物体传到热物体。

D.热量从热物体传到冷物体。

3.一个热机的效率η是多少？如果热机从高温热源吸收热量Q1，向低温热源放出热量Q2。

A.η=Q1/Q2

B.η=Q2/Q1

C.η=1-Q2/Q1

D.η=1-Q1/Q2

4.下列哪个系统在自然过程中熵会减少？

A.一个孤立系统

B.一个封闭系统

C.一个开放系统

D.一个绝热系统

5.生物系统为什么需要不断从外界吸收能量？

A.为了增加熵

B.为了减少熵

C.为了维持其有序性和生命活动

D.为了降低其温度

请学生在规定时间内完成检测，之后我会进行讲解和批改，帮助大家巩固今天的学习内容。板书设计①热力学第二定律

-克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。

-开尔文-普朗克表述：不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响。

②熵的概念

-熵（S）：系统无序程度的量度。

-熵增原理：孤立系统的熵总是趋向于增加