資源簡介

《10.4熱力學第二定律》教學設計
人民教育出版社《高中新課標物理教材》選修3-3
【設計思想】
1.從實際問題導入，從簡單的實驗開始，盡可能引導學生聯系自己熟悉的，身邊的生活現象的實例，在教學內容上使物理貼近學生生活、聯系社會實際，體現《標準》倡導的“從生活走向物理，從物理走向社會”的理念。
2.積極創設情景，開展師生、生生間的對話交流，開展小組合作討論學習，使教學過程能夠確立學生在教學活動中的中心地位，讓學生從自己的學習體驗和感悟中獲得知識，向學生學習活動要效益，體現以學生為中心的原則。
3.熱力學第二定律不象以往的實驗定律可以推導和驗證，是在大量實驗事實的基礎上總結出來，內容的表述比較抽象和難以理解，教師要引導學生對關鍵詞的作深刻地理解，要引導學生多運用實例來輔助理解。
4.夯實知識基礎，靈活運用技能是三維教學目標中第一要素，本節課除了使用教材中“問題與練習”外，還設計了一些練習題，在教學過程中結合學生的學習狀況靈活使用，幫助學生更好理解定律。
【教材分析】
《熱力學第二定律》是人民教育出版社《高中新課標物理教材》選修3-3第十章《熱力學定律》的第四節。本節介紹熱力學第二定律，該定律與熱力學第一定律是構成熱力學知識的理論基礎，熱力學第一定律對自然過程沒有任何限制，只指出在任何熱力學過程中能量不會有任何增加或損失，熱力學第二定律解決哪些過程可以發生，要注意講清二者的關系。
對于熱力學第二定律，教材先從學生比較熟悉的熱傳導過程的方向性入手，研究與分子熱運動有關的過程的方向性問題，以期引起學生思維的深化，也作為學習熱力學第二定律的基礎。教材介紹了熱力學第二定律的兩種表述：一種是按照熱傳導過程的方向性表示，另一種是按照機械能與內能轉化過程的方向性表述，這兩種表述都表明：自然界中一切與熱現象有關的實際宏觀過程都是不可逆的，授課時，要注意說明這兩種不同表述的內在聯系，講清這兩種表述的物理實質。第二類永動機是指設想中的效率達到100%的熱機，由于在自然界中把熱轉化為功時，不可避免地把一部分熱傳遞給低溫的環境，所以第二類永動機不可能制成。
【學情分析】
我所上課的班級為高一（10）班，該班學生的學習情況如下：
知識儲備方面：在學習本節內容之前，學生已經學習了熱力學第一定律以及能量守恒定律，知道改變內能的兩種方式是做功和熱傳遞，并會用ΔU=W+Q進行計算，知道一些能量之間的轉化和轉移等一些知識。
學生能力方面：經過前面的學習已經建立起一定的觀察能力、抽象思維能力和探究學習能力，而且還掌握了通過建立物理模型探究物理現象的方法。這也是本節所要強調的、學習和研究安培力的方法。由于學生具有這樣的知識基礎、能力水平和物理思維與方法，再加上他們對未知新事物有較強的探究欲望，所以要掌握安培力是完全能夠實現的。
個性方面：高一（10）班學生學習積極且活躍，尤其是女孩子在涉及到分析的問題時，邏輯非常的清晰；男孩子相對活躍，更愛表現，積極參與課堂活動，因此應注重交叉學習，取長補短。
【教學目標】
1.通過自然界中熱傳導的方向性等實例，初步了解熱力學第二定律，并能用熱力學第二定律解釋第二類永動機不能制造成功的原因，并能運用熱力學第二定律解釋自然界中的能量轉化、轉移以及方向性問題。
2.通過學習熱力學第二定律，可以使學生明白熱機的效率不會達到100%，我們只能想辦法盡量提高熱機的效率，但不能渴求達到100%。以此來引起學生的思考：設想制造一種能從單一熱庫吸收熱量使之完全變成功而不引起其他影響的熱機。
【教學重點】
教學重點：熱力學第二定律兩種常見的表述。
突出方法：在講課中多次重復強調，以此來突出其重要性。
【教學難點】
教學難點：1.自然界中進行的涉及熱現象的宏觀過程都具有方向性。
2.熱力學第二定律的開爾文表述。
突破方法：通過大量生活中的熱現象的實例來突破宏觀過程的方向性，以及引入熱機來突破熱力學第二定律的開爾文表述。
【教法與學法】
1、教法：邏輯推理法、歸納總結法、討論探究法、講解法
2、學法：討論法；小組合作探究。
【教學準備】
多媒體設備、教學課件、圖片素材
【課型】
新授課
【教學過程】
教學環節與教學內容 教師活動 學生活動 設計意圖
環節一：知識回顧熱力學第一定律的內容？2.能量守恒定律的內容是什么？3.第一類永動機能不能制成？為什么？ 提出問題，引導學生回顧思考。 回答老師的問題，回顧上節的內容。 鞏固之前的知識，為后面的學習做好鋪墊。
環節二：新課引入通過引入生活中的一些有關熱現象的例子來說明：一切與熱現象有關的宏觀自然過程都是不可逆的。引入的例子有：用涼水冰雞蛋、墨水在清水中的擴散、平地上滾動的足球以及裝著壓縮氣體的鋼瓶。 描述生活的常見的一些有關熱現象，邊描述邊提問。 邊聽老師的描述，邊回答老師的問題。 通過對生活中的一些常見熱現象的引入，更貼近生活，讓學生通俗易懂。
環節三：熱力學第二定律通過對以上四個例子的描述，以及現象的總結，發現一切與熱現象有關的宏觀自然過程都是不可逆的。在物理學中，反映宏觀自然過程的方向性的定律就是熱力學第二定律。 幫助并引導學生進行規律的總結，并引出熱力學第二定律。 跟著老師的思維走，回答老師的問題并思考總結。 充分體現了“以老師為主導，學生為主體”的教學理念。
環節四：熱力學第二定律（克勞修斯表述）通過對前面學過的熱傳遞的復習，引出熱量不能自發地從低溫物體傳遞到高溫物體，即為熱力學第二定律的克勞修斯表述。 引導學生復習前面學過的熱傳遞的知識，引出熱力學第二定律的克勞修斯表述。 思維緊跟老師的思維走，回答老師的問題并思考、記憶。 本教學過程通過復習前面熱傳遞的相關知識，成功引出今天的新知識，達到了“溫故而知新”的效果。對學生而言，對之前的知識有了新的認識，有助于學生形成知識的遷移，從而對知識理解的更透徹。
環節五：熱力學第二定律（開爾文表述）直接給出熱力學第二定律的開爾文表述，之后再結合初中學過的熱機對開爾文表述進行詳細的講解，因為這個開爾文表述很不好理解，所以需要結合一些實例進行解釋。 直接引出熱力學第二定律的開爾文表述，引導學生復習前面學過的機的相關知識，結合熱機將熱力學第二定律的開爾文表述解釋清楚。 跟著老師的思路走，回答老師的問題并思考其中的知識。 由于熱力學第二定律的開爾文表述非常的抽象難懂，所以這里我直接給出來，再結合熱機進行解釋，這樣既節約時間，也讓學生感覺不那么難了。
環節六：小組合作探究 請同學們思考一下：在恒定室溫條件下，一定質量的理想氣體等溫膨脹是否違背了熱力學第二定律？討論思路：氣體有沒有對外做功？（2）氣體的內能有沒有發生改變？（3）整個過程是吸熱還是放熱？（4）誰是單一熱源？（5）吸收的熱量和對外做的功一樣多嗎？（6）有沒有產生其他的影響？ 將問題拋給同學們，并作一些引導，給同學們3分鐘討論時間，讓他們小組內進行交流討論，最后找代表將討論的結果進行呈現。 看題目并思考，邊思考邊和組內的同學交流意見，進行相互學習借鑒，取長補短。 通過小組合作的形式進行學習，大大地發揮了學生們的自主學習意識，和同學討論也是一個互相學習的過程，也有助于增加同學間的友誼。
環節七：第二類永動機不可能制造先通過介紹熱機，然后引入第二類永動機，并介紹其特點。然后通過熱機能流圖解釋為什么第二類永動機不可能制造。 引導學生邊復習熱機，然后將永動機的概念引出來，并和學生一起看熱機能流圖，推出第二類永動機不可能制造。 跟著老師的思路走，回答老師的問題并思考其中的知識。 從學生熟悉的熱機入手，能讓學生的知識形成遷移，這樣會加深學生的記憶，讓學生理解的也更透徹。
環節八:判斷題（1）機械能可以完全轉化為內能。（2）內能不可能完全轉化為機械能。（3）能夠制成的熱機既不違背能量守恒定律，也不違背熱力學第二定律。（4）熱量不能自發地從低溫物體傳遞到高溫物體。（5）自然界發生的過程一定是不可逆過程。（6）不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功。（7）隨著設備的改進和技術的提高，熱機效率可能達到100%。（8）第二類永動機不可能制成是因為它違背了能量守恒定律。 給同學們一些思考的時間，然后逐一請同學回答，回答完并解釋一下理由，老師進行評價并對其進行補充。 聽從老師的指揮，抓緊時間思考，并積極舉手進行展示，順便解釋為什么這么認為。 讓學生自己思考并自己解答，充分體現了“以老師為主導，學生為主體”的教學理念。并且激發了學生的學習興趣，形成了你追我趕的良好學習氛圍。
環節九：課堂小結熱力學第二定律克勞修斯表述熱力學第二定律開爾文表述第二類永動機不可能制成
環節十：作業布置 優化設計：10.4基礎鞏固
板書 10.4熱力學第二定律克勞修斯表述開爾文表述第二類永動機不可能制成

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