第四节 热力学第二定律
一、教学目标
1、了解热传导过程的方向。
2、了解什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可能制成。
3、了解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。
4、指导学生分析事例，培养学生分析问题和理论联系实际的能力
二、教学重点、难点
关于热力学第二定律表述的物理实质，以及自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性既是本节的重点，也是难点。
三、教学方法与建议
阅读法、举例法、分析归纳法
四、学情分析
本节内容主要包括两个方面：热现象的宏观过程具有方向性及热机的效率不可能100%。对于热现象的宏观过程具有方向性，通过教师举例，学生自己举例等方式，学生都可以理解并且接受。而对于热力学第二定律的开尔文表述，学生理解起来稍微有点困难，教师应该通过举例结合知识点的讲解，更有助于学生理解热机的效率不可能100%的结论。
五、新课教学
（一）引入新课
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1.4×1018 t , 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 = 4.2×103×1.4×1018×103×0.1 = 5.8×1023J
教师：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。
（二）新课讲授
1、热力学第二定律的一种表述
（1）“思考与讨论”
结合课本上的“思考与讨论”，在学生回答的过程中，让学生体会：一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。
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。在此基础上提出热力学第二定律的克劳修斯表述。
（2）克劳修斯表述
①内容：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。
②说明：这里所说的“自发地”，指的是没有任何外界的影响或帮助。即当两个物体接触时，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。
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教师反问学生：大家是否想过热量为什么不会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？
展示电冰箱模型给学生请同学做简要的回答，教师进行点拨。
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。
教师总结：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。即热传导具有方向性。
2、热力学第二定律的另一种表述
（1）热机：
请学生回忆初中所学过的内燃机的工作过程思考：
①热机是一种把什么能转化成什么能的装置？
②热机的效率能否达到100%？
然后由各小组代表回答，教师进行思路点拨
① 热机是一种把内能转化成机械能的装置。
② 热机的效率不能达到100%。
原因分析：
以内燃机为例，气缸中的气体得到燃烧时产生的热量为Q1，推动活塞做工W，然后排出废气，同时把热量Q2散发到大气中，
由能量守恒定律可知：Q1 = W + Q2
我们把热机做的功W和它从热源吸收的热量Q1的比值叫做热机的效率，用η表示
η=W / Q1
实际上热机不能把得到的全部内能转化为机械能，热机必须有热源和冷凝器，热机工作时，总要向冷凝器散热，不可避免的要由工作物质带走一部分热量Q2，所以有：Q1>W。
因此，热机的效率不可能达到100%，汽车上的汽油机械效率只有20%～30%，蒸汽轮机的效率比较高，也只能达到60%，即使是理想热机，没有摩擦，也没有漏气等能量损失，它也不可能把吸收的热量百分之百的转化成机械能，总要有一部分散发到冷凝器中。
（2）开尔文表述：
内容：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。
[讨论]通过对以上知识的学习你有什么体会？（按客观规律办事，科学实践要有正确的理论指导）
【总结】热力学第二定律的两种表述
表述一：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化。(克劳修斯表述，按照热传递的方向性来表述的。）
表述二：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化。也可表述为第二类永动机是不可能制成的。（开尔文表述，机械能与内能转化具有方向性。）
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这两种表述是等价的，可以从一种表述导出另一种表述，所以他们都称为热力学第二定律。
热力学第二定律揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性。（自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性）
3、第二类永动机
结合课本中的“思考与讨论”，引导学生获得以下知识：
（1）能从单一热源吸收热量，然后全部用来做功，而不引起其他变化的机器，称为第二类永动机。
（2）第二类永动机并不违反能量守恒定律，人们为了制造出第二类永动机作出了各种努力，但同制造第一类永动机一样，都失败了。因为机械能和内能的转化过程具有方向性。
4、课堂练习
（1）热力学第二定律使人们认识到，自然界中进行的涉及 现象的宏观过程都具有 性，例如机械能可以 转化为内能，但内能 全部转化成机械能，而不引起其他变化。
（2）热传导的规律为： （ ）
A、热量总是从热量较多的物体传递给热量较少的物体
B、热量总是从温度较高的物体传递给温度较低的物体
C、热量总是从内能较多的物体传递给内能较少的物体
D、热量总是从比热容较大的物体传递给比热容较小的物体
（3）下列说法中正确的是（ ）
A、热量可以自发地从低温物体传给高温物体
B、内能不能转化为动能
C、摩擦生热是动能向内能的转化
D、热机的效率最多可以达到100％
（4）下列说法正确的是（ ）
A、第二类永动机与第一类永动机一样违背了能量守恒定律
B、自然界中的能量是守恒的，所以能量永不枯竭，不必节约能源
C、自然界中有的能量便于利用，有的不便于利用
D、不可能让热量由低温物体传递给高温物体而不引起其它任何变化
（三）课堂总结
请学生总结本节课的内容。
（四）课后作业
完成课后P62“问题与练习”，第3题书面作业。
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