热力学第二定律的例子

第一篇：热力学第二定律的例子

热力学第二定律教学设计

热力学第二定律

【教材分析】 本节介绍热力学第二定律，该定律与热力学第一定律是构成热力学知识的理论基础，热力学第一定律对自然过程没有任何限制，只指出在任何热力学过程中能量不会有任何增加或损失，热力学第二定律解决哪些过程可以发生，教学时要注意讲清二者的关系。

对于热力学第二定律，教材先从学生比较熟悉的热传导过程的方向性入手，研究与分子热运动有关的过程的方向性问题，以期引起学生思维的深化，也作为学习热力学第二定律的基础。

教材介绍了热力学第二定律的两种表述：一种是按照热传导过程的方向性表示，另一种是按照机械能与内能转化过程的方向性表述，这两种表述都表明：自然界中一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的，教学时，要注意说明这两种不同表述的内在联系，讲清这两种表述的物理实质。

第二类永动机是指设想中的效率达到100%的热机，由于在自然界中把热转化为功时，不可避免地把一部分热传递给低温的环境，所以第二类永动机不可能制成。 【设计思想】

1. 从实际问题导入，从简单的实验开始，尽可能引导学生联系自己熟悉的，身边的生活现象的实例，在教学内容上使物理贴近学生生活、联系社会实际，体现《标准》倡导的“从生活走向物理，从物理走向社会”的理念。

2. 积极创设情景，开展师生、生生间的对话交流，开展小组合作讨论学习，使教学过程能够确立学生在教学活动中的中心地位，让学生从自己的学习体验和感悟中获得知识，向学生学习活动要效益，体现以学生为中心的原则。 3.热力学第二定律不象以往的实验定律可以推导和验证，是在大量实验事实的基础上总结出来，内容的表述比较抽象和难以理解，教师要引导学生对关键词的作深刻地理解，要引导学生多运用实例来辅助理解。

4.夯实知识基础，灵活运用技能是三维教学目标中第一要素，本节课除了使用教材中“问题与练习”外，还设计了四道练习题，在教学过程中结合学生的学习状况灵活使用，帮助学生更好理解定律。《课后思考题》有助于学生更深刻地理解定律。 【教学目标】

一、 知识与技能

1.了解热传递过程的方向性。

2.知道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。 3.知道什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可能制成。

二、 过程与方法

1.热力学第二定律的表述方式与其他物理定律的表述方式有一个显著不同，它是用否定语句表述的。

第二篇：高二物理热力学第二定律教案

【教材分析】

本节介绍热力学第二定律，该定律与热力学第一定律是构成热力学知识的理论基础，热力学第一定律对自然过程没有任何限制，只指 出在任何热力学过程中能量不会有任何增加或损失，热力学第二定律解决哪些过程可以发生，教学时要注意讲清二者的关系。

对于热力学第二定律，教材先从学生比较熟悉的热传导过程的方向性入手，研究与分子热运动有关的过程的方向性问题，以期引起学生思维的深化，也作为学习热力学第二定律的基础。

教材介绍了热力学第二定律的两种表述：一种是按照热传导过程的方向性表示，另一种是按照机械能与内能转化过程的方向性表述，这两种表述都表明：自然界中一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的，教学时，要注意说明这两种不同表述的内在联系，讲清这两种表述的物理实质。

第二类永动机是指设想中的效率达到100%的热机，由于在自然界中把热转化为功时，不可避免地把一部分热传递给低温的环境，所以第二类永动机不可能制成。

【设计思想】 1. 从实际问题导入，从简单的实验开始，尽可能引导学生联系自己熟悉的，身边的生活现象的实例，在教学内容上使物理贴近学生生活、联系社会实际，体现《标准》倡导的“从生活走向物理，从物理走向社会”的理念。

2. 积极创设情景，开展师生、生生间的对话交流，开展小组合作讨论学习，使教学过程能够确立学生在教学活动中的中心地位，让学生从自己的学习体验和感悟中获得知识，向学生学习活动要效益，体现以学生为中心的原则。

3.热力学第二定律不象以往的实验定律可以推导和验证，是在大量实验事实的基础上总结出来，内容的表述比较抽象和难以理解，教师要引导学生对关键词的作深刻地理解，要引导学生多运用实例来辅助理解。

4.夯实知识基础，灵活运用技能是三维教学目标中第一要素，本节课除了使用教材中“问题与练习”外，还设计了四道练习题，在教学过程中结合学生的学习状况灵活使用，帮助学生更好理解定律。《课后思考题》有助于学生更深刻地理解定律。

【教学目标】

一、 知识与技能

1.了解热传递过程的方向性。

2.知道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。 3.知道什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可能制成。

二、 过程与方法

1.热力学第二定律的表述方式与其他物理定律的表述方式有一个显著不同，它是用否定语句表述的。

2.热力学第二定律的表述不只一种，对任何一类宏观自然过程进行方向的说明，都可以作为热力学第二定律的表述，学习本节时注意这一方法。

三、 1. 情感、态度与价值观

通过学习热力学第二定律，可以使学生明白热机的效率不会达到100%，我们只能想办法尽量提高热机的效率，但不能渴求达到100%。

2. 生。

【重点、难点分析】：

重点：热力学第二定律两种常见的表述。

难点：1.热力学第二定律的开尔文表述。

2.自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。 【课时安排】： 1课时 【课前准备】：

教师：多媒体课件，一个电冰箱模型，一盆凉水，准备一个酒精灯和一个铁块，铁钳。 学生：课前预习课文，在家观察自家的电冰箱。 【教学设计】：

引入新课：

【问题】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。而自然界发生的一切过程中的能量都是守恒的，但不违背能量守恒定律的宏观过程并都能发

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1.4×10t , 如果这些海水的温度降低0.1C,将要放出多少焦耳的热量?海水的比热容为C=4.2×10J/(kg·℃)。下面请大家计算一下。

学生计算：Q = 4.2×10×1.4×10×10×0.1 J = 5.8×10J 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。

【设计意图】：从实际问题入手，唤起学生对学习的兴趣。从学生已有的热学知识出发引入新的知识，使过渡自然，减少学生对新知识的唐突性。

【板书】 第四节 热力学第二定律

【板书】

一、热传递的方向性

教师实验，点燃酒精灯，用钳夹住事先准备好的铁块，在火焰上灼烧一段时间后，问学生现在如果用手摸会出现什么现象?下面把灼热的铁块放入冷水中，过一段时间，拿出铁块现在你们敢用手摸吗?通过这个实验说明什么问题?

学生思考，教师给予启发

学生答：热量从温度高的物体自发地传给温度低的物体

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。 利用课本中“思考与讨论”开展小组讨论并进行对话交流。

教师反问学生：有没有可能发生这样地现象，热量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?

事前我们让大家观察自家的电冰箱，请同学做简要的回答，教师进行点拨。然后，展示电冰箱模型给学生简要讲解(多媒体课件)。

318

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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。

【学生总结】热传导的方向性：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。

【板书】结论:热力学第二定律的一种表述:热量不能自发地从低温物体传到高温物体。这是热力学第二定律的克劳修斯表述。

老师讲解对定律的理解:这里阐述的是热传递的方向性.在这个表述中,“自发”二字指的是: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.当两个温度不同的物体接触时,这个“自发”的方向是从高温物体指向低温物体的。

教师指出：热力学第二定律的克劳修斯表述实质上就是：热传递过程是不可逆的。 【设计意图】：

1. 联系学生熟悉的，身边的生活现象，使知识的学习贴近学生的生活，使学生感受物理知识就在身边，存在于生活，强化学生的实践意识，使情感成为学习动力。

2. 通过师生的对话交流，在互动中实现思维的碰撞，突出学生的学习过程，体现以学生为中心的原则，从自己的学习体验和感悟中获得知识，向学生学习活动要效益。

3. 热力学第二定律的克劳修斯表述中的“自发”是定律表述的关键词，教师要引导学生作深刻理解。 【板书】

二、热力学第二定律的另一种表述(第二类永动机)

前面我们学习了第一类永动机，不能制成的原因是什么?(违背了能量守恒)，什么是第二类永动机呢? 分组合作学习，思考讨论下列问题： 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%? 3.第二类永动机模型 4.机械能和内能转化的方向性

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。

师生总结:热力学第二定律的另一种表述: 【板书】不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功,而不产生其他影响。这是热力学第二定律的开尔文表述 (也称第二类永动机)。

教师应该强调定律内容“而不产生其他影响”这个条件，举出“绝热膨胀”的例子加以说明。 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。

为什么第二类永动机不可能制成呢?

因为机械能和内能的转化过程具有方向性。机械能全部转化成内能，内能却不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化。

再举实例，说明有些物理过程具有方向性。

〈学生思考回答，教师引导点拨〉 1.气体的扩散现象。

2.书上连通器的小实验(气体向其中膨胀)。 【板书】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

(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。(机械能与内能转化具有方向性)

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)。

因此,对任何一类宏观自然过程进行方向的说明,都可以作为热力学第二定律的表述。如图中,盒子中间有一个挡板,左室为真空,右室有气体。撤去挡板后右室的气体自发地向左室扩散,而相反的过程不可能自发地进行。因此，热力学第二定律也可以表述为:气体向真空的自由彭胀是不可逆的。

【注意】 ：不管如何表述，热力学第二定律的实质在于揭示了：一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。

【本节小结】:回过头分析引入的例子,学生应用热力学第二定律分析,老师点拨总结。进一步说明第二类永动机不能制成的,违背热力学第二定律。

【设计意图】：

1.热力学第二定律的开尔文表述比较抽象和难以理解，需要学生通过合作学习，在讨论和交流中认识规律，再通过教师的点拨指导才能更好的理解和掌握规律。

2. 热力学第二定律是在大量实验事实的基础上总结出来的，教学过程要引导学生多运用实例来辅助理解。

3. 分析引入的例子，学生应用热力学第二定律分析，师生共同小结本节内容，首尾呼应，学以致用。

第三篇：高二物理教案分子热运动 能量守恒-热力学第二定律

热力学第二定律

课时：1 课时

教学要求：

1、以热传导和机械能与内能的相互转化为例，让学生知道宏观热学过程是有方向性的;

2、让学生知道第二类永动机是不可能制成的;

3、让学生初步了解热力学第二定律的两种内容 表述，并能用之去解释一些简单的现象;

教学过程：

一、引入新课：

有趣的问题：地球上有大量海水，它的总质量约为1.4×1018 t，只要这些海水的温度0.1℃，就能放出5.8×1023 J的热量，这相当于1800万个核电站一年的发电量。为什么人们不去研究这种“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。

二、新课讲授：

(一)热传导的方向性：

大家都有这样的经验：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，使高温物体的温度降低，低温物体的温度升高。从未有过这样的现象：热量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者帮助)也许会产生一个疑问：电冰箱内部的温度比外部低，为什么致冷系统还能不断地把箱内的热量传给外界的空气?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，电冰箱就不能把箱内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，使箱内的温度逐渐升高。

在这里，我们看到，热传导的过程是有方向性的，这个过程可以向一个方向自发地进行，但是向相反方向却不能自发地进行。要实现相反方向的过程，必须借助外界的帮助，因而产生其化影响或引起其化变化。

(二)第二类永动机：

一个在水平地面上运动的物体，由于克服磨擦力做功，最后要停下来。在这个过程中，物体的动能转化为内能，使物体和地面的温度升高。但是，人们决不会看到这样的现象：一个放在水平地面上的物体，温度降低，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来!

有人可能提出一种设想：发明一种热机，它可以把物体和地面磨擦所生的热量都吸收过来，对物体做功，将内能全部转化为动能，使物体在地面上重新运动起来，而不引起其他变化。 这是一个非常诱人的设想。这个设想并不违反能量守恒定律，若真能制成这种热机，本节开始时提到的，单从海水中吸取热量来做功，就成为可能了，“能源问题”也就解决了。

热机是一种把内能转化为机械能的装置。以内燃机为例：气缸中的气体得到燃料燃烧时产生的热量Q1，推动活塞做功W，然后排出废气，同时把热量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，用表示，则有：

= W / Q1实际上，热机不能把它得到的全部内能转化为机械能。以汽车内燃机为例：只有当气缸中工作物质的温度比大气温度高时内燃机才能工作，所以Q2这部分热量是不可避免的。热机工作时，总要向冷凝器散热，总要由工作物质带走一部分热量Q2，所以总有Q1>W。因此，热机的效率不可能达到100%，汽车上的汽油机，效率只有20%∽30%，燃气轮机的效率比较高，也只能达到60%。即使是理想热机，没有磨擦，也没有漏气等能量损失，它也不可能把吸收的能量百分之百地转化成机械能，总要有一部分热量散发到冷凝器中。

第四篇：5..3《热力学第二定律》教案3(鲁科版选修3-3)

5. 3《热力学第二定律》教案3 [教学目标]：

1、了解热传导过程的方向性

2、了解什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可制成

3、了解热力学第二定律的两种表述方法以及这两面三刀种表述的物理实质

[教学重点与难点]：热力学第二定律，研究性学习的课题选择及材料的收集 [教学方法]：学生课堂自学结合讨论归纳 [教学过程]：

一、 复习提问

1、热力学第一定律研究是做功与对物体热传递在改变物体内能上的关系，可以表述为：

2、热力学第一定律说明了能量间相互转化过程中遵守的规律：能量转化与守恒定律。

3、第一类永动机不可能制成是因为它违背了

。

二、 新课讲授

[学生带着问题阅读、讨论]： 思考：

1、何为热传导的方向性?

2、什么是第二类永动机?它违背了什么规律?

3、何为热力学第二定律?它有几种表述方法?

归纳：

一)、热传导的方向性： 高温物体只能“自发地”将热量传给低温物体，而低温物体

必须要依靠外界的辅助才能将热量传给高温物体。 二)、第二类永动机

1、没有冷凝器的能从单一热源吸收热量并全部用来做功而不引起其他变化的热机。

2、特征：符合能量守恒定律;不可能引起其他变化 。

3、结论：机械能和内能的转化过程具有方向性，尽管机械能可以全部转化为内能，

但内能却不能全部转化为机械能，同时不引起其它变化 三)、热力学第二定律

表述一：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不产生其他变 化。<按热传导

的方向性表述)

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。<按

能量转化的方向性表述)

小结：自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。

例1 下列所述过程是可逆的，还是不可逆的?

1 / 3 A.气缸与活塞的组合内装有气体，当活塞上没有外加压力，活塞与气缸间没有摩擦，气体缓慢地膨胀时;

B.上述装置，当活塞上没有外加压力，活塞与气缸上摩擦很大，使气体缓慢地膨胀时;

C.上述装置，没有摩擦，但调整外加压力，使气体能缓慢地膨胀时;

D.在一绝热容器内盛有液体，不停地搅动它，使它温度升高; E.在一传热容器内盛有液体，容器放在一恒温的大水池内，液体不停地搅动，可保持温度不变;

F.在一绝热容器内，不同温度的液体进行混合; G.在一绝热容器内，不同温度的氦气进行混合; 解读：A.发生自由膨胀，则是不可逆的; B.有摩擦发生，也是不可逆的;

C.是准静态无摩擦的膨胀，则为可逆过程。 D.这是做功变为热的过程，一定不可逆。

E.此过程中既有“功变热”又有“热传导”，也是不可逆过程。 F.液体的扩散是不可逆过程。

G.有一定温度差的热传导是不可逆过程。

申明：

2 / 3 所有资料为本人收集整理，仅限个人学习使用，勿做商业用途。

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第五篇：高中物理《热力学第二定律》教案4 新人教版选修3-3

课题：§9.7 热力学第二定律

教学目的：

1、了解某些热学过程的方向性

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表述，理解热力学第二定律的物理实质

4、知道什么是能量耗散

教学重点：热力学第二定律的实质，定律的两种不同表述 教学难点：热力学第二定律的物理实质 教学过程：

热力学第一定律和能量守恒定律具有相同的实质，表征的是能量转移或转化过程中总量不变。既然能量只是在不停地转移或转化，而不会消失，我们为什么还在面临能源危机，还在不停地呼吁节约能源呢?我们今天来探讨一下这个问题——

一、某些热学过程的方向性

根据初中学过的物理常识，我们知道热传导会在两个有温差的物体间产生，会自发的从高温物体传至低温物体，那么，热传导会不会从低温物体传至高温物体呢?不会。我们把这种现象称之为—— ⒈热传导的方向性

在看另一个事实：扩散既然是分子无规则运动引起，那么，原来A容器中的气体分子扩散到B容器后，在自发的分离回到初始状态在现实中还从来没有发生过，这是不可能的，这说明—— ⒉扩散现象有方向性

事实三：有初速度的物体，在水平面上运动，总要停下来，因为摩擦生热，机械能转化成了内能;但是，由于内能的增量一部分转移到物体和地面，另一部分转移到了空中(通常称之为耗散)，我们要把这部分内能收集起来，然后通过某种机器或装置让它转化成物体重新运动的机械能，这可能吗?答案必然是否定的。甚至人们还尝试过，即便能够把这部分内能完全收集(不散失)，要使它完全转化成机械能，也是绝对不可能的。所以，我们说，涉及到热现象的—— ⒊能量转化有方向性

怎样表征这种热学过程的方向性呢?——

二、热力学第二定律

在介绍热力学第二定律之前，先介绍相关概念——

热机：将内能转化成机械能的装置。它们的主要工作原理都是利用高温高压的气体或蒸汽膨胀做功。如蒸汽机、汽轮机、燃气轮机、内燃机和喷气发动机等。内能的来源有燃料燃烧所放出的内能、地热以及原子能(转化)、太阳能(转化)等。热机的组成必须具备三个组成部分。其一是发热器，它是使燃料所释放出的能量转变为工作物质(简称工质)内能的装置;其二是工作部分，它是使工质消耗内能来做机械功的装置;其三是冷凝器，这部分是容纳工作部分排出的废工质的装置。热机工作时，工质从发热器得到的热量，只有一部分转变为机械功，其余部分都传给了冷凝器。

由于内能往机械能的转化不会自发的进行，所以热机事实上人为造就的、一种逆自然过程的能量转化装置。

科学家们对热机的工作进行了定量的研究，令工质从发热器得到的热量为Q1，最后被冷凝器带走的热量为Q2(最终耗散到大气、循环水中)，转变成机械功的只是W = Q1—Q2 。可不可以不设置冷凝器(不带走Q2)，令Q1 = W呢(物理语言叫热机的效率η=

W= 100%)?科学家们经过了种种努力，发现这是Q1不可能的。

也就是说：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来作功，而不引起其它变化。 这就是热力学第二定律。

对热机的定量研究事实映射出这样的信息：要将自发的热学过程人为地逆转，虽然是可能的，但必须付出代价(也就是所谓的“其它变化”——手段的代价、能量的代价)。

用心 爱心 专心

1 所以，我们也可以把热学过程的方向性就看成是是热力学第二定律的的一种体现。于是，热力学第二定律的一种更朴实的表述是：

不可能使热量从低温物体传至高温物体，而引起其它变化。我们通常把这种表述方式称为克劳修斯表述。与之对应的，先前的一种表述被称为开尔文表述。毫无疑问，这是为了纪念这两位科学家在该领域研究的突出贡献与成就。

关于克劳修斯表述，我们可以通过这样一个事实理解：通过人为的努力，电冰箱和空调实现了热量从低温物体往高温物体的传递，但是，我们付出了手段方面的代价：购置冰箱的经济代价、能量方面的代价(持续地缴纳电费)，甚至付出了环境方面的代价——定量研究表明，冰箱释放给环境的热量必然要多于从冷藏室吸收热量——和空调一样，它能使环境升温，是一种“损人利己”的发明(这就是所谓的“其它变化”)。

关于开尔文表述，一个反面的素材是：要制成效率为100%的热机是不可能的。 人们也把效率为100%的热机称为第二类永动机。

前面我们已经知道，第一类永动机违背的是热力学第一定律。那么，与之对应的，第二类永动机则是违背了热力学第二定律。

在热学过程中，有一些能量被环境吸收，无法继续回收，我们称为能量的耗散。 阅读课本，了解能量耗散现象。

作业布置：阅读教材

用心 爱心 专心 2