人教版高中物理選擇性必修第三冊(cè)第三章教案學(xué)案3.1功、熱和內(nèi)能的改變【學(xué)習(xí)目標(biāo)】一、知識(shí)與技能1．知道絕熱過(guò)程的含義。2．從熱力學(xué)的角度認(rèn)識(shí)內(nèi)能的概念。3．理解做功與內(nèi)能改變之間的關(guān)系。4．知道熱傳遞過(guò)程中，物體吸收（放出）熱量，溫度升高（降低），內(nèi)能改變。5．了解熱量的概念，熱量的單位是焦耳。二、過(guò)程與方法1．通過(guò)觀察、思考，知道物體的內(nèi)能是系統(tǒng)的一個(gè)狀態(tài)量。2．通過(guò)探究活動(dòng)，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)探究能力、提高科學(xué)思維水平。3．通過(guò)類比方法，建立內(nèi)能的概念。三、情感、態(tài)度與價(jià)值觀1．通過(guò)主動(dòng)參與學(xué)習(xí)活動(dòng)，激發(fā)學(xué)習(xí)物理的興趣。2．通過(guò)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，培養(yǎng)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。【學(xué)習(xí)重點(diǎn)】1．做功與內(nèi)能改變關(guān)系的探究。2．熱量與內(nèi)能改變關(guān)系的探究。3．內(nèi)能概念的建立?！緦W(xué)習(xí)難點(diǎn)】?jī)?nèi)能概念的建立?！緦W(xué)習(xí)過(guò)程】一、焦耳的實(shí)驗(yàn)1．系統(tǒng)只由于_____________________________而與外界交換能量，它不從外界_________，也不向外界___________，這樣的過(guò)程叫做絕熱過(guò)程。2．焦耳實(shí)驗(yàn)一（機(jī)械做功）重物下落帶動(dòng)輪葉旋轉(zhuǎn)，通過(guò)攪拌對(duì)絕熱容器內(nèi)的液體做功，使液體升溫，即狀態(tài)發(fā)生變化。結(jié)論：只要重力所做的功相同，容器內(nèi)水溫上升的數(shù)值都是______________，即系統(tǒng)狀態(tài)的變化是________________。3．焦耳實(shí)驗(yàn)二（電流做功）電流通過(guò)_______________使絕熱容器內(nèi)的液體溫度升高。結(jié)論：對(duì)同一系統(tǒng)，在絕熱過(guò)程中只要______________________相同，系統(tǒng)溫度上升的數(shù)值就相同，即系統(tǒng)的狀態(tài)變化相同。4．引導(dǎo)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：對(duì)于絕熱系統(tǒng)，從狀態(tài)1到狀態(tài)2，做功的值是_______________________，與具體做功的過(guò)程、方式______________。二、功與內(nèi)能的改變1．內(nèi)能任何一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)都必定存在一個(gè)只依賴于__________________________的物理量，這個(gè)物理量在兩個(gè)狀態(tài)間的差別與外界在絕熱過(guò)程中對(duì)系統(tǒng)所做的功相聯(lián)系。我們把這個(gè)物理量稱為系統(tǒng)的內(nèi)能。2．功和內(nèi)能改變關(guān)系：當(dāng)系統(tǒng)從狀態(tài)1經(jīng)過(guò)絕熱過(guò)程達(dá)到狀態(tài)2時(shí)，內(nèi)能的增加量△??=??2???1就等于________________________________________，即________________?？偨Y(jié)：做功可以改變系統(tǒng)的內(nèi)能。__________是系統(tǒng)內(nèi)能轉(zhuǎn)化的量度。（1）外界對(duì)系統(tǒng)做功，系統(tǒng)的內(nèi)能___________。（2）系統(tǒng)對(duì)外界做功，系統(tǒng)的內(nèi)能___________。例題1：下圖為某種椅子與其升降部分的結(jié)構(gòu)示意圖，M、N兩筒間密閉了一定質(zhì)量的氣體，M可沿N的內(nèi)壁上下滑動(dòng)，設(shè)筒內(nèi)氣體不與外界發(fā)生熱交換，在M向下滑動(dòng)的過(guò)程中（）A．外界對(duì)氣體做功，氣體內(nèi)能增大B．外界對(duì)氣體做功，氣體內(nèi)能減小C．氣體對(duì)外界做功，氣體內(nèi)能增大D．氣體對(duì)外界做功，氣體內(nèi)能減小答案：A例題2：地面附近有一正在上升的空氣團(tuán)，它與外界的熱交換忽略不計(jì)。已知大氣壓強(qiáng)隨高度增加而降低，則該空氣團(tuán)在上升過(guò)程中（不計(jì)氣團(tuán)內(nèi)分子間的勢(shì)能）（）A．體積減小，溫度降低B．體積減小，溫度不變C．體積增大，溫度降低D．體積減小，溫度不變答案：C三、熱與內(nèi)能的改變1．熱傳遞定義：______________________________________________________。2．熱傳遞的方式：_____________________________。3．發(fā)生熱傳遞的條件：當(dāng)物體之間或物體的不同部分之間______________________時(shí)才能發(fā)生熱傳遞。例題3：關(guān)于熱傳遞，下列說(shuō)法正確的是（）A．熱傳遞的實(shí)質(zhì)是溫度的傳遞B．物體間存在溫度差，才能發(fā)生熱傳遞C．熱傳遞可以在任何情況下進(jìn)行D．物體內(nèi)能發(fā)生改變，一定是吸收或放出了熱量答案：C4．熱與內(nèi)能的改變教師總結(jié)：_____________是在單純的傳熱過(guò)程中系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度。當(dāng)系統(tǒng)從狀態(tài)1經(jīng)過(guò)單純的傳熱達(dá)到狀態(tài)2，內(nèi)能的增量△??=??2???1就等于外界向系統(tǒng)傳遞的熱量??，即______________。當(dāng)熱量轉(zhuǎn)移到系統(tǒng)當(dāng)中，稱為_(kāi)_____熱，內(nèi)能_____________。當(dāng)熱量從系統(tǒng)轉(zhuǎn)移出去，稱為_(kāi)_____熱，內(nèi)能_____________。5．內(nèi)能與熱量的區(qū)別：（1）內(nèi)能是一個(gè)_____________量，一個(gè)物體在不同的狀態(tài)下有不同的內(nèi)能。（2）熱量是一個(gè)_____________量，它表示由于熱傳遞而引起的變化過(guò)程中轉(zhuǎn)移的能量，即內(nèi)能的改變量。（3）如果沒(méi)有熱傳遞，就沒(méi)有熱量可言，但此時(shí)仍有內(nèi)能?！揪毩?xí)鞏固】1．如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體密封在絕熱（即與外界不發(fā)生熱交換）容器中，容器內(nèi)裝有一可以活動(dòng)的絕熱活塞。今對(duì)活塞施以一豎直向下的壓力F，使活塞緩慢向下移動(dòng)一段距離后，氣體的體積減小。若忽略活塞與容器壁間的摩擦力，則被密封的氣體（）A．溫度傳感器B．壓力傳感器C．磁傳感器D．光傳感器答案：C2．如圖所示，絕熱容器中間用隔板隔開(kāi)，左側(cè)裝有氣體，右側(cè)為真空?，F(xiàn)將隔板抽掉，使左側(cè)氣體自由膨脹直至達(dá)到平衡，則在此過(guò)程中（不計(jì)氣體的分子勢(shì)能）（）A．氣體對(duì)外界做功，溫度降低，內(nèi)能減少B．氣體對(duì)外界做功，溫度不變，內(nèi)能減少C．氣體不做功，溫度不變，內(nèi)能不變D．氣體不做功，溫度不變，內(nèi)能減少答案：C3．下列說(shuō)法正確的是（）A．分子的動(dòng)能與分子的勢(shì)能的和叫做這個(gè)分子的內(nèi)能B．物體的分子勢(shì)能由物體的溫度和體積決定C．物體的速度增大時(shí)，物體的內(nèi)能增大D．物體的內(nèi)能減小時(shí)，物體的溫度可能增加答案：D4．一個(gè)鐵塊沿斜面勻速滑下，關(guān)于物體的機(jī)械能和內(nèi)能的變化，下列判斷中正確的是（）A．物體的機(jī)械能和內(nèi)能都不變B．物體的機(jī)械能減少，內(nèi)能不變C．物體的機(jī)械能增加，內(nèi)能增加D．物體的機(jī)械能減少，內(nèi)能增加答案：D5．如圖所示，絕熱具有一定質(zhì)量的活塞，活塞的上部封閉著氣體，下部為真空，活塞與器壁的摩擦忽略不計(jì)，置于真空中的輕彈簧的一端固定于理想氣體容器的底部。另一端固定在活塞上，彈簧被壓縮后用繩扎緊，此時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能為EP（彈簧處于自然長(zhǎng)度時(shí)的彈性勢(shì)能為零），現(xiàn)繩突然斷開(kāi)，彈簧推動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)多次往復(fù)運(yùn)動(dòng)后活塞靜止，氣體達(dá)到平衡態(tài)，經(jīng)過(guò)此過(guò)程（）A．EP全部轉(zhuǎn)換為氣體的內(nèi)能B．EP一部分轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢(shì)能，其余部分仍為彈簧的彈性勢(shì)能C．EP全部轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢(shì)能和氣體的內(nèi)能D．EP一部分轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢(shì)能，一部分轉(zhuǎn)換為氣體的內(nèi)能，其余部分仍為彈簧的彈性勢(shì)能答案：D6．一定質(zhì)量的氣體經(jīng)歷一緩慢的絕熱膨脹過(guò)程。設(shè)氣體分子間的勢(shì)能可忽略，則在此過(guò)程中（）A．外界對(duì)氣體做功，氣體分子的平均動(dòng)能增加B．外界對(duì)氣體做功，氣體分子的平均動(dòng)能減少C．氣體對(duì)外界做功，氣體分子的平均動(dòng)能增加D．氣體對(duì)外界做功，氣體分子的平均動(dòng)能減少答案：D7．在下述現(xiàn)象中沒(méi)有通過(guò)做功而使物體內(nèi)能改變的是（）A．電流通過(guò)電爐而使溫度升高B．在陽(yáng)光照射下，水的溫度升高C．鐵錘打鐵塊，使鐵塊溫度升高D．夏天在室內(nèi)放幾塊冰，室內(nèi)會(huì)變涼快答案：BD8．對(duì)于熱量、功、內(nèi)能三個(gè)量，下列說(shuō)法中正確的是（）A．熱量、功、內(nèi)能三個(gè)量的物理意義是等同的B．熱量和功二者可作為物體內(nèi)能大小的量度C．熱量、功和內(nèi)能的國(guó)際單位都相同D．熱量和功是由過(guò)程決定的，而內(nèi)能是由物體的狀態(tài)決定的答案：CD3.2熱力學(xué)第一定律【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．認(rèn)識(shí)物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)形式有多種，對(duì)應(yīng)不同運(yùn)動(dòng)形式的運(yùn)動(dòng)有不同形式的能，各種形式的能在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化。2．進(jìn)一步掌握能的轉(zhuǎn)化規(guī)律。3．運(yùn)用公式△U＝W+Q分析有關(guān)問(wèn)題并具體進(jìn)行計(jì)算?！緦W(xué)習(xí)重難點(diǎn)】熱力第一定律?！緦W(xué)習(xí)過(guò)程】1．熱力學(xué)第一定律：_________________________________________________________________________________________________________________________________________________。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：__________________2．定律中各量的正、負(fù)號(hào)及含義物理量符號(hào)意義符號(hào)意義W+－Q+－ΔU+－例題一定質(zhì)量的氣體，在被壓縮的過(guò)程中外界對(duì)氣體做功300J，但這一過(guò)程中氣體的內(nèi)能減少了300J，問(wèn)氣體在此過(guò)程中是吸熱還是放熱？吸收（或放出）多少熱量？解：由題意知W=300JΔU=-300J，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可得：Q=ΔU-W=-300J-300J=-600JQ為負(fù)值表示氣體放熱，因此氣體放出600J的熱量?！緩?qiáng)化訓(xùn)練】1．如圖所示，用力F壓縮氣缸中的空氣，力F對(duì)空氣做了1800J的功，同時(shí)氣缸向外放熱2000J，空氣的內(nèi)能改變了多少？參考解答：由熱力學(xué)第一定律：ΔU=W+Q得：＋1800J+（-2000）J=ΔU∴ΔU=-200J即空氣內(nèi)能減少了200J2．關(guān)于物體內(nèi)能的變化，以下說(shuō)法中正確的是（）A．物體吸收熱量，內(nèi)能一定增大B．物體對(duì)外做功，內(nèi)能一定減少C．物體吸收熱量，同時(shí)對(duì)外做功，內(nèi)能可能不變D．物體放出熱量，同時(shí)對(duì)外做功，內(nèi)能可能不變解析：根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q，物體內(nèi)能的變化與外界對(duì)氣體做功（或氣體對(duì)外界做功），氣體從外界吸熱（或向外界放熱）兩種因素有關(guān)，物體吸收熱量，但有可能同時(shí)對(duì)外做功，故內(nèi)能有可能不變甚至減小，故A錯(cuò)，同理，物體對(duì)外做功的同時(shí)有可能吸熱，故內(nèi)能不一定減小，B錯(cuò)；若物體吸收的熱量與對(duì)外做功相等，則內(nèi)能不變，C正確。而放熱與對(duì)外做功是使物體內(nèi)能減小，所以D錯(cuò)。所以本題正確答案為C?？偨Y(jié)：運(yùn)用熱力學(xué)第一定律解決問(wèn)題1．根據(jù)符號(hào)法則寫(xiě)出各已知量的正、負(fù)。2．根據(jù)方程求出未知量。3．再根據(jù)未知量結(jié)果的正、負(fù)來(lái)確定吸熱、放熱情況或做功情況?！揪毩?xí)鞏固】1．用活塞壓縮汽缸里的空氣，對(duì)空氣做了900J的功，同時(shí)汽缸向外散熱210J，汽缸里空氣的內(nèi)能改變了多少？2．如圖，在汽缸內(nèi)活塞左邊封閉著一定量的空氣，壓強(qiáng)與大氣壓相同。把汽缸和活塞固定，使汽缸內(nèi)空氣升高一定的溫度，空氣吸收的熱量為Q1。如果讓活塞可以自由滑動(dòng)（活塞與汽缸間無(wú)摩擦、不漏氣），也使汽缸內(nèi)空氣溫度升高相同溫度，其吸收的熱量為Q2。（1）Q1和Q2哪個(gè)大些？（2）氣體在定容下的比熱容與在定壓下的比熱容為什么會(huì)有不同？3．某風(fēng)景區(qū)有一處約20層樓高的瀑布，甚為壯觀。請(qǐng)估計(jì)：瀑布上、下水潭的水溫因瀑布的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能而相差多少？水的比熱容c為4.2×103J/。3.3能量守恒定律【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．掌握能量守恒定律，理解這個(gè)定律的重要意義。會(huì)用能量守恒的觀點(diǎn)分析物理現(xiàn)象。2．能綜合運(yùn)用學(xué)過(guò)的知識(shí)，用能量守恒定律進(jìn)行有關(guān)計(jì)算，分析、解決有關(guān)問(wèn)題?！緦W(xué)習(xí)重難點(diǎn)】能量轉(zhuǎn)化和守恒定律的理解及綜合應(yīng)用?！緦W(xué)習(xí)過(guò)程】一、探索能量守恒的足跡1．不同形式的能描述下圖分別主要描寫(xiě)的是什么形式的能。（）（）（）（）2．能量之間的轉(zhuǎn)化判斷下圖分別是哪幾種能量之間的相互轉(zhuǎn)化。（）（）（）（）3．能量守恒觀念的形成二、能量守恒定律在力學(xué)中，當(dāng)系統(tǒng)只有_____________________________做功時(shí)，系統(tǒng)的動(dòng)能與勢(shì)能會(huì)發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，而動(dòng)能與勢(shì)能的總量保持不變，這就是______________守恒定律。在熱力學(xué)領(lǐng)域內(nèi)，做功和熱傳遞可以改變系統(tǒng)的內(nèi)能，即系統(tǒng)內(nèi)能與系統(tǒng)外的能量會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移，但能的總量不會(huì)改變。____________________________，實(shí)際上就是內(nèi)能與其他能量發(fā)生轉(zhuǎn)化時(shí)的能量守恒定律。1．能量守恒定律：能量既不會(huì)___________________，也不會(huì)________________，它只能從一種形式___________另一種形式，或者從一個(gè)物體___________另一個(gè)物體，而在___________或___________過(guò)程中，能量的總量__________________。2．能量守恒定律的意義：（1）能量守恒定律同生物進(jìn)化論、細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)被恩格斯譽(yù)為19世紀(jì)的三個(gè)最偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。（2）能量守恒定律是在無(wú)數(shù)實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的，是自然科學(xué)的普遍規(guī)律之一。（3）自然界一切已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程都遵守能量守恒定律。凡是違反能量守恒定律的過(guò)程都是不可能實(shí)現(xiàn)的，例如“永動(dòng)機(jī)”只能以失敗而告終。（4）機(jī)械能守恒定律只是能量守恒定律的特例。三、永動(dòng)機(jī)不可能制成1．永動(dòng)機(jī)：_________________________________________，這種機(jī)器叫永動(dòng)機(jī)。2．人類對(duì)永動(dòng)機(jī)的追求閱讀材料：螺旋永動(dòng)機(jī)：著名科學(xué)家達(dá)·芬奇早在15世紀(jì)就提出過(guò)永動(dòng)機(jī)不可能的思想，他曾設(shè)計(jì)過(guò)一種轉(zhuǎn)輪。在轉(zhuǎn)輪邊沿安裝一系列的容器，容器中充了一些水銀，他想水銀在容器中移動(dòng)有可能使轉(zhuǎn)輪永遠(yuǎn)地轉(zhuǎn)動(dòng)，但是經(jīng)過(guò)仔細(xì)研究之后，得出了否定的結(jié)論。他從許多類似的設(shè)計(jì)方案中認(rèn)識(shí)到永動(dòng)機(jī)的嘗試是注定要失敗的。他寫(xiě)道：“永恒運(yùn)動(dòng)的幻想家們！你們的探索何等徒勞無(wú)功！還是去做淘金者吧！”滾球永動(dòng)機(jī)：17世紀(jì)，英國(guó)有一個(gè)被關(guān)在倫敦塔下叫馬爾基斯的犯人，他做了一臺(tái)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的“永動(dòng)機(jī)”，轉(zhuǎn)輪直徑達(dá)4.3米，有40個(gè)各重23千克的鋼球沿轉(zhuǎn)輪輻翼外側(cè)運(yùn)動(dòng)，使力矩加大，待轉(zhuǎn)到高處時(shí)，鋼球會(huì)自動(dòng)地滾向中心。據(jù)說(shuō)，他曾向英國(guó)國(guó)王查理一世表演過(guò)這一裝置。國(guó)王看了很是高興，就特赦了他。其實(shí)這臺(tái)機(jī)器是靠慣性來(lái)維持短時(shí)運(yùn)動(dòng)的。軟臂永動(dòng)機(jī)：19世紀(jì)有人設(shè)計(jì)了一種特殊機(jī)構(gòu)，它的臂可以彎曲。臂上有槽，小球沿凹槽滾向伸長(zhǎng)的臂端，使力矩增大。轉(zhuǎn)到另一側(cè)，軟臂開(kāi)始彎曲，向軸心靠攏。設(shè)計(jì)者認(rèn)為這樣可以使機(jī)器獲得轉(zhuǎn)矩。然而，他沒(méi)有想到力臂雖然縮短了，阻力卻增大了，轉(zhuǎn)輪只能停止在原地。磁力永動(dòng)機(jī)：大約在1570年，意大利有一位教授叫泰斯尼爾斯，提出用磁石的吸力可以實(shí)現(xiàn)永動(dòng)機(jī)。A是一個(gè)磁石，鐵球G受磁石吸引可沿斜面滾上去，滾到上端的E處，從小洞B落下，經(jīng)曲面BFC返回，復(fù)又被磁石吸引，鐵球就可以沿螺旋途徑連續(xù)運(yùn)動(dòng)下去。大概他那時(shí)還沒(méi)有建立庫(kù)侖定律，不知道磁力大小是與距離的平方成反比變化的，只要認(rèn)真想一想，其荒謬處就一目了然了。3．第一類永動(dòng)機(jī)概念：不需要任何動(dòng)力或燃料，卻能源源不斷地對(duì)外做功。結(jié)果：無(wú)一例外地歸于失敗。原因：_____________________________________________________。4．永動(dòng)機(jī)給我們的啟示人類利用和改造自然時(shí)，必須遵循自然規(guī)律?！揪毩?xí)鞏固】1．判斷（1）各種能量之間可以轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化，但總量保持不變。（√）（2）第一類永動(dòng)機(jī)因違背能量守恒定律，所以不可能制成。（√）（3）自由擺動(dòng)的秋千擺動(dòng)幅度越來(lái)越小，減少的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但總能量守恒。（√）2．第一類永動(dòng)機(jī)違反了什么而不能制成（）A．違反了熱力學(xué)第一定律B．違反了機(jī)械能守恒定律C．違反了能量守恒定律D．以上說(shuō)法都不對(duì)答案：C3．如圖所示容器中，A、B各有一個(gè)可自由移動(dòng)的輕活塞，活塞下是水，上為空氣，大氣壓恒定。A、B底部由帶有閥門K的管道相連，整個(gè)裝置與外界絕熱。原先A中水面比B中高，打開(kāi)閥門，使A中的水逐漸向B中流，最后達(dá)到平衡。在這個(gè)過(guò)程中，下面說(shuō)法正確的是（）A．大氣壓力對(duì)水做功，水的內(nèi)能增加B．水克服大氣壓力做功，水的內(nèi)能減少C．大氣壓力對(duì)水不做功，水的內(nèi)能不變D．大氣壓力對(duì)水不做功，水的內(nèi)能增加答案：D4．重1000kg的氣錘從2.5m高處落下，打在質(zhì)量為20kg的鐵塊上，要使鐵塊的溫度升高40℃以上，氣錘至少應(yīng)落下多少次？（設(shè)氣錘撞擊鐵塊時(shí)做的功有60%用來(lái)升高鐵塊的溫度，g取10m/s2，鐵的比熱容c＝4.62×102J/（kg?℃））答案：25次5．一木箱靜止于水平面上，現(xiàn)在用一個(gè)80N的水平推力推動(dòng)木箱前進(jìn)10m，木箱受到的摩擦力為60N，則轉(zhuǎn)化為木箱與地面系統(tǒng)的內(nèi)能U和轉(zhuǎn)化為木箱的動(dòng)能Ek分別是（）A．U＝200J，Ek＝600JB．U＝600J，Ek＝200JC．U＝600J，Ek＝800JD．U＝800J，Ek＝200J答案：B6．自由擺動(dòng)的秋千擺動(dòng)幅度越來(lái)越小，下列說(shuō)法中正確的是（）A．秋千的機(jī)械能守恒B．秋千的能量正在消失C．只有動(dòng)能和重力勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化D．減少的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但總能量守恒答案：D7．“第一類永動(dòng)機(jī)”是不可能制成的，這是因?yàn)樗ǎ〢．不符合熱力學(xué)第一定律B．做功產(chǎn)生的熱量太少C．由于有摩擦、熱損失等因素的存在D．找不到合適的材料和合理的設(shè)計(jì)方案答案：A8．行駛中的汽車制動(dòng)后滑行一段距離，最后停下；流星在夜空中墜落并發(fā)出明亮的火焰；降落傘在空中勻速下降；條形磁鐵在下落過(guò)程中穿過(guò)閉合線圈，線圈中產(chǎn)生電流。上述不同現(xiàn)象中所包含的相同的物理過(guò)程是（）A．物體克服阻力做功B．物體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量C．物體的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量D．物體的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量答案：AD3.4熱力學(xué)第二定律【學(xué)習(xí)目標(biāo)】一、知識(shí)與技能1．了解熱傳導(dǎo)過(guò)程的方向性。2．了解熱力學(xué)第二定律的兩種不同表述，以及這兩種表述的物理實(shí)質(zhì)。3．了解什么是能量耗散，知道能源是有限的。二、過(guò)程與方法培養(yǎng)學(xué)生通過(guò)日常生活現(xiàn)象概括物理規(guī)律的能力。三、情感、態(tài)度與價(jià)值觀知道要有效地利用自然界提供的各種能源，必須遵循自然界的規(guī)律?！緦W(xué)習(xí)重難點(diǎn)】熱力學(xué)第二定律的兩種不同表述，以及兩種表述的物理實(shí)質(zhì)。【學(xué)習(xí)過(guò)程】一、熱力學(xué)第二定律1．熱力學(xué)第二定律的一種表述——克勞修斯表述（熱傳導(dǎo)的方向性）（1）熱力學(xué)第二定律（概念）：反映________________過(guò)程的___________的定律。（2）克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從________________傳到_______________。即熱傳導(dǎo)的過(guò)程具有_________________。2．熱力學(xué)第二定律的另一種表述——開(kāi)爾文表述（機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性）（1）熱機(jī)①熱機(jī)工作的兩個(gè)階段第一個(gè)階段是___________________，把燃料中的化學(xué)能變成工作物質(zhì)的內(nèi)能。第二個(gè)階段是工作物質(zhì)_____________________，把自己的內(nèi)能變成機(jī)械能。②熱機(jī)的效率：熱機(jī)輸出的機(jī)械功W與燃料產(chǎn)生的熱量Q的比值。用公式表示為_(kāi)_____________________。（2）開(kāi)爾文表述：不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。即機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化具有___________________。（3）熱力學(xué)第二定律的其他描述①氣體向真空的自由膨脹是_______________的。②一切宏觀自然過(guò)程的進(jìn)行都具有_____________________。3．第二類永動(dòng)機(jī)①定義只從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)橛杏霉Χ灰鹌渌兓腳__________。②第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成第二類永動(dòng)機(jī)不違背______________________，但違背________________________。4．熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律的關(guān)系。（1）熱力學(xué)第一定律揭示了_________________和_______________對(duì)改變物體內(nèi)能的規(guī)律關(guān)系ΔU＝_____________________，指明內(nèi)能不但可以轉(zhuǎn)移，而且還能跟其他形式的能相互轉(zhuǎn)化。熱力學(xué)第一定律就是_____________與其他能量發(fā)生轉(zhuǎn)化時(shí)的能量守恒定律，是從能的角度揭示不同物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式相互轉(zhuǎn)化的可能性。告誡人們：第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成。熱力學(xué)第一定律只有一種表述形式。（2）熱力學(xué)第二定律的每一種表述都揭示了大量分子參與的宏觀過(guò)程的___________。如機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而不引起其他變化，進(jìn)而使人們認(rèn)識(shí)到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性。告誡人們：第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成。熱力學(xué)第二定律有_____________表述形式。（3）兩定律的關(guān)系：熱力學(xué)第一定律是和熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過(guò)程中能量守恒的表達(dá)形式，說(shuō)明功及熱量與內(nèi)能改變的定量關(guān)系，而第二定律指出了能量轉(zhuǎn)化與守恒能否實(shí)現(xiàn)的條件和過(guò)程進(jìn)行的方向，指出了一切變化過(guò)程的自然發(fā)展方向不可逆，除非靠外界影響。所以二者相互獨(dú)立，又相互補(bǔ)充。5．兩類永動(dòng)機(jī)的比較分類第一類永動(dòng)機(jī)第二類永動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)要求_____________任何能量，可以不斷對(duì)外做功（或只給予很小的能量啟動(dòng)后，可以永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去）。將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為_(kāi)___________，而不引起其他變化（或只有一個(gè)熱庫(kù)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)化）。不可能的原因違背了______________________。違背了______________________。判一判（1）任何物體的內(nèi)能就是組成該物體的所有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能的總和。（）（2）滿足能量守恒定律的物理過(guò)程都能自發(fā)進(jìn)行。（）（3）將海水溫度自動(dòng)下降時(shí)釋放的內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。（）（4）能夠制成的熱機(jī)既不違背能量守恒定律，也不違背熱力學(xué)第二定律。（）提示：（1）× （2）× （3）× （4）√二、能源是有限的根據(jù)熱力學(xué)第二定律，分散在環(huán)境中的內(nèi)能不管數(shù)量多么巨大，它也只不過(guò)能使地球、大氣稍稍變暖一點(diǎn)，卻再也不能自動(dòng)聚集起來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)器做功了。這樣的轉(zhuǎn)化過(guò)程叫作“___________________”。能源的使用過(guò)程中雖然能的總量保持守恒，但能量的品質(zhì)下降了。雖然能量總量不會(huì)減少，但____________________會(huì)逐步減少，因此______________是有限的資源。三、熵與熵增加原理自然界的很多過(guò)程是________________的。例如，一個(gè)容器被隔板均分為A、B兩部分，一定量的氣體處于容器A中，而B(niǎo)為真空。抽取隔板K，A中的氣體就會(huì)擴(kuò)散到B中，最后整個(gè)容器的A、B兩部分都均勻地分布了這種氣體。這個(gè)過(guò)程顯然是不可逆的。1850年，克勞修斯首次提出熵的概念，熵可用來(lái)表達(dá)一個(gè)系統(tǒng)的無(wú)序程度，系統(tǒng)從有序向無(wú)序的發(fā)展過(guò)程中熵在增加。在物理學(xué)中，不與外界進(jìn)行物質(zhì)和能量交換的系統(tǒng)叫做孤立系統(tǒng)。在自發(fā)過(guò)程中，系統(tǒng)總是自發(fā)地向無(wú)序方向發(fā)展，即一個(gè)孤立系統(tǒng)的熵值總是不減少的，這就是____________________。【鞏固練習(xí)】1．下列說(shuō)法正確的是（）A．機(jī)械能全部變成內(nèi)能是不可能的B．第二類永動(dòng)機(jī)不可能制造成功的原因是因?yàn)槟芰考炔粫?huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或從一種形式轉(zhuǎn)化成另一種形式C．根據(jù)熱力學(xué)第