最新人教版高中物理选修3-3第十章《热力学第二定律》课堂探究
最新人教版高中物理选修3-3第十章《热力学第二定律》共同成长
共同成长见仁见智谈谈在生活中遇到热传导的方向性现象.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，结果使高温物体的温度降低，低温物体的温度升高.李玉：“自发地”过程就是不受外来干扰进行的自然过程.例如：气体的扩散现象；连通器下面有个开关，两边水柱不一样高，打开开关，两管水柱相平却不能再复原；人不能返老还童；在化学变化中，有一些变化可以向能量最低状态、无序状态变化等等.王芳：要将热量从低温物体传向高温物体，必须有“外界的影响或帮助”，就要有外界对其做功才能完成，电冰箱就是一例.张亮：在整个自然界中，无论有生命的或无生命的，所有的宏观自发过程都具有单向性，都有一定的方向性，都是一种不可逆过程，如河水向下流，重物向下落，山岳被侵蚀，房屋衰朽倒塌，人的一生从婴儿到老年到死亡等等.我的观点：_____________________________________________________________________. 读书做人开尔文1824年6月26日开尔文生于爱尔兰的贝尔法斯特.他从小聪慧好学，10岁时就进格拉斯哥大学预科学习.17岁时，曾立志：“科学领路到哪里，就在哪里攀登不息.”1845年毕业于剑桥大学，在大学学习期间曾获兰格勒奖金第二名，史密斯奖金第一名.毕业后他赴巴黎跟随物理学家和化学家V.勒尼奥从事实验工作一年，1846年受聘为格拉斯哥大学自然哲学(物理学当时的别名)教授，任职达53年之久.由于装设第一条大西洋海底电缆有功，英政府于1866年封他为爵士，并于1892年晋升为开尔文勋爵，开尔文这个名字就是从此开始的.1890～1895年任伦敦皇家学会会长.1877年被选为法国科学院院士.1904年任格拉斯哥大学校长，直到1907年12月17日在苏格兰的内瑟霍尔逝世为止.开尔文研究范围广泛，在热学、电磁学、流体力学、光学、地球物理、数学、工程应用等方面都作出了贡献.他一生发表论文多达600余篇，取得70种发明专利，他在当时科学界享有极高的名望，受到英国本国和欧美各国科学家、科学团体的推崇.他在热学、电磁学及它们的工程应用方面的研究最为出色.思考：开尔文求学精神对你有什么启发？说出热力学第二定律的开尔文表述.。
高中物理(人教版)选修3-3教学课件：第十章 第4节 热力学第二定律 第5节 热力学第二定律的微观解
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的热量的比值叫作热机的效率,用 η 表示,即 η= ,因为 W<Q1,所以
热机的效率不可能达到 100%。
3.开尔文表述: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。
三、有序和无序 宏观态和微观态
1.有序和无序:只要确定了某种规则,符合这个规则的就叫作有
是分子热运动无序性的量度。
2.熵增加原理:一个系统的熵随着系统状态的变化而变化。在
任何自然过程中,一个孤立系统的熵不会减少。这是用熵表示的热
力学第二定律,为此又把热力学第二定律叫作熵增加原理。
3.从微观的角度看,热力学第二定律是一个统计规律:一个孤立
系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展,而熵值较大代表着较为
序,不符合某种确定规则的称为无序。
无序意味着各处都一样,平均、没有差别,有序则相反。有序和
无序是相对的。
2.宏观态和微观态:在统计物理学中,符合某种规定、规则的状
态,叫作热力学系统的宏观态。若规定、规则不同,则同一宏观态对
应不同的微观态。
系统的宏观态所对应的微观态的多少表现为宏观态无序程度
的大小。如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多,就说这个“宏观
的,试列举一些生活中的有序无序对比的现象,比较哪种状态更容易
出现。
答案:任何事物放在一起总是呈现出有序或无序的排列,例如,国
庆典礼中的解放军方队,整齐有序,而春运期间火车站中拥挤的人群,
杂乱无章;按顺序花色排列的扑克牌,把这些扑克牌随意地洗几下或
抛撒开来变得杂乱无序;神奇的魔方,六面中每一面都同色很难,而任
意排列则很容易……稍作对比我们不难发现,生活中的无序要比有
最新人教版高中物理选修3-3第十章《热力学第二定律的微观解释》拓展延伸
拓展延伸
疑难突破
对熵的理解
1．熵是反映系统无序程度的物理量，正如温度反映物体内分子平均动能大小一样．系统越混乱，无序程度越大，就称这个系统的熵越大．
2．系统自发变化时，总是向着无序程度增加的方向发展，至少无序程度不会减少．也就是说，系统自发变化时，总是由热力学概率小的状态向热力学概率大的状态进行．从熵的意义上说，系统自发变化时总是向着熵增加的方向发展，不会使熵减少．3．任何宏观物质系统都有一定量的熵，熵也可以在系统的变化过程中产生或传递．4．一切自然过程的发生和发展中，总熵必定不会减少．
思考发现
1．从分子热运动的角度解释热传递的方向性：一切自然过程总是向着分子热运动的无序性增大的方向进行的．
2．在熵增加的同时，一切不可逆过程总是使能量逐渐丧失做功的本领，从可利用状态转化为不可利用状态，造成能量的品质降低．
3．用熵的概念来表示热力学第二定律，可以表述为：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小．
4．热力学系统的一个宏观态对应多个微观态，不同的宏观态对应的微观态个数一般不同，对应微观态个数较少的为有序状态，熵小；对应微观态个数多的为无序状态，熵大．宏观上的平衡态，对应微观态个数最多，熵最大．
我的发现：。
人教版高中物理选修(3-3)第十章 第4讲《热力学第二定律》ppt课件
宏观自发过程都具有单向性，都有一定的方向性，都是
一种不可逆过程.
第4讲 热力学第二定律
9
例1 下列说法正确的是(
)
A.热量能自发地从高温物体传给低温物体
B.热量不能从低温物体传到高温物体
C.热传递是有方向性的
D.气体向真空中膨胀的过程是有方向性的
第4讲 热力学第二定律
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解析
如果是自发地进行，热量只能从高温物体传到低温
第4讲 热力学第二定律
6
课堂讲义
理解·深化·探究
一、宏观过程的方向性 1.热传导具有方向性：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，结果使高温物 体的温度降低，低温物体的温度升高. 2.气体的扩散现象具有方向性：两种不同的气体可以自发 地进入对方，最后成为均匀的混合气体，但这种均匀的 混合气体，决不会自发地分开，成为两种不同的气体.
第4讲 热力学第二定律
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借题发挥
(1)一切物理过程均遵守能量守恒定律，但遵
守能量守恒定律的物理过程不一定均能实现. (2)热力学第二定律的关键在于“自发性”和“方向性”.
第4讲 热力学第二定律
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例3 第二类永动机不可能制成的原因是( D ) A.违背了能量守恒定律 B.热量总是从高温物体传递到低温物体 C.机械能不能全部转化为内能 D.内能不能全部转化为机械能而不引起其他变化
)
A.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 B.没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全 部用来做功，而不引起其他变化的热机是可以实现的 C.制冷系统将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气中，而不引 起其他变化 D.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
2024-2025学年高中物理第10章热力学定律5热力学第二定律的微观解释教案2新人教版选修3-3
3. 学生需了解实际生活中的热现象，如热传递、热能转化等，从而能够将理论知识与实际应用相结合。
教学内容主要包括：
1. 热力学第二定律的表述及意义。
2. 熵的概念及其在热力学第二定律中的应用。
3. 微观角度解释热力学第二定律，如分子运动规律、概率论等。
八、板书设计
① 热力学第二定律的表述及意义：
- 熵的概念及其在热力学第二定律中的应用。
- 熵增原理的表述及其意义。
② 微观角度解释热力学第二定律：
- 分子动理论的基本原理。
- 微观粒子的运动规律及其对热力学第二定律的影响。
- 概率论在热力学第二定律中的应用。
③ 热力学第二定律的实际例子分析：
- 生活中的热现象，如热传递、热能转化等。
3. 在线学习平台：利用在线学习平台提供丰富的学习资源和练习题，方便学生自主学习和巩固知识。
4. 互动式教学：通过问答、讨论等形式，鼓励学生积极参与课堂互动，提高学生的思维能力和解决问题的能力。
5. 实验教学：安排实验课程，让学生亲身体验热力学第二定律的应用，提高学生的实践操作能力和科学探究能力。
五、教学流程
2. 提升学生的科学探究能力，通过实例分析和讨论，培养学生运用热力学第二定律解决实际问题的能力。
3. 增强学生对物理学科的兴趣和热情，通过联系现代科学技术领域中的应用，使学生认识到热力学第二定律在现实生活中的重要性。
4. 培养学生良好的团队合作意识，通过小组讨论和合作，培养学生共同解决问题的能力。
三、学习者分析
- 结合实际例子，如冰箱、空调等，讲解热力学第二定律在这些设备中的应用。
物理选修3-3课后训练：第十章4热力学第二定律含解析
课后训练1．热力学定律表明自然界中与热现象有关的宏观过程（）。
A．有的只遵守热力学第一定律B．有的只遵守热力学第二定律C．有的既不遵守热力学第一定律，也不遵守热力学第二定律D．所有的都遵守热力学第一、第二定律2．关于空调机，下列说法中正确的是（）。
A．制冷空调机工作时，热量从低温物体传到高温物体B．制暖空调机工作时，热量从高温物体传到低温物体C．冷暖空调机不论是制冷还是制暖时，热量总是从低温物体传到高温物体D．以上说法都不对3．下列说法中正确的是（）。
A．物体的内能就是组成该物体的所有分子热运动动能的总和B．随着高科技的发展，绝对零度是可以达到的C．做功和热传递在改变内能的方式上是不同的D．气体向真空的自由膨胀是可逆的4．下列说法中正确的是（)。
A．热传导的过程是有方向性的B．第二类永动机不可能制成，因为它违反了能量守恒定律C．第二类永动机不可能制成，因为机械能和内能的转化过程具有方向性D．热力学第二定律表明，所有的物理过程都具有方向性5．根据热力学第二定律可知，下列说法中正确的是（）。
A．热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体B．热量能够从高温物体传到低温物体，也可以从低温物体传到高温物体C．没有外界的帮助,机械能可以全部转化为内能，但内能不可以全部转化为机械能D．没有外界的帮助,机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部转化为机械能6．下列说法中正确的是().A．布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的分子无规则运动的反映B．没有摩擦的理想热机可以把吸收的能量全部转化为机械能C．知道某物质的摩尔质量和密度可求出阿伏加德罗常数D．内能不同的物体，它们分子热运动的平均动能可能相同7．下列关于热机的说法中，正确的是（)。
A．热机是把内能转化成机械能的装置B．热机是把机械能转化为内能的装置C．只要对内燃机不断进行革新,它可以把气体的内能全部转化为机械能D．即使没有漏气,也没有摩擦等能量损失,内燃机也不能把内能全部转化为机械能8。
最新人教版高中物理选修3-3第十章《热力学第二定律的微观解释》共同成长
共同成长见仁见智熵有哪些基本性质？你是怎样理解熵的？史慧：熵的微观意义是系统内分子热运动无序性的量度.丁波：熵表示一个体系自由度的物理量.熵越大，表示在这个体系下的自由度越大，可能达到的状态越多.万青：熵不是守恒的量，在孤立体系中经过一不可逆过程，熵总是增加的.王雨：熵的本质是体系微观混乱度的量度，混乱度越大，熵值也越大.我的观点：____________________________________________________________________. 读书做人熵与生命热力学第二定律的原理是：热量从高温体传向低温体，但总能量守恒，且不断减少做功能力.在一个热机系统中，系统热效率越高，能量转换为有用功的能越多.但无论怎样改进热机，也永远无法达到热、功之间的完全转换，因为在热转换中能量的耗散是无法避免的.为了表述热机系统能量转换为有用功程度的大小，克劳修斯为第二定律引入了一个新概念——“熵”.熵的原意是转变，在数学上它是热机系统状态的函数，熵小意味着一个系统热量转变为有用功的程度高，熵大则表示转变程度低，这就区分出了有用的能量交换与不可逆地耗散掉的能量的关系.热力学第二定律的意义很快超出物理领域.通过熵的数学表述，在一个热力学系统中，熵增指热能量耗散增加，意味着热能在做功中部分向系统环境耗散了.这个过程是不可逆的，因此熵只能是正或为零.这样，熵增就表示着热力学系统内部一种不可逆的过程.克劳修斯1865年的第二定律的宇宙论推论：“宇宙的能量是常量；宇宙的熵趋于最大”，即所谓的“宇宙热寂说”，引起了极大的争议.但现代宇宙大爆炸说已经证明，宇宙是有自身时间的箭，因而是有一个从生到死的生命演化过程的.这样，人类在追求宇宙和自身的永恒中，通过热力学语言，很不情愿地发现了与我们人类的生命感觉相一致的、正如远古哲人孔子所述的“逝者如斯夫”那样的宇宙事实：时间并不是幻觉，而是物体有方向的变化过程；时间具有方向性，是不可逆的，无论是宇宙还是我们人类，只能从生到死，而不可倒逆.过程的终点虽然被认为是热寂与死亡，但由热力学所开创的复杂性，科学同时也就揭示了“生”“成长”“生命力”“自然演化”的时间秘密，开拓了建立人与自然一种新型关系的道路，使我们人类能正确认识自身在整个自然中的位置，从而有可能建构出一种促成人类与自然和平共处、共同发展的新的科学体系和价值体系.生命系统之所以能维持自身的有序，就是因为它有新陈代谢，有自由能的驱动.在热力学上，与无序相对抗的自由能和信息都称为负熵，所以薛定谔曾经说过“生命以负熵为生”——谁如果要是不相信薛定谔的这句话，他可以切断对自己生命体的负熵流的供应体会一下，仅三天不吃饭，他就能体味到“生命以熵为生”的真理.问题：1.请你用熵增原理解释一下生活中的自然现象.2.以“熵与人类”为题，写一篇文章，体裁不限.。
高中物理选修3---3第十章第四节《热力学第二定律》新课教学课件
【例题】根据热力学第二定律，下列说法正 确的是（ BD ） A．热量可以从高温物体传到低温物体，但不 能从低温物体传到高温物体 B．热量可以从高温物体传到低温物体，也可 能从低温物体传到高温物体 C．机械能可以全部转化为内能，但内能不可 能全部转化为机械能 D．机械能可以全部转化为内能，内能也可能 全部转化为机械能
不能自发地进行，必须要有外界的影响才能发生。
思考与讨论
问题：在平地上滚动的足球克服摩擦力做功，其动能转化 为内能，最终停下来，同时足球、地面及周围空气的温度 略有上升。这种现象是能够“自发地”进行，还是必须有 “外界影响”才能发生？
是一种能够自发地进行的 自然规律。不需要外界的影响。
问题：静止的足球和地面、周 围的空气降低温度释放内能， 并将释放的内能全部转化为动 能，让足球又滚动起来。这种 现象是能够“自发地”进行， 还是必须有“外界影响”才能 发生？
问题：观察动态图，图中的热量是从 低温物体传到高温物体，还是从高温 物体传到低温物体？这种现象是自发 进行的，还是有外界影响而发生的？
图中的热量是从低温物体传到高 温物体。这种现象在外界影响下发生 的，不能自发进行。
一、热力学第二定律：
3.表述一（克劳修斯表述）： 热量不能自发地从低温物体传到高温物体。
4.注意：
“热量是能够从低温物体传到高温物体的”， 只不过，这一过程不能自发进行，必须要有外界的 影响，人为的干扰才能够发生。
问题：观察动态图，图中容器内安装 有由叶片组成的搅拌器。让重物匀速 下降带动叶片搅拌容器中的水，叶片 与水摩擦引起水温上升。这种现象中 的能量转化有什么特点？
通过摩擦力做功，将机械能全部 转化为内能。 问题：观察动态图，图中是一种热机 ---利用内能做功的机械。容器中的 气体吸收热量后膨胀对外做功。将内 能转化为机械能。气体的内能能否全 部转化为机械能呢？
高二物理人教版选修3-3 10.4热力学第二定律教案
热力学第二定律重/难点重点：热力学第二定律及所反映出的热现象的宏观过程的方向性。
难点：热力学第二定律中所描述的"不发生其他变化"。
重/难点分析重点分析：不可能使热量从低温物体传递到高温物体而不产生其他变化。
不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不产生其他变化。
难点分析：不产生其他变化是指没有其他物理过程参与。
能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有的方向性。
说明能量耗散不是能量损失，只是可便于利用的能量减少了。
突破策略一、引入新课教师说明：在能量守恒定律中，存在着能量的"转移"和"转化"，具体到热力学第二定律，内能和内能之间存在着"转移"以及内能和机械能之间也存在着"转化"的过程，引入课题：热力学第二定律。
二、新课教学（一）内能的转移内能转移实质就是热传递。
举例：1 冰箱中的冰激凌在停电时的融化过程，引导学生分析融化的原因。
（热量可以从高温物体传递给低温物体）2 冰箱里的冰激凌在冰箱正常工作时并没有融化。
进一步引导学生思考热量只能从高温物体传递给低温物体这种说法是否妥当。
如果不妥当应该怎样说。
从而得出所谓的热量从高温物体向低温物体传递是一个自发的过程，热量从低温物体向高温物体转移需要其他的物理过程参与。
（以模拟动画说明内能转移过程的方向性）得出热力学第二定律克劳修斯表述：不可能使热量从低温物体传递到高温物体而不产生其他变化。
内能转移过程的方向性。
说明: 不产生其他变化是指没有其他物理过程参与。
例1. “热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体”这一说法是否正确?为什么?解析：这一说法是不正确的。
热力学第二定律只是说热量不能自发地从低温物体传向高温物体，略去了“自发地”，通过外力做功是可以把热量从低温物体提取到高温物体的，例如电冰箱的致冷就是这一情况。
显然这已引起了其他的变化。
最新人教版高中物理选修3-3第十章《热力学第二定律的微观解释》课堂探究
课堂探究一、有序和无序、宏观态和微观态问题探究生活中我们常说到有序和无序这两个词，物理中的有序和无序是指什么呢？要点详解1．有序和无序确定某种规则，符合这个规则的就是有序的，不符合确定的规则和要求的分布是无序的．无序意味着各处都一样、平均、没有差别；而有序则是相反．有序与无序是相对的．一副扑克牌，指定按黑桃、红桃、草花、方块的顺序排列，但对号码的大小不作要求，这样的排列对于完全杂乱的一副牌来说是有序的，但对于不仅有花样方面的要求，而且对号码顺序也有要求的排列来说，就是无序的了．2．宏观态和微观态规定了某种规则，我们就规定了一个“宏观态”，这个“宏观态”可能包含一种或几种“微观态”，不同的“宏观态”对应的“微观态”的个数不同．如果一个“宏观态”，对应的“微观态”比较多，就说这个“宏观态”是比较无序的．我们以气体向真空的扩散为例来认识宏观态和微观态．一个箱子被挡板分为左、右两室，左室有气体，右室为真空．撤去挡板后气体要由左向右扩散．我们从分子热运动的角度分析这个过程的方向性．为了简单，假定气体只由A、B、C、D共4个分子组成．撤去挡板后每个分子都可以处于箱中任何位置，就像队列解散后的学生一样．如果细致地区分哪个分子在哪侧，这样的一个一个的状态就是不同的微观态．例如，“A、B在左室，C、D在右室”与“A、C在左室，B、D在右室”，就是两个不同的微观态．当然“A在左室，B、C、D在右室”也是与前两个不同的微观态．甲、乙、丙、丁是4个不同的微观态，但甲、乙属于同一个宏观态，丙、丁属于另一个宏观态但是，宏观的观察并不能区分图甲和乙的两个微观态，我们只能说两种情况下左右两室中分子数的密度是一样的，因此，我们说，图甲和图乙属于同一个宏观态；而图丙和图丁，尽管从微观上看具体分子的位置并不一样，是不同的微观态，它们也属于同一个宏观态，都是“左1右3”．二、热力学第二定律的微观解释问题探究质量相同、温度相同的水，如图分别处于固态、液态和气态三种状态下，它们的熵的大小有什么关系？为什么？水的三种状态的微观结构示意图要点详解1．热力学第二定律的微观解释一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行．我们所说的有序状态，指的是对应着较少微观态的那样的宏观态．自发地过程总是倾向于出现与较多微观态对应的宏观态，因此自发地过程总是从有序向着无序发展的．即一切自然过程总是沿着无序性增大的方向进行的．状元笔记既然微观态的数目Ω是分子运动无序性的一种量度，由于Ω越大，熵S也越大，那么熵S自然也是系统内分子运动无序性的量度．2．熵(1)熵的概念：物理学中用字母Ω表示一个宏观状态所对应的微观状态的数目，用字母S表示熵，有：S＝kLnΩ式中k叫做玻耳兹曼常数．熵是热力学中的一个重要状态函数（或叫状态参量），热力学系统（研究对象）处于任何一个状态都对应着一个熵函数，常用S表示．熵的大小表征着热力学系统内粒子热运动的杂乱无章的程度．熵值越大的状态，系统内粒子热运动就越混乱无序；熵值越小的状态，系统内粒子热运动的无序性就越小．由熵的定义可知，熵较大的宏观状态就是无序程度较大的宏观状态，也就是出现概率较大的宏观状态．在自然过程中熵总是增加的，其原因并非因为有序是不可能的，而是因为通向无序的渠道要比通向有序的渠道多得多．把事情搞得乱糟糟的方式要比把事情做得整整齐齐的方式多得多．从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律：一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序度更大的方向发展．在前面“问题探究”中，固体自发地熔化为液体，固体的结晶要比液体整齐有序，液体自发地蒸发为气体，液体分子的分布比气态分子要集中有序，所以，气态时的熵最大，其次是液体，固态时的熵最小．(2)熵增加原理根据熵的含义，热力学系统处于非平衡态时的粒子热运动有一定的有序性，因此，其熵值较小；当其达到平衡态后，其粒子热运动的无序性达到极高程度，使其熵值达到最大值．对于绝热或孤立的热力学系统而言，所发生的是由非平衡态向着平衡态的变化过程，因此，总是朝着熵增加的方向进行．或者说，一个孤立系统的熵永远不会减小．这就是熵增加原理，也就是热力学第二定律的另一种表述形式．在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小，如果过程可逆，则熵不变；如果过程不可逆，则熵增加．【示例】关于熵的有关说法错误的是（）A．熵是系统内分子热运动无序性的量度B．在自然过程中熵总是增加的C．热力学第二定律也叫做熵减小原理D．熵值越大代表着越无序解析：如果过程是可逆的，则熵不变；如果不可逆，则熵是增加的，而且一切自然过程都是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行．答案：C。
人教版高中物理选修3-3第10章第5节热力学第二定律的微观解释教案设计
热力学第二定律的微观解释
教学目标
（一）知识与技能
1．了解序的概念，区分有序和无序。
2．知道宏观态与微观态，知道微观态的数目与无序程度的对应关系。
3．知道熵的概念，初步了解熵是描述系统无序程度的物理量。
了解熵增加原理，知道它是热力学第二定律的另一种表述。
4．体会现实生活中的熵增加原理。
（二）过程与方法
1．学会通过现象总结规律的科学方法
2．知道熵的概念，知道任何自然过程中一个孤立系统的总熵不会减少
（三）情感、态度与价值观
培养分析、归纳、综合能力。
教学重点
热力学第二定律的微观意义。
教学难点
熵的概念的建立
教学方法
小组讨论，理论联系实际，演绎和归纳
教学过程。
选修3-3第十章 第四节 热力学第二定律课件
烧红的铁块放水里
看图描述其热传递过程，并说出其逆过程，思考其逆过程 能否自发地发生？
热鸡蛋放凉水里
热馒头变凉 雪花在手上融化成水
大量的传热过程告诉我们：热量会自发地从高温物体传 到低温物体，而不能自发地从低温物体传到高温物体。 要实现热量从低温物体传到高温物体，必须借助外界的 帮助，因而产生其他影响或引起其他变化。（如电冰箱）
引起其他变化。）
热机：把内能转化为机械能的一种装置。
蒸汽机
汽轮机
内燃机
蒸 汽 机
汽 轮 机
内 燃 机
实际上热机不可能把它得到的内能全部转化为机械能。
热机工作时从高温热库吸收的热量Q,只有一部分用来做功 ，转变为机械能，另一部分热量要排放到低温热库 （冷凝器或大气），即热机效率不可能达到100％ .
2.扩ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ现象具有方向性
气体扩散
墨水扩散
3.机械能与内能的转化具有方向性：
小物体在固定木板上滑行，最后停下， 小物块的机械能自发地全部转化为内能， 但相反的过程不可能自发地完成。
机械能可以自发地全部转化为内能 ，但内能却不 能自发地全部转化为机械能。
4.气体向真空的自由膨胀具有方向性
气体真空的自由膨胀
三、第二类永动机
第二类永动机： 人们把想象中的效率为100％的热机，即从单一热库吸 热，全部用来做功，而不产生其他影响的热机叫第二类 永动机。 第二类永动机虽然不违背能量守恒定律，但是违背了热 力学第二定律，故而不可能制成。 热力学第二定律的表述二也可以表述为：第二类永动机 是不可能制成的。 回答第60页“思考与讨论”中所提出的问题。
表述二（开尔文表述）：
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。 （不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做
2024-2025学年高中物理第十章热力学定律4热力学第二定律(3)教案新人教版选修3-3
作业布置：
1.完成本节课的课堂练习题，加深对热力学第二定律的理解。
2.分析生活中的热力学现象，如空调、冰箱等，并解释其工作原理。
3.计算一个理想气体系统的熵变，使用公式和步骤。
4.设计一个卡诺循环，并计算其效率。
5.分析热力学第二定律在环境科学中的应用，如全球气候变化、能源利用等。
作业反馈：
最后，我发现学生在作业完成方面存在一些问题。为了提高学生的作业完成质量，我计划在未来的教学中增加更多的作业反馈和指导，让学生在完成作业时得到及时的指导和反馈，提高他们的学习效果。
教学资源拓展
1.拓展资源：
书籍推荐：《热力学导论》（Introduction to Thermodynamics），作者：Daniel V. Schroeder。这本书深入浅出地介绍了热力学的基本原理，包括热力学第一定律、第二定律以及热机效率等内容，适合高中学生深入学习。
学术论文：《热力学第二定律的一个世纪回顾》（A Century of the Second Law of Thermodynamics），作者：R. E. Service。这篇文章回顾了热力学第二定律的发展历程，讨论了各种表述方式及其在现实世界中的应用，有助于学生了解热力学第二定律的前沿动态。
教学资源
1.软硬件资源：多媒体投影仪、白板、计算器、实验器材（包括热力学实验装置）。
2.课程平台：学校提供的教学平台，用于分享教学资料和布置作业。
3.信息化资源：教学PPT、视频资料、在线题库。
4.教学手段：讲解、实验、小组讨论、练习题、互动提问。
教学实施过程
1.课前自主探索
教师活动：
-发布预习任务：通过在线平台或班级微信群，发布预习资料（如PPT、视频、文档等），明确预习目标和要求。
2024-2025学年高中物理第十章热力学定律5热力学第二定律的微观解释教案1新人教版选修3-3
（四）巩固练习（预计用时：5分钟）
随堂练习：
设计随堂练习题，让学生在课堂上完成，检查学生对熵和熵增原理的理解和应用。
鼓励学生相互讨论、互相帮助，共同解决问题。
错题订正：
针对学生在随堂练习中出现的错误，进行及时订正和讲解。
引导学生分析错误原因，避免类似错误再次发生。
-参与学术讨论，分享学习心得，拓展知识视野。
作业布置与反馈
（一）作业布置
1.基础知识巩固：
-完成热力学第二定律微观解释的概念填空题，加深对熵、熵增原理等基础知识的理解。
-绘制热力学过程图，标注能量转化和熵变，提高对热力学第二定律微观解释的认识。
2.应用与分析：
-分析生活中的热力学过程，运用熵增原理解释不可逆现象，培养学生的应用能力。
-互动问答：鼓励学生提问和回答，提高课堂互动性，巩固知识点。
教学流程
（一）课前准备（预计用时：5分钟）
学生预习：
发放预习材料，引导学生提前了解热力学第二定律的微观解释的学习内容，标记出有疑问或不懂的地方。
设计预习问题，如“熵是什么？它与热力学第二定律有何关联？”，激发学生思考，为课堂学习热力学第二定律的微观解释做好准备。
-教学模型：熵增原理演示模型。
2.软件资源：
-教学课件：包含热力学第二定律的微观解释的相关知识点和案例分析。
-课程软件：物理模拟软件，用于演示热力学过程和熵变。
-数据分析软件：用于处理实验数据，帮助学生理解熵的变化。
3.课程平台：
-在线学习平台：提供电子教材、习题库、拓展阅读等资源。
-班级交流平台：用于发布通知、讨论问题和共享学习资料。
（4）学科交叉研究：
2024-2025学年高中物理第十章热力学定律4热力学第二定律教案1新人教版选修3-3
教学资源拓展
1.拓展资源：
-《热力学导论》：提供更深入的的热力学基础知识，帮助学生构建完整的知识体系。
- “热力学第二定律”的科普文章：通过通俗易懂的语言，解释“热力学第二定律”的原理和应用。
-在线实验模拟软件：如“卡诺循环”模拟软件，让学生可视化地观察和理解卡诺定理的应用。
4.行为习惯：学生在学习热力学定律时，需要积极参与课堂讨论、实验操作等，良好的行为习惯有利于提高学习效果。然而，部分学生可能存在上课走神、作业拖延等不良习惯，这会影响他们对热力学定律的理解和掌握。
教学资源准备
1.教材：确保每位学生都有《2024-2025学年高中物理第十章热力学定律4热力学第二定律》的教材或学习资料，以便学生能够跟随教学进度进行学习和复习。
鼓励学生分享学习“热力学第二定律”的心得和体会，增进师生之间的情感交流。
（六）课堂小结（预计用时：2分钟）
简要回顾本节课学习的“热力学第二定律”内容，强调“热力学第二定律”重点和难点。
肯定学生的表现，鼓励他们继续努力。
布置作业：
根据本节课学习的“热力学第二定律”内容，布置适量的课后作业，巩固学习效果。
错题订正：
针对学生在随堂练习中出现的“热力学第二定律”错误，进行及时订正和讲解。
引导学生分析错误原因，避免类似错误再次发生。
（五）拓展延伸（预计用时：3分钟）
知识拓展：
介绍与“热力学第二定律”内容相关的拓展知识，拓宽学生的知识视野。
引导学生关注学科前沿动态，培养学生的创新意识和探索精神。
情感升华：
结合“热力学第二定律”内容，引导学生思考学科与生活的联系，培养学生的社会责任感。
-学术研究报告：提供最新的热力学研究成果，让学生了解该领域的最新动态。
新人教版高中物理选修3-3热力学第二定律
热力学第二定律新课标要求〔一〕知识与技能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能制成。
3．了解热力学第二定律的两种不同表述，以及这两种表述的物理实质。
4．了解什么是能量耗散。
〔二〕过程与方法培养学生通过日常生活现象概括物理规律的能力。
〔三〕情感、态度与价值观通过第二类永动机不可能制成的教学，教育学生要有效地利用自然界提供的的各种能源，必须遵循自然界的规律。
教学重点1．热力学第二定律的两种不同表述，以及两种表述的物理实质。
2．第二类永动机及其不能制成的原因。
教学难点第二类永动机及其不能制成的原因。
教学方法讲练法、分析归纳法、阅读法教学用具：投影仪、投影片、录像带。
教学过程〔一〕引入新课教师：［投影］地球上海水的总质量约为1.4×1018 t，当海水的温度降低0.1 ℃，放出多少焦的热量？假设每个核电站的功率为100万千瓦，那么这些热量相当于多少个这样的电站一年的发电量？［学生解答］得到：这些海水的温度降低0.1 ℃，能放出5.8×1023 J的热量，这相当于1800万个功率为100万千瓦的核电站一年的发电量。
教师：既然海水能放出这么多的能量，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，这涉及到物理学的一个基本定律，这就是本节要学习的热力学第二定律。
〔二〕进行新课1．热力学第二定律的一种表述――克劳修斯表述〔热传导的方向性〕［问］两个温度不同的物体互相接触时，将会出现什么现象？［学生］两个温度不同的物体互相接触时，热量将从高温物体传给低温物体，使高温物体温度降低，低温物体温度升高。
［教师］上述过程中热量是自发地从高温物体传给低温物体的，我们所说的“自发地〞指的是没有任何的外界影响或者帮助。
［问］那么，同学们见过热量从低温物体传给高温物体的实例吗？［学生］电冰箱能够把热量从低温物体传给高温物体。
［教师］电冰箱能够把热量从低温物体传给高温物体，在该过程中电冰箱要消耗电能，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。
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课堂探究
一、热传导的方向性
问题探究
一滴墨水滴进一杯清水中，不久整杯水都均匀地变黑了．有没有这样的“逆过程”：这杯均匀黑水中的小炭粒又自发地聚集在一起，成为一滴墨水，而其余部分又变成了清水？
要点详解
一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，即与热现象有关的宏观自然过程具有方向性，因此上面“问题探究”中逆过程不可能实现．在物理学中，反映与热现象有关的宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律．
二、热力学第二定律
问题探究地球上有大量的海水，它的总质量约为1．4×1018t，如果这些海水的温度降低0．1℃,将要放出5．8×1023J的热量，这相当于1 800万个功率为100万千瓦的核电站一年的发电量，这么巨大的能量，人们为什么不去开发研究呢？
要点详解
1．德国物理学家克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体，这就是热力学第二定律的克劳修斯表述，阐述的是热传递的方向性．
2．英国物理学家开尔文表述：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．开尔文表述阐述机械能与内能转化的方向性，即通过做功，机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功以转化成机械能，并不产生其他影响．3．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．从热力学第二定律的表述可知，上面“问题探究”中的做法是不能实现的．
【示例】如图是根据热力学第二定律的第一种表述画出的示意图：外界对制冷机做功，使热量从低温物体传递到高温物体．请你根据第二种表述完成示意图，根据你的理解，热力学第二定律的实质是_____________________．
解析：在充分理解热力学第二定律表述的基础上把握各宏观过程的方向性．
答案:如图所示
4．第二类永动机
(1)定义：只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用的功而不产生其他影响的热机．
（2）热力学第二定律的一种表述：
第二类永动机不可能制成
虽然第二类永动机不违反能量守恒定律，大量的事实证明，在任何情况下，热机都不可能只有一个热源，热机要不断地把吸取的热量变为有用的功，就不可避免地将一部分热量传给低温热源．很显然，如果第二类永动机能制成，那么就可以利用空气或海洋作为热源，从它们那里不断吸取热量而做功．这是最经济不过的，因为海洋的内能实际上是取之不尽的．状元笔记第二类永动机不可能制成，尽管机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化成机械能而不引起其他变化；机械能和内能的转化过程具有方向性．【示例】我们绝不会看到：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来，其原因是（）
A．违反了能量守恒定律
B．在任何条件下内能不可能转化成机械能，只有机械能才能转化成内能
C．机械能和内能的转化过程具有方向性，内能转化成机械能是有条件的
D．以上说法均不正确
解析：机械能和内能的相互转化，必须通过做功来实现．热力学第二定律的每一种表述，
都揭示了大量分子参与宏观过程的不可逆性，使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性．所以只有C对．
答案：C。