2024-2025學(xué)年高中物理 第十章 熱力學(xué)定律 4 熱力學(xué)第二定律（1）教案 新人教版選修3-3

2024-2025學(xué)年高中物理第十章熱力學(xué)定律4熱力學(xué)第二定律（1）教案新人教版選修3-3課題：科目：班級(jí)：課時(shí)：計(jì)劃3課時(shí)教師：?jiǎn)挝唬阂?、教學(xué)內(nèi)容2024-2025學(xué)年高中物理第十章熱力學(xué)定律4熱力學(xué)第二定律（1）教案新人教版選修3-3

1.熱力學(xué)第二定律的概念與表述

a.開爾文表述

b.克勞修斯表述

c.兩表述的等價(jià)性

2.熵與熵增加原理

a.熵的定義

b.熵增加原理

c.熵與熱力學(xué)第二定律的關(guān)系

3.熱力學(xué)第二定律的應(yīng)用實(shí)例分析

a.熱機(jī)效率

b.冰箱與空調(diào)

c.熵增與宏觀現(xiàn)象

4.能量守恒與熱力學(xué)第二定律的關(guān)聯(lián)

a.能量守恒與熵增的關(guān)系

b.可逆與不可逆過程

c.熵增與時(shí)間箭頭

5.熱力學(xué)第二定律在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用

a.熱力學(xué)第二定律與能源

b.熵增與環(huán)境保護(hù)

c.熵增與宇宙學(xué)

本節(jié)課將圍繞熱力學(xué)第二定律的基本概念、熵與熵增加原理以及其在實(shí)際應(yīng)用中的體現(xiàn)，結(jié)合教材內(nèi)容，使學(xué)生深入理解熱力學(xué)第二定律的內(nèi)涵及其在科技發(fā)展中的重要性。二、教學(xué)目標(biāo)分析本章節(jié)旨在培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，特別是科學(xué)思維、科學(xué)探究及社會(huì)責(zé)任感。通過學(xué)習(xí)熱力學(xué)第二定律，使學(xué)生能夠：

1.科學(xué)思維：理解熱力學(xué)第二定律的內(nèi)涵，掌握熵與熵增加原理，形成對(duì)自然界宏觀過程不可逆性的科學(xué)認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生批判性與邏輯性思維。

2.科學(xué)探究：通過實(shí)例分析，讓學(xué)生運(yùn)用熱力學(xué)第二定律解釋生活中的現(xiàn)象，提高學(xué)生觀察、分析、解決問題的能力，激發(fā)學(xué)生的探究精神。

3.社會(huì)責(zé)任感：了解熱力學(xué)第二定律在現(xiàn)代科技發(fā)展中的應(yīng)用，關(guān)注能源、環(huán)境保護(hù)等問題，培養(yǎng)學(xué)生節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展的意識(shí)和社會(huì)責(zé)任感。

4.跨學(xué)科整合：將物理學(xué)與化學(xué)、生物學(xué)等學(xué)科相結(jié)合，理解熵增在自然界中的普遍性，培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科整合的能力。

5.情感態(tài)度價(jià)值觀：激發(fā)學(xué)生對(duì)物理學(xué)科的興趣，認(rèn)識(shí)到物理學(xué)在解決實(shí)際問題中的價(jià)值，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神與求真務(wù)實(shí)態(tài)度。三、學(xué)情分析本節(jié)課面向的是高中物理選修3-3的學(xué)生，他們已經(jīng)具備以下特點(diǎn)：

1.學(xué)生層次：學(xué)生已進(jìn)入高二階段，經(jīng)過此前一年的物理學(xué)習(xí)，具備了一定的物理基礎(chǔ)和科學(xué)思維能力。然而，在知識(shí)深度和廣度上仍有待提高，特別是在熱力學(xué)這一部分，概念較為抽象，對(duì)學(xué)生來說是一個(gè)挑戰(zhàn)。

2.知識(shí)方面：

a.學(xué)生已經(jīng)掌握了能量守恒定律，但對(duì)熱力學(xué)第二定律這一新概念的理解可能存在困難。

b.在前序課程中，學(xué)生對(duì)氣態(tài)方程、熱容等概念有所了解，但可能對(duì)熵這一概念感到陌生。

c.學(xué)生對(duì)于熱力學(xué)第二定律在實(shí)際應(yīng)用中的體現(xiàn)，如熱機(jī)效率、冰箱與空調(diào)等，可能缺乏直觀的認(rèn)識(shí)。

3.能力方面：

a.學(xué)生具備一定的觀察、分析能力，但在熱力學(xué)第二定律這一抽象領(lǐng)域的應(yīng)用上，可能缺乏獨(dú)立分析和解決問題的能力。

b.學(xué)生在數(shù)學(xué)運(yùn)算、邏輯推理方面有一定基礎(chǔ)，但將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際問題的能力有待提高。

c.學(xué)生在團(tuán)隊(duì)合作、交流表達(dá)方面存在差異，部分學(xué)生可能在學(xué)習(xí)過程中表現(xiàn)出不自信、溝通不暢等問題。

4.素質(zhì)方面：

a.學(xué)生對(duì)物理學(xué)科的興趣和動(dòng)機(jī)存在差異，部分學(xué)生對(duì)抽象概念的學(xué)習(xí)缺乏積極性。

b.學(xué)生的責(zé)任心和自律性有所不同，部分學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)、課后作業(yè)方面可能需要教師更多關(guān)注和引導(dǎo)。

c.學(xué)生在科學(xué)探究、創(chuàng)新思維方面的發(fā)展不平衡，需要教師在教學(xué)中注重引導(dǎo)和激發(fā)。

5.行為習(xí)慣：

a.學(xué)生在課堂上的注意力、參與度存在差異，部分學(xué)生可能需要教師通過提問、小組討論等方式引導(dǎo)其積極參與課堂。

b.部分學(xué)生課堂筆記記錄不完整，課后復(fù)習(xí)鞏固不到位，影響學(xué)習(xí)效果。

c.學(xué)生在解決問題時(shí)，可能存在依賴性，缺乏獨(dú)立思考和探究的習(xí)慣。

對(duì)課程學(xué)習(xí)的影響：

1.學(xué)生對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解程度將直接影響他們?cè)谖锢韺W(xué)科后續(xù)學(xué)習(xí)中的表現(xiàn)，如熱力學(xué)循環(huán)、熱力學(xué)第三定律等。

2.學(xué)生在學(xué)完本節(jié)課后，若能深入理解熵與熵增加原理，將對(duì)他們?cè)诳茖W(xué)探究、解決實(shí)際問題方面產(chǎn)生積極影響。

3.教師在教學(xué)過程中應(yīng)關(guān)注學(xué)生的個(gè)體差異，通過差異化教學(xué)策略，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自信心，培養(yǎng)其科學(xué)素養(yǎng)。

4.針對(duì)學(xué)生行為習(xí)慣方面的問題，教師應(yīng)采取措施，如加強(qiáng)課堂管理、組織小組合作、引導(dǎo)課后鞏固等，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。四、教學(xué)方法與手段1.教學(xué)方法：

a.講授法：針對(duì)熱力學(xué)第二定律的基本概念和理論，采用講授法進(jìn)行系統(tǒng)講解，幫助學(xué)生構(gòu)建知識(shí)框架，理解熵與熵增加原理等核心內(nèi)容。

b.討論法：組織學(xué)生進(jìn)行小組討論，針對(duì)熱力學(xué)第二定律的應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行分析，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、合作解決問題的能力。在討論過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生深入探討，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力。

c.實(shí)驗(yàn)法：結(jié)合教材內(nèi)容，設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，如制作簡(jiǎn)單的熱機(jī)模型，讓學(xué)生親身體驗(yàn)熱力學(xué)第二定律在實(shí)際應(yīng)用中的體現(xiàn)，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐操作能力。

b.案例分析法：通過引入生活中的實(shí)際案例，如冰箱、空調(diào)等，讓學(xué)生運(yùn)用熱力學(xué)第二定律進(jìn)行分析，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力。

2.教學(xué)手段：

a.多媒體設(shè)備：充分利用多媒體設(shè)備，如PPT、視頻等，展示熱力學(xué)第二定律的相關(guān)概念、原理和應(yīng)用實(shí)例，使抽象的知識(shí)形象化，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和效果。

b.教學(xué)軟件：運(yùn)用教學(xué)軟件，如物理模擬軟件，讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，感受熱力學(xué)第二定律的內(nèi)涵，提高教學(xué)效率和學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

c.網(wǎng)絡(luò)資源：利用網(wǎng)絡(luò)資源，如在線教育平臺(tái)、學(xué)術(shù)論文等，為學(xué)生提供更多學(xué)習(xí)資料，拓展學(xué)生的知識(shí)視野，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

b.實(shí)物教具：使用熱機(jī)模型、溫度計(jì)等實(shí)物教具，讓學(xué)生直觀地了解熱力學(xué)第二定律的相關(guān)概念，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)際操作能力。

c.互動(dòng)式白板：利用互動(dòng)式白板，實(shí)現(xiàn)教師與學(xué)生之間的實(shí)時(shí)互動(dòng)，方便教師了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，及時(shí)調(diào)整教學(xué)策略，提高教學(xué)效果。五、教學(xué)流程本節(jié)課的教學(xué)流程分為課前、課中、課后三個(gè)階段，共計(jì)45分鐘。

1.課前（5分鐘）

（1）教師準(zhǔn)備：

a.教師提前備課，熟悉教材內(nèi)容，確定教學(xué)目標(biāo)、重難點(diǎn)。

b.準(zhǔn)備多媒體課件、實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)物教具等教學(xué)資源。

（2）學(xué)生準(zhǔn)備：

a.學(xué)生預(yù)習(xí)教材，了解熱力學(xué)第二定律的基本概念。

b.學(xué)生完成預(yù)習(xí)作業(yè)，提出疑問，為課堂學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備。

2.課中（35分鐘）

（1）導(dǎo)入（5分鐘）

a.教師通過提問方式，引導(dǎo)學(xué)生回顧熱力學(xué)第一定律，為新課的學(xué)習(xí)做好鋪墊。

b.教師提出問題：“熱力學(xué)第一定律告訴我們能量守恒，那么為什么還有能量耗散的現(xiàn)象？”引發(fā)學(xué)生思考。

（2）新課講解（15分鐘）

a.教師采用講授法，講解熱力學(xué)第二定律的基本概念，如開爾文表述、克勞修斯表述等。

b.教師通過實(shí)例分析，如熱機(jī)效率、冰箱與空調(diào)等，讓學(xué)生理解熵與熵增加原理。

c.教師針對(duì)重難點(diǎn)內(nèi)容，如熵增加原理、熱力學(xué)第二定律的應(yīng)用等，進(jìn)行詳細(xì)講解。

（3）課堂討論與實(shí)驗(yàn)（10分鐘）

a.教師組織學(xué)生進(jìn)行小組討論，針對(duì)熱力學(xué)第二定律的應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行分析。

b.教師引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)，如制作簡(jiǎn)單的熱機(jī)模型，感受熱力學(xué)第二定律在實(shí)際應(yīng)用中的體現(xiàn)。

（4）鞏固提升（5分鐘）

a.教師通過提問方式，檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解程度。

b.教師針對(duì)學(xué)生的疑問，進(jìn)行解答，鞏固所學(xué)內(nèi)容。

（5）課堂小結(jié)（5分鐘）

a.教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容，梳理知識(shí)框架。

b.學(xué)生分享學(xué)習(xí)心得，互相交流。

3.課后（5分鐘）

（1）作業(yè)布置：

a.教師布置課后作業(yè)，要求學(xué)生運(yùn)用熱力學(xué)第二定律分析實(shí)際問題。

b.教師推薦拓展閱讀資料，如學(xué)術(shù)論文、科普文章等，幫助學(xué)生深入理解熱力學(xué)第二定律。

（2）教學(xué)反思：

a.教師根據(jù)學(xué)生的課堂表現(xiàn)，反思教學(xué)方法、手段的有效性，調(diào)整教學(xué)策略。

b.學(xué)生根據(jù)課堂學(xué)習(xí)情況，進(jìn)行自我反思，為后續(xù)學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備。六、教學(xué)資源拓展1.拓展資源：

a.相關(guān)書籍：推薦學(xué)生閱讀《熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理》、《熱力學(xué)簡(jiǎn)明教程》等書籍，以深化對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解。

b.科普文章：引導(dǎo)學(xué)生閱讀關(guān)于熱力學(xué)第二定律的科普文章，如《熵與時(shí)間箭頭》、《熱力學(xué)第二定律在日常生活中的體現(xiàn)》等，了解熵增在自然界和生活中的普遍性。

c.學(xué)術(shù)論文：鼓勵(lì)學(xué)生查閱與熱力學(xué)第二定律相關(guān)的學(xué)術(shù)論文，如《熱力學(xué)第二定律在新能源開發(fā)中的應(yīng)用》等，了解熱力學(xué)第二定律在科研前沿的發(fā)展。

d.視頻資料：推薦學(xué)生觀看熱力學(xué)第二定律相關(guān)的教學(xué)視頻，如《熵與熱力學(xué)第二定律》、《熱力學(xué)第二定律的實(shí)際應(yīng)用》等，幫助學(xué)生在視覺上更直觀地理解抽象概念。

e.實(shí)踐活動(dòng)：組織學(xué)生參觀發(fā)電廠、制冷設(shè)備等，讓學(xué)生親身感受熱力學(xué)第二定律在實(shí)際工程中的應(yīng)用。

2.拓展建議：

a.學(xué)生可以結(jié)合教材內(nèi)容，自主設(shè)計(jì)小實(shí)驗(yàn)，如制作簡(jiǎn)易的制冷裝置，觀察和記錄實(shí)驗(yàn)過程中的溫度變化，從而加深對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解。

b.學(xué)生可以針對(duì)生活中的現(xiàn)象，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的效率、電器設(shè)備的散熱等，運(yùn)用熱力學(xué)第二定律進(jìn)行分析，提高理論聯(lián)系實(shí)際的能力。

c.鼓勵(lì)學(xué)生參加科學(xué)講座、學(xué)術(shù)研討會(huì)等活動(dòng)，與專業(yè)人士交流，了解熱力學(xué)第二定律在科研和工業(yè)領(lǐng)域的最新進(jìn)展。

d.教師可以組織學(xué)生進(jìn)行小組課題研究，如探討熱力學(xué)第二定律在環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排等方面的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神和科研能力。

e.學(xué)生可以通過繪制思維導(dǎo)圖、編寫科普文章等形式，對(duì)熱力學(xué)第二定律的知識(shí)進(jìn)行整理和分享，提高表達(dá)和傳播科學(xué)知識(shí)的能力。七、板書設(shè)計(jì)①熱力學(xué)第二定律核心概念

-開爾文表述

-克勞修斯表述

-熵與熵增加原理

②熱力學(xué)第二定律的應(yīng)用

-熱機(jī)效率

-制冷設(shè)備

-能源與環(huán)境保護(hù)

③能量守恒與熱力學(xué)第二定律的關(guān)系

-能量守恒定律

-熵增與不可逆過程

-時(shí)間箭頭

板書設(shè)計(jì)說明：

-板書以大綱形式呈現(xiàn)，條理清晰，便于學(xué)生抓住重點(diǎn)。

-使用不同顏色粉筆突出重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)，如熵增加原理等，增強(qiáng)視覺效果。

-結(jié)合圖示和簡(jiǎn)潔的箭頭，展示概念之間的邏輯關(guān)系，如熱力學(xué)第二定律與能量守恒的關(guān)系。

-在關(guān)鍵點(diǎn)旁邊標(biāo)注有趣的實(shí)例或生活應(yīng)用，增加板書的趣味性和藝術(shù)性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

-板書左側(cè)留出空白，用于課堂上即時(shí)補(bǔ)充學(xué)生提問或討論的精華內(nèi)容。

-板書下方設(shè)置“思考題”區(qū)域，引導(dǎo)學(xué)生課后復(fù)習(xí)和思考，促進(jìn)知識(shí)的內(nèi)化。八、作業(yè)布置與反饋1.作業(yè)布置：

a.選擇題：從教材中選擇與熱力學(xué)第二定律相關(guān)的選擇題，考查學(xué)生對(duì)基本概念的理解。

b.計(jì)算題：設(shè)計(jì)一些與熱力學(xué)第二定律相關(guān)的計(jì)算題，讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題。

c.應(yīng)用題：讓學(xué)生運(yùn)用熱力學(xué)第二定律解釋生活中的現(xiàn)象，如冰箱、空調(diào)等，提高學(xué)生的理論聯(lián)系實(shí)際能力。

d.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：讓學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證熱力學(xué)第二定律，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力。

e.拓展閱讀：推薦學(xué)生閱讀與熱力學(xué)第二定律相關(guān)的科普文章、學(xué)術(shù)論文等，拓寬學(xué)生的知識(shí)視野。

2.作業(yè)反饋：

a.及時(shí)批改：教師應(yīng)及時(shí)批改學(xué)生的作業(yè)，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

b.個(gè)性化反饋：針對(duì)學(xué)生的作業(yè)情況，給出具體的反饋意見，指出存在的問題，并提供改進(jìn)建議。

c.課堂講解：針對(duì)作業(yè)中普遍存在的問題，教師可以在課堂上進(jìn)行講解，幫助學(xué)生理解和掌握。

d.鼓勵(lì)表?yè)P(yáng)：對(duì)學(xué)生的優(yōu)秀作業(yè)給予表?yè)P(yáng)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

e.作業(yè)展覽：將優(yōu)秀的作業(yè)進(jìn)行展示，讓學(xué)生之間互相學(xué)習(xí)，共同進(jìn)步。

f.定期評(píng)估：通過定期的作業(yè)評(píng)估，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)步，調(diào)整教學(xué)策略。課后作業(yè)1.應(yīng)用題：請(qǐng)運(yùn)用熱力學(xué)第二定律解釋為什么冰箱的制冷效率不可能達(dá)到100%。

2.計(jì)算題：一個(gè)熱機(jī)在吸收1000J的熱量后，對(duì)外做功800J，求該熱機(jī)的效率。

3.分析題：根據(jù)熱力學(xué)第二定律，分析為什么在自然條件下熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。

4.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題：設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證熱力學(xué)第二定律中的熵增加原理。

5.論述題：結(jié)合熱力學(xué)第二定律，論述能源的可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的重要性。

補(bǔ)充說明舉例：

1.應(yīng)用題答案：根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，因此冰箱在制冷過程中會(huì)有一定的熱量損失，制冷效率不可能達(dá)到1