热力学第二定律模拟题（精选6篇）
【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)。
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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。
关键词：热力学第一定律,热力学第一定律,卡诺定理
0 引言
“工程热力学及传热学”课程是主要研究热能与机械能互相转换以及热量传递规律的一门学科。“工程热力学及传热学”围绕能量转换与传递这一主线, 是对工程热力学及传热学两个研究方向的综合。其特点是涉及内容广, 知识点多, 主要包括热力学第一定律、热力学第二定律、热力过程计算、传热学的基本概念、换热器热计算等。它在社会生活中的应用是非常广泛的, 在很多领域包括现代工业、农业、交通运输和国防建设等。虽然热机发展一百多年, 已经非常完善, 很多热力学理论已经在实践中得到了应用。但是在面对如今国际社会能源短缺、环境污染等问题中, 推进热力学的研究, 提高能源的利用效率是解决这些问题的一个关键。而热力学第一和第二定律是热力学基础, 学好并掌握这些基本理论, 才能更好地研究热能传递和转换的规律并把它转化成实际成果应用到社会生产生活之中。
1 热力学第一定律概述
热力学第一定律实质是能量守恒定律在热现象上的应用。能量守恒定律可以表示为:自然界的一切物质都具有能量, 能量有多种不同的表现形式, 可以从一种形式转化为另外一种形式, 也可以从一个物体传递给另外的物体, 在转化和传递过程能量保持不变。热力学第一定律则可以表述为:热可以变为功, 功也可以变为热;当一定量的热消失时, 必产生等量的功;消耗一定量的功时, 必产生与之相应数量的热。表达式为:。热力学第一定律否认了能量的无中生有, 正因为如此那种不需要任何动力和燃料就能持续做功的第一类永动机只能是幻想。
能量转换与守恒定律首先是从力学中以“活力守恒”的形式提出来的。系统吸热, 内能应增加;外界对系统做功, 内能也增加。若系统既吸热, 外界又对系统做功, 则内能增加等于这两者之和。热力学第一定律就是能量转化和守恒定律。十九世纪中期, 在长期生产实践和大量科学实验的基础上, 它才以科学定律的形式被确立起来。著名物理学笛卡尔在1644年就提出了“运动守恒”的概念, 随后德国数学家莱布尼兹引入了“活力”的概念, 意大利物理学家伽利略研究斜面问题和摆的运动, 斯蒂芬研究杠杆定理。伯努利的流体运动方程实际上就是流体运动中的机械能守恒定律, 1834年爱尔兰物理学家哈密顿发表论文《论动力学的普遍方法》, 提出了哈密顿原理。至此能量守恒定律及其应用已经成为力学中的基本内容, 为能量守恒定律的建立准备了条件。1841~1843年, 德国科学家迈克尔和英文物理学家焦耳提出了热能与机械能相互转换的观点, 为热力学第一定律的建立奠定了基础。
热力学第一定律的确立, 突破了人们关于物质运动的机械观念的范围, 从本质上表明了各种物质运动形式之间相互转换的可能性, 说明运动形式相互转换的能力也是不灭的, 是物质本身固有的。
2 热力学第二定律
热力学第一定律说明了热能是可以转换的, 可以由热能转换成机械能, 也可以由机械能转换成热能, 而且能量不会消失。但是如果仅仅只是这样, 那有很多现象是解释不了的。比如一辆小车给它一定动能, 让它在路上行驶, 走了一段路程后, 由于小车和路面有摩擦, 小车速度逐渐减小, 最后停止。原来的动能全部转化为摩擦产生的热能, 然而反过来, 这些热能能还给小车, 再重新让它动起来吗?再比如一个烧红了的锻件, 放在空气中便会慢慢冷却。显然, 热能从锻件散发到周围环境中了;周围环境获得的能量等于锻件放出的热量。反过来, 这个已经冷却了的锻件能从周围环境中收回那部分散失的热量, 重新赤热起来吗?这样的过程都不违反热力学第一定律。然而, 经验告诉我们, 这是不可能的。
所以在热能转换为机械能这一问题中, 除了要遵循热力学第一定律, 还要满足其它约束条件。这就是热力学第二定律的研究内容。热力学第二定律的实质就是指出了一切自然过程的不可逆性, 也就是说自然界中的过程具有方向性。过程总是自发地朝着一定的方向进行。机械能总是自发地转变为热能;热量总是自发地从高温物体传向低温物体等等。这些自发过程的反向过程 (称为非自发过程) 是不会自发进行的。这种不可逆的过程可以用熵来描述。自然界的一切自发过程都是朝着熵增大的方向进行的。只有可逆过程, 系统的熵保持不变。这就是熵增原理, 这是热力学第二定律的其中一种表述方式。
在卡诺定理的基础上, 人们总结出了热力学第二定律的两种主要表述方式。克劳修斯说法:热量不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。开尔文说法:不可能从单一热源取热使之完全变成有用功而不产生其它任何他影响。它们都说明了自发过程的不可逆性, 可以证明这两种表述方式是等价的。那种设想把海洋或空气当作单一热源, 从中吸收热量并完全转化为有用功的第二类永动机是不可能实现的。
热力学第二定律的意义实际已经远远超出了热机热效率的范畴, 它指出了自然过程进行的方向性, 说明了能量品质的高低。
3 结语
热力学第一定律和热力学第二定律是人们在日常社会生产实践中总结出来的普遍规律, 它们被许多实验和具体实践证明是正确的。热力学第一定律和热力学第二定律的建立, 奠定了工程热力学与传热学的理论基础, 也彻底推翻了永动机的幻想。大学生在学习热力学第一定律和热力学第二定律时应该理解它的内容, 实质, 掌握它的重点和难点。了解热力学第一定律和热力学第二定律的发展过程, 要学会自我归纳总结, 做到独立思考。教师应该把精力放在提高热力学第一定律和热力学第二定律的教学深度以及加强实践应用上。热力学第一定律和热力学第二定律是自然界的普遍法则, 蕴含了大道理, 验证了辩证唯物主义思想, 所以教师应该把事物发展的科学道理在这一章充分展现出来。热力学第一定律和热力学第二定律是“工程热力学及传热学”课程的重要内容, 也是理工科学生必须掌握的基本知识, 因此对它们进行深入研究有利于提高课程的教学质量。相信对热力学第一定律和热力学第二定律的研究一定会推动社会的进一步发展。
参考文献
[1]李岳林, 刘志强, 武和全.工程热力学与传热学[M].北京:人民交通出版社, 2013.
[2]沈维道, 童钧耕.工程热力学[M].北京:高等教育出版社, 2007.
[3]顾祥红, 李宏, 李晓颖.工程热力学课程教学方法与手段的改革[J].大连民族学院学报, 2006 (1) .
诚如天体和大气物理学家埃姆顿所云：“在自然过程的庞大工厂里，熵原理起着经理的作用，因为它规定着整个企业的运营方式和方法，而能仅仅充当簿记，平衡贷方和借方. ”熵这个概念的重要性不亚于能，它不仅应用于对社会发展起到关键作用的热科学领域，还广泛地应用于物质结构、低温物理、化学动力学、生命科学和宇宙学，而且已经延伸到诸如经济、社会、信息技术等领域. 从新课程应充分体现时代性的理念来看，在高中物理中安排这块内容的确顺理成章. 再从当前人类面临的社会问题看，几乎可以这样说，除了文化冲突和民族纷争以外，人口、能源和环境是一切社会问题发生之源. 为了子孙后代的生存发展必须节约能源的观点，保护环境就是保护人类自身的意识，是本块内容应该体现的人文内涵. 由于上述诸多因素，在本块内容的教学设计中，应体现定性优于定量，人文性大于科学性的原则. 如何落实新课程所要求的三维教学目标，充分体现本块内容的人文性呢？笔者认为可以从以下几个方面入手.
一、运用人文手段，理解、诠释热力学第二定律
实验手段、数学手段、逻辑手段等是属于科学的手段，运用比喻、典故、故事、成语俚语等可以说是人文手段. 在本块内容教学中，教师要尽量避开或者降低定量和逻辑推理要求，而以学生易于接受且能引起共鸣的一些人文方法，以加深对热力学第二定律的理解.
克劳修斯指出：热量不能自发地从低温物体传向高温物体，说明热传递是有方向的. 如果我们在学生耳熟能详的成语“水往低处流，人往高处走”后面添加一句“热往低温传”，体现自然过程发生是有方向的，学生就觉得很好理解.
当然，热量从高温物体向低温物体散发，也存在一个流畅性的问题. 比如一个人热得出汗了，要向周围空间散发热量，我们就希望周围的空气流动，以加快散发的速度. 我们地球持续地接收着太阳的辐射热量，为了使地球的环境温度稳定在一个恰当的值，就必须向周围空间以红外线的形式散发热量. 以前这种接收和散发长时间维持在适当的比例上，使得地球上的生灵得以生存和发展，但近几十年来由于二氧化碳的过量排放，它像一件保暖内衣包裹着地球，使红外线的外散辐射被抑制，结果导致温室效应，地球变暖，出现了严重的环境问题. 如果不有效地控制二氧化碳的排放，物种灭绝的现象将愈演愈烈，生态环境越来越恶化. 以保暖内衣比喻温室效应，显得形象生动.
1986年8月在日本东京举行的国际物理教学研究会上（ICPE），一位代表对“微观过程是可逆的，宏观过程是不可逆的”的物理现象作了一个比喻，好比两条狗，一条黑狗上生满了跳蚤 ，另一条黄狗是干净的，两条狗站在一起，跳蚤可以从黑狗身上跳到黄狗身上，当然也可以再从黄狗身上跳回黑狗身上，跳蚤跳来跳去的过程相当于微观过程是可逆的，但最后无论是黄狗还是黑狗都不可能是干净的，即从宏观上看，跳蚤从黄狗身上完全跳回黑狗身上，使黄狗重新成为干净这一宏观的逆过程是不可能发生的，这一比喻形象生动，受到与会代表赞赏，“狗蚤回跳”，也成为了热力学第二定律教学案例的一个典故.
二、体现人文价值，培养学生节能环保方面的正确价值观和社会责任感
如果说科学的第一要义是求真，那么人文的第一要义是求善. 通过热力学第二定律的学习，使学生理性地认识到能量是一切物质运动的源泉，是一切生命活动的基础. 能量在数量上虽然守恒，但其转移和转化是具有方向性的，人们的一切生产、生命活动中，都在把机械能、电能、核能、生物能……概而言之一句话，把千古积累的和正在接收到的太阳能，最终转化为内能，把有序度大的能量变成无序度大的能量，即能量耗散. 随着能量的耗散，能量从高品质转化为低品质，虽然能量不会减少但能源却越来越少. 化石能源不但资源有限，而且对环境造成很大的破坏.
学生只有通过对于能量耗散和环境破坏原因的深刻理解，才能逐渐自觉树立节能环保的责任意识，并转化成自觉行动和良好习惯. 你今天开车烧掉了10升汽油，地球的资源就减少了10升. 全世界的人合起来，就是一个庞大的数字. 反过来同样是一个巨大的数字，若每一个人日常生活中节约一点，那么对全球能源应用的意义同样重大. 从另一个角度看，还应该开发新能源，如太阳能，你使用太阳能热水器洗一个澡，单纯地从成本核算看，可能并不比电热器省，或者说也完全可以负担得起，但从节能环保的角度看，却完全是两码事. 因此从人文教育的角度审视，通过本块内容的学习，应该使学生们从小就被要求养成的一些良好习惯，诸如随手关灯的习惯，尽量少开空调的习惯，节约一张纸的习惯等等，提升到理性的高度.
三、挖掘人文意蕴，在学习热力学第二定律过程中领略物理美
在奥地利物理学家玻耳兹曼的墓碑上，镌刻着这样的碑文：
S=KlnW
这正是定量表示熵S和微观态数W之间关系的玻耳兹曼公式，其中K就是著名的玻耳兹曼常数. 这个公式闪烁着物理大师的创造和发现的智慧之美，而这块雕刻着公式的墓碑更闪烁着后人尊重科学尊重大师的人文之美.
我们学习过的物理定律和定理，一般都有法定的严密的逻辑表达形式，可是学生会发现，教材中热力学第二定律有好几种表达. 德国物理学家克劳修斯在1850年指出：热量不可以自发地从低温物体传到高温物体；英国物理学家开尔文于1851年在分析了热机及其他涉及做功的热学过程后指出：不可能从单一热源吸热，使之完全变成功，而不产生其他影响；从微观的角度也可以这样表达：一切自然过程总是沿着分子运动无序性增大的方向进行；还有一种比较专业的表达：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减少，所以把热力学第二定律又叫做熵增加原理；在气体对真空膨胀的过程中又表述为“气体向真空的膨胀是不可逆的”：甚至在化学里被表述为“自发的化学过程总是朝着释放热量或无序程度增加的方向进行”等等.
物理学的理论体系呈现高度的和谐美、统一美和简洁美. 上述几种表述和谐统一互通，最终以熵增原理简洁而完美地表达，正是物理美的体现. 正如宋代诗人苏轼描绘庐山诗中所云：“横看成岭侧成峰，远近高低各不同. ”热力学第二定律如同一座雄伟秀美的山川，多角度的表述，正是其丰富而深刻的内涵和物理学家们为认识客观世界而付出的创造性劳动的体现.
四、拓展人文视角，注重与相关学科的交叉综合
在生物学中，生物进化过程意味着从低级向高级，从无序到有序. 而热力学第二定律指出自然过程从有序到无序. 二者是否矛盾？
其实，根据耗散结构理论，有机体作为一个开放的耗散结构，它的产生既要靠外界不断提供物质和能量，还必须要向这个开放系统提供“负熵流”，也就是输入系统的熵必须小于输出的熵，系统有净熵输出. 对于动物来说，生命攸关的低熵物质有两类：低熵高能的食物（如碳水化合物）和低熵低能的净液态水，排出的高熵物质如二氧化碳、水汽、尿、汗和其他排泄物. 如图1，正是有机体作为开放系统自身熵的不断减少，导致生物体从无序向有序的进化. 热力学第二定律和生物进化论，同属19世纪科学上最伟大的发现，得到很好的统一.
在高中化学中，其教学进度先于物理就出现了“焓变”和“熵变”的概念. 用焓变的正负、大小来描述化学反应中物质的能量状态改变情况. 如果能量状态降低，则焓变就能够自发地进行化学反应，其焓变值越大，就标志释放的热量越多，反应进行得越彻底；用熵变的正负、大小来描述化学反应前后物质的无序程度，如果无序程度增大则熵变,就能够自发地进行化学反应，熵变越大，越有利于反应自发进行. 在2009年浙江省高考自选模块的调测卷中，有一个其中选项为“一杯30℃的水放在空气中，温度慢慢降到10℃，这杯水的熵增加”的选择题，许多物理老师想当然地认为自发的热传递过程熵必定增加，这完全符合热力学定律，错误地选取了这个选项，而学生却多能从化学的角度出发，认为这杯水的温度降低，分子热运动的有序度变好，所以它的熵是减少的. 这里从物理的角度讲，是没有注意到“孤立系统”的前提，应该是这杯水的熵减少，环境空气的熵增加，这杯水和环境空气组成的孤立系统的熵增加.
(1)知道热力学第一定律 ，理解能量守恒定律
(2)对热力学第一定律的数学表达式有简单认识
(3)知道永动机是不可能的
教学建议
教材分析
分析一：本节由改变物体内能的两种方式引出热力学第一定律及其数学表达式，在此基础上结合以往的知识总结出能量守恒定律，最后通过能量守恒定律阐述永动机是不可能的.
分析二：根据热力学第一定律知，物体内能的改变量 ，运用此公式时，需要注意各物理量的符号：物体内能增加时， 为正，物体内能减少时， 为负;外界对物体做功时， 为正，物体对外界做功时， 为负;物体吸收热量时， 为正，物体放出热量.
分析三：各种形式的能量在转化和转移过程中保持总量不变，无任何附加条件，而某种或几种能的守恒是要有条件的(例如机械能守恒需要对于系统只有重力或弹力做功).
教法建议
建议一：在讲完热力学第一定律后，给出其表达式，为增进学生对其理解，最好能举出实际例子，应用热力学第一定律计算或解释.
建议二：在讲能量守恒定律后，最好能用它对以往所学知识进行一个简单的总结.要使学生认识到能量守恒定律是一个普遍的规律，热力学第一定律是其一个具体表达形式.另外，为激发学生学习兴趣，阐述能量守恒定律的重要意义，可以简单介绍一下19世纪自然科学的三大发现.
教学设计示例
教学重点：热力学第一定律和能量守恒定律
教学难点：永动机
一、热力学第一定律
改变物体内能的方式有两种：做功和热传递.
运用此公式时，需要注意各物理量的符号：物体内能增加时， 为正，物体内能减少时， 为负;外界对物体做功时， 为正，物体对外界做功时， 为负;物体吸收热量时， 为正，物体放出热量时， 为负.
例1：下列说法中正确的是：
A、物体吸收热量，其内能必增加
B、外界对物体做功，物体内能必增加
C、物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能减少
D、物体温度不变，其内能也一定不变
答案：C
评析：在分析问题时，要求考虑比较周全，既要考虑到内能包括分子动能和分子势能，又要考虑到改变内能也有两种方式：做功和热传递.
例题2：空气压缩机在一次压缩中，空气向外界传递的热量2.0 ×105J，同时空气的内能增加了1.5 ×105J. 这时空气对外做了多少功?
解：根据热力学第一定律 知
1.5 ×105J - 2.0 ×105J =-0.5 ×105J
所以此过程中空气对外做了0.5 ×105J的功.
二、能量守恒定律
1、复习各种能量的相互转化和转移
2、能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变.(学生看书学习能量守恒定律内容).
3、能量守恒定律的历史意义.
三、永动机
永动机的原理违背了能量守恒定律，所以是不可能的.
举例说明几种永动机模型
四、作业
探究活动
题目：永动机
组织：分组
方案：收集有关永动机的材料，并运用所学知识说明永动机是不可能的
碰撞是宇宙天体形成和演化的基础，传统物理学中的牛顿万有引力存在着一定的缺陷，根据其性质，简易论将它修改为碰撞定律，从而使物理学运动力学得到完善。
简易论碰撞定律是简易论三大定律当中的第一个定律，是作者在研究双星运动规律时得出的。作者发现，只具有两个物体组成的系统，在运动的过程中必须具有外力的作用，否则是不能保持运动的，一旦运动起来几乎是呈直线碰撞。而牛顿万有引力定律仅仅注明了计算两个物体引力大小的计算方法，没有注明两个物体以外的物体对两个物体运动的影响，物理学又没有其它解释天体碰撞现象的定律，为此，根据牛顿万有引力定律的性质，简易论将其修改为碰撞定律。
简易论三大定律都着重强调了第三物体和第三物体以上的物体，在天体运动过程中的重要性，牛顿万有引力定律只能运用于计算天体质量的大小，它应该属于一个数学定律。而实际上，人们已经把它当作物理学定律运用了几百年，并认为运用它成功的发现了海王星，但在运用到太阳系以外时，万有引力定律就失灵了，原因就在如此。
事实上，宇宙空间的一切天体都不同程度的自然受到了各种外力的影响，单一两个物体作用的运动是不存在的。在太阳系，银河系银盘的转动也是保持太阳系各成员运动的基础，这个作用甚至超过了单一第三物体对两个物体运动的影响，在简易论中，将其列为第三物体以上的物体的范围。
碰撞是宇宙天体形成和演化的基础，简易论认为，宇宙的一切天体都是在碰撞的过程中形成的。在太阳系，把小行星带和太阳作为两个物体的运动，木星作为它们的第三物体，由于小行星带中的群体数量大，它们形成了一个行星环，在小行星和木星围绕太阳运行的过程中，小行星的平均公转周期约为木星公转周期的一半，在木星围绕太阳运行一周时，小行星即可运行二周。当小行星运行至木星和太阳之间时，作为第三物体的木星的作用力产生，当小行星运行到木星和太阳的对面时，作为第三物体的木星的作用力消失，从而使各小行星的轨道不断发生改变，并使各小行星轨道发生交叉，从而引起运动过程中的碰撞。
小行星带是太阳系天体碰撞最频繁的区带，符合天文观测事实。由于火星紧靠小行星带，火星受到的撞击较太阳系其它成员严重，其次为月球，大大小小的撞击坑构成月球基本的外貌。地球由于受到月球的保护，使地球受到小行星撞击的.频率大大降低，金星和水星由于远离小行星带，受到小行星撞击的可能性更小，水星上的陨石坑大多为早期发生的。
简易论碰撞定律也可解释地球表面的碰撞现象，如一个苹果挂在树上，树身于地面相连，应该把它看作一个物体，当果柄与树枝脱离时，苹果与地球构成两个物体，这时由于苹果距离地球太近，任何第三物体的作用都不能抗拒地球巨大的引力，苹果落地就是一种碰撞。
近地飞行的飞机，发动机的发动，可视为第三物体的作用，飞机保持运动，当发动机停止发动时，飞机必将坠地发生碰撞。其它如汽车的运动，由于轮子着地，只可与地球视为一个物体，即使停止运动也不构成碰撞。
通常最常见的碰撞，在地球上以陨石为主，它们的主要来源是彗星的彗尾，由于质量太小难以形成稳定的轨道，受地球引力的影响容易坠向地球，但由于地球具有大气层保护，对地球生命不构成大的威胁。
陨石与小行星的主要区别在质量上，只有陨石的质量达到一定大时，陨石才可成为一颗小行星，质量越大的小行星，轨道的稳定性越强，撞击地球的可能性就越小。凡能对地球生命构成严重威胁的小行星，应该不会撞击地球，因为地球的公转速度快于小行星的公转速度，同时又有月球围绕地球运动，受地球离心力的影响，小行星在接近到地球一定距离时，就会改变轨道，使向公转速度慢于小行星20倍，又没有离心力的月球。
更大质量的小行星，当平均轨道接近地月系统时，通常会改变轨道，先变成地球的卫星，当它的轨道缓慢向地球靠近时，都将被月球拦截撞到月球上。
凡对地球造成比较严重的撞击，一般为彗星撞击，如通古斯大爆炸等。由于彗星的运行速度远快于地球，地球没有躲避彗星撞击的能力，但地球具有大气层保护的能力，在彗星高速使向地球的时候，彗星体会因急剧加热膨胀在空中爆炸，大大降低对地球生命的威胁。
教学目标: 1．通过对上节课实验结论的总结，归纳得到物体的加速度跟它的质量及所受外力的关系，进而总结出牛顿第二定律，体会大师的做法与勇气．
2．培养学生的概括能力和分析推理能力． 教学重点
牛顿第二定律的特点． 教学难点
1.牛顿第二定律的理解．2．理解k＝1时，F=ma． 探究模式
通过牛顿第二定律的应用能深切感受到科学源于生活并服务于生活，激发学生学习物理的兴趣． 教学模式
探究模式、互动模式 教学方式
“实验——探究” 教学工具：
制作投影片 教学过程 [新课导入] 师：利用多媒体播放上节课做实验的过程，引起学生的回忆，激发学生的兴趣，使学生再一次体会成功的喜悦，迅速把课堂氛围变成研究讨论影响物体加速度原因这一课题中去．
学生观看，讨论上节课的实验过程和实验结果．
师：通过上一节课的实验，我们知道当物体所受的力不变时物体的加速度与其所受的作用力之间存在什么关系? 生：当物体所受的力不变时物体运动的加速度与物体所受的作用力成正比，师：当物体所受力不变时物体的加速度与其质量之间存在什么关系? 生：当物体所受的力不变时物体的加速度与物体的质量成反比．
师：当物体所受的力和物体的质量都发生变化时，物体的加速度与其所受的作用力、质量之间存在怎样的关系呢? [新课教学]
一、牛顿第二定律
师：通过上一节课的实验，我们再一次证明了：物体的加速度与物体的合外力成正比，与物体的质量成反比．
师：如何用数学式子把以上的结论表示出来? 生：a∝F/m 师：如何把以上式子写成等式? 生：需要引入比例常数k a＝kF/m 师：我们可以把上式再变形为F=kma．
选取合适的单位，上式可以，简化。前面已经学过，在国际单位制中力的单位是牛顿．其实，国际上牛顿这个单位是这样定义的：质量为1 kg的物体，获得1 m／s2的加速度时，受到的合外力为1 N，即1 N=1 kg·m／s2 ．
可见，如果各量都采用国际单位，则k=1，F＝ma 这就是牛顿第二定律的数学表达式．
师：牛顿第二定律不仅描述了F、m、a的数量关系，还描述了它们的方向关系，结合上节课实验的探究，它们的方向关系如何? 生：质量m是标量，没有方向．合力的方向与加速度方向相同． 师：对，我们如何用语言把牛顿第二定律表达出来呢? 生：物体的加速度跟所受的合力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合力的方向相同．
师：加速度的方向与合外力的方向始终一致，我们说牛顿第二定律具有同向性。
[课堂训练] 讨论a和F合的关系，并判断下面哪些说法不对，为什么． A．只有物体受到力的作用，物体才具有加速度 B．力恒定不变，加速度也恒定不变
C.力随着时间改变，加速度也随着时间改变 D．力停止作用，加速度也随即消失 答案：ABCD 教师点评：牛顿第二定律是表示力的瞬时作用规律，描述的是力的瞬时作用效果是产生加速度．物体在某一时刻加速度的大小和方向，是由该物体在这一时刻所受到的合外力的大小和方向来决定的．当物体所受到的合外力发生变化时，它的加速度随即也要发生变化，F＝ma对运动过程的每一瞬间成立，加速度与力是同一时刻的对应量，即同时产生、同时变化、同时消失．这就是牛顿第二定律的瞬时性．
师：根据牛顿第二定律，即使再小的力也可以产生加速度，那么我们用一个较小的力来水平推桌子，为什么没有推动呢?这和牛顿第二定律是不是矛盾? 生：不矛盾，因为牛顿第二定律中的力是合力．
师：如果物体受几个力共同作用，应该怎样求物体的加速度呢? 生：先求物体几个力的合力，再求合力产生的加速度． 师：好，我们看下面一个例题． 多媒体展示例题(例1)一物体在几个力的共同作用下处于静止状态．现使其中向东的一个力F的值逐渐减小到零，又逐渐使其恢复到原值(方向不变)，则„„„„„„„()A．物体始终向西运动 B．物体先向西运动后向东运动
C.物体的加速度先增大后减小 D．物体的速度先增大后减小 生l：物体向东的力逐渐减小，由于原来合力为零，当向东的力逐渐减小时，合力应该向西逐渐增大，物体的加速度增大，方向向西．当物体向东的力恢复到原值时，物体的合力再次为零，加速度减小．所以加速度的变化情况应该先增大后减小．
生2：物体的加速度先增大后减小，所以速度也应该先增大后减小． 生3：这种说法不对，虽然加速度是有一个减小的过程，但在整个过程中加速度的方向始终和速度的方向一致，所以速度应该一直增大，直到加速度为零为止．
师：对．一定要注意速度的变化和加速度的变化并没有直接的关系，只要加速度的方向和速度的方向一致，速度就一直增大．
多媒体展示例题
(例2)某质量为1 000kg的汽车在平直路面上试车，当达到72km／h的速度时关闭发动机，经过20s停下来，汽车受到的阻力是多大?重新起步加速时牵引力为2 000 N，产生的加速度应为多大?(假定试车过程中汽车受到的阻力不变)生：物体在减速过程的初速度为72km／h＝20 m／s，末速度为零，根据a＝(v-vo)/t得物体的加速度为a＝一1 m／s2，方向向后．物体受到的阻力f＝ma＝一l 000 N．当物体重新启动时牵引力为2 000N，所以此时的加速度为a2=(F+f)/m＝1 m／s2，方向向车运动的方向．
师：根据以上的学习，同学们讨论总结一下牛顿第二定律应用时的一般步骤．
1．确定研究对象．
2．分析物体的受力情况和运动情况，画出研究对象的受力分析图．
3．求出合力．注意用国际单位制统一各个物理量的单位． 4．根据牛顿运动定律和运动学规律建立方程并求解．
师：牛顿第二定律在高中物理的学习中占有很重要的地位，希望同学们能够理解牛顿第二定律并且能够熟练地应用它解决问题．
[课堂训练] 如图4—3—1所示，一物体以一定的初速度沿斜面向上滑动，滑到顶点后又返回斜面底端．试分析在物体运动的过程中加速度的变化情况．
解析：在物体向上滑动的过程中，物体运动受到重力和斜面的摩擦力作用，其沿斜面的合力平行于斜面向下，所以物体运动的加速度方向是平行斜面向下的，与物体运动的速度方向相反，物体做减速运动，直至速度减为零．在物体向下滑动的过程中，物体运动也是受到重力和斜面的摩擦力作用，但摩擦力的方向平行斜面向上，其沿斜面的合力仍然是平行于斜面向下，但合力的大小比上滑时小，所以物体将平行斜面向下做加速运动，加速度的大小要比上滑时小．由此可以看出，物体运动的加速度是由物体受到的外力决定的，而物体的运动速度不仅与受到的外力有关，而且还与物体开始运动时所处的状态有关． [小结] 这节课我们学习了 1．牛顿第二定律：F＝ma．
2．牛顿第二定律具有同向性、瞬时性、同体性、独立性． 3．牛顿第二定律解决问题的一般方法． 作业：
教材第85页问题与练习． 板书设计:
4.3牛顿第二定律
1.内容:物体的加速度跟所受的台力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合力的方向相同 2.表达式 F=ma 3.理解
(1)同向性：加速度的方向与力的方向始终一致
(2)瞬时性；加速度与力是瞬间的对应量，即同时产生、同时变化、同时消失
(3)同体性：加速度和合外力(还有质量)是同属一个物体的(4)独立性：当物体受到几个力的作用时，各力将独立地产生与其对应的加速度，而物体表现出来的实际加速度是物体所受各力产生加速度叠加的结果 教学后记：
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