大学物理化学全面教案

物理化学教案授课教师：方灵所在单位：福建师范大学闽南科技学院生命科学与化学系授课专业：2013 级环境科学1物理化学课程教案课程教案课程名称：课程名称：物理化学物理化学，英文名称：，英文名称：Physical ChemistryPhysical Chemistry，学时数：，学时数：6464，学分数：学分数：4 4任课教师：方灵任课教师：方灵，授课对象：，授课对象：20132013 级环境科学级环境科学，2014201520142015 学年，第一学期学年，第一学期周 次第 3 周，第 2 次课备注章 节2.1 自发过程的共同特征名 称2.2 热力学第二定律的经典表述授 课方 式第二章第二章热力学第二定律热力学第二定律理论课（）；实验课（）；实习（）教学内容提要教 学时 数时 间分 配11.自发过程的共同特征；2.热力学第二定律的经典表述。45min本节介绍自发过程的共同特征以及热力学第二定律的经典表述。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教的方向性入手，研究与分子热运动有关的过程的方向性问题，以材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。分教材介绍了热力学第二定律的两种表述：一种是按照热传导析过程的方向性表示，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。2教学目标一、知识目标1.了解能量传导过程的方向性；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。二、能力目标培养学生通过日常生活现象概括物理规律的能力。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。一、重点：1.自发过程的特点及共同特征；热力学第二定律的经典表述；2.第二类永动机不可能制成的原因。二、难点：1.自发过程的共同特征；2.第二类永动机不可能制成的原因。三、解决方法：通过例举实例使学生理解自发过程的特点；通过分析、归纳使学生理解第二类永动机不可能制成。一、教学方法1.阅读法；2.分析归纳法；3.讲练法。二、教学用具1.投影仪2.教学用黑板3.酒精灯、铁块等教学重点与难点教学方法及用具1.从实际问题导入，从简单的自然现象开始，尽可能引导学生联系自己熟悉的，身边的生活现象的实例，在教学内容上使理论贴近学生生活、联系社会实际，体现“从生活走向理论，从理课论走向社会”的理念。程2.积极创设情景，开展师生、生生间的对话交流，开展小组设合作讨论学习，使教学过程能够确立学生在教学活动中的中心地计位，让学生从自己的学习体验和感悟中获得知识，向学生学习活思动要效益，体现以学生为中心的原则。想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。3教学目标完成过程一、课前准备教师：多媒体课件，一盆凉水，准备一个酒精灯和一个铁块，铁钳。学生：课前预习教材，在家观察自家的电冰箱。二、新课引入（5 分钟）【投影】结合热力学第一定律，不违背热力学第一定律的事情是否就一定能成功呢？【学生解答】学生思考过程。【教师举例】1.1molH2(g)与0.5molO2(g)在标准状况下反应生成1mol液态水，此过程的热效应为-286 kJ；如果在同样条件下，用286 kJ 的热量去加热 1mol 液态水，则不会发生水的分解反应，我们看到的只是水的气化。此过程不违背热力学第一定律，这说明按照能量守恒定律去做的事情不一定能成功。（过程进行的方向）2.在标准状况下，H+与 OH-极易发生反应，反应在混合的同时几乎就会进行完全，但就是这样的反应，在反应最终结束后，在溶液中还会存在极少量的 H+与 OH-（水的离子积），而且此反应如果进行完全不会违反热力学第一定律，那么为什么进行如此剧烈的反应最终还要剩下一点点不反应呢？显然第一定律不能回答此类问题。（过程进行的限度）3.结合实际，引入能源危机问题。【小结】热力学第二定律研究过程进行的方向与限度问题。【设计意图】从实际问题入手，唤起学生对学习的兴趣。从学生已有的知识结构出发引入新的知识，使过渡自然，减少学生对新知识的唐突性。三、新课讲授【板书】第二章热力学第二定律第一节自发过程的共同特征【板书】一、自发过程进行的方向与限度（5分钟）自发过程【举例】：1.气流：高压低压（方向、限度）2.传热：高温低温（方向、限度）3.扩散：高浓度低浓度（方向、限度）4.反应：HCl+NaOHNaCl+H2O（方向、限度）【小结】具有普遍意义的过程：功与热转换的不等价性。【板书】自发过程都是不可逆的，归结为功热转换的不等价性。【板书】二、自发过程的共同特征（5分钟）(1)自发过程单向地朝着平衡四个平衡状态；(2)自发过程都有作功本领；(3)自发过程都是不可逆的。【板书】第二节热力学第二定律的经典表述【板书】一、热力学第二定律的克劳修斯表述（热传递的方4向性）（10分钟）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。学生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：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。【小结】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、热力学第二定律的开尔文表述(第二类永动机)（10分钟）前面我们学习了第一类永动机，不能制成的原因是什么？5（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Q2，推动活塞做工W，然后排出废气，同时把热量Q1散发到大气中，由能量守恒定律可知：Q2=-W+Q1我们把热机做的功 W和它从热源吸收的热量 Q2的比值叫做热机的效率，用表示=-W/Q2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Q1，所以有：Q2W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：热力学第二定律的开尔文表述：【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。如：固体物质的溶解；气体物质的扩散等等。学生思考回答，教师引导点拨【板书】热力学第二定律的两种经典表述（5分钟）表述一：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引6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。例如：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：气体向真空的自由膨胀是不可逆的。【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。【随堂练习】（5分钟）1.判断正误（1）体系发生自发过程后不能回复到初态；（2）自发过程是不可逆的,非自发过程是可逆的。2.热传导的规律为：（C）A、热量总是从热量较多的物体传递给热量较少的物体B、热量总是从温度较高的物体传递给温度较低的物体C、热量总是从内能较多的物体传递给内能较少的物体D、热量总是从比热容较大的物体传递给比热容较小的物体3.根据热力学第二定律，下列判断不正确的是（A）A电流的能不可能全部变为内能 B在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变为电能 C热机中，燃气内能