【正文】 山核電站 這是 2020年 6月 27日，桔紅色的晚霞浮現(xiàn)在澳大利亞悉尼納拉賓海灘的上空。無論今 后同學們致力于哪一方面的工作，今天 我們所形成的意識都會大有必要。此外 ， 太陽能 、 風能 、 地熱資源也較為豐富 ， 有望很好地開發(fā)利用 。 水能資源是四川未來經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱 。我國已建成秦山、 大亞灣核電站，目前還有多處正在籌建。 遺憾：很大程度上受地域因素的制約 二、開發(fā)新能源－－迫在眉睫 核能： 主要利用物是鈾、釷、钚等發(fā)射性元素 鈾在自然界中有三種放射性同位素： U23 U23 U234 ，在衰變過程 中放出熱量。 據(jù)美國地熱資源委員會（ GRC） 1990年的調(diào)查，世界上 18個國家有地熱發(fā) 電，總裝機容量 ，裝機容量在 100兆瓦以上的國家有美國、菲 律賓、墨西哥、意大利、新西蘭、日本和印尼。在農(nóng)村 到處可以看到許多生物質(zhì)的廢棄物，如人畜糞便、秸稈、雜草和不能 食用的果蔬，等等。其中 1/10為可取用的極限量。 此外，由于海水表層和深層間的存在很大的溫差，利用這種溫差也可以發(fā) 電。地表水的流動時，在落差大、流量大的地區(qū)，形成可利用的水能 資源。比較常見的光電池是硅電池（它能將 13%20%的日光能轉(zhuǎn)化為電能）。 ? 過程與方法 ? 從日常生活現(xiàn)象了解能源，了解常規(guī)能源的儲量與人類需求的關(guān)系 情感、態(tài)度與價值觀 ? 知道能源和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)系，培養(yǎng)學生探究知識的欲望和學習興趣 教學重點： 理解能源的概念和能源的使用與環(huán)境污染的關(guān)系． 教學難點： 能源的開發(fā)和利用與環(huán)境的關(guān)系． 教學方法： 探究教學 教具： 多媒體課件 一、常規(guī)能源 定義： 那些能夠提供可利用能量的物質(zhì)和自然過程 如：煤、石油、天然氣、空氣的流動、水的流動等 近幾百年，人類相繼發(fā)明了蒸汽機、內(nèi)燃機、電動機等動力機械，生產(chǎn) 力飛速發(fā)展的同時，也加劇了能源的消耗 剩余常規(guī)能源資源估計：石油 ―― 幾十年，煤 ―― 兩百多年 一旦消耗殆盡，將導致汽車、飛機、輪船、內(nèi)燃機車無法使用，火力發(fā) 電廠將停止發(fā)電 人類社會將會陷入癱瘓的局面 能源消耗的現(xiàn)狀及擔憂： 面對能源現(xiàn)狀的思考 節(jié)約能源 What Can We do ? Waiting For Your Suggestion 二、開發(fā)新能源－－迫在眉睫 你知道哪些新能源？ 太陽能： 太陽能是一種可廣泛利用的清潔能源。 物理學家們認為，熵定律是物質(zhì)世界的最終定律，人類參與的每一項物質(zhì)活動都受到熱力學第一、第二定律的嚴密制約；但是，他們 又認為熵定律只涉及物質(zhì)世界，只控制時空的橫向世界，人類的精神世界并不受熵定律的專制統(tǒng)治！ 所以，生命的現(xiàn)象是宇宙洪流中的一股逆流！ 人類精神的無限發(fā)展，是不可抗拒的熵增大長河中的一條逆流之舟！ 《 能源和 可持續(xù)發(fā)展 》 教學目標 知識與技能 ? 。熱力學第一定律說明能量是守恒的、不滅的，只能從一種形式轉(zhuǎn)變到另一種形式；熱力學第二定律（熵定律）卻表明：能量不可逆轉(zhuǎn)地沿著一個方向轉(zhuǎn)化，即從對人類來說是可利用的變?yōu)椴豢衫玫臓顟B(tài)。克勞修斯于 1868年造出來的，它代表著宇宙中不能再被轉(zhuǎn)化做功的能量的總和的測定單位，即熵的增加表示宇宙物質(zhì)的日益混亂和無序，是無效能量的總和。 一切自然過程總是沿著無序性增大的方向進行。 平衡態(tài)相應(yīng)于一定宏觀條件下 ? 最大的狀態(tài)。即系統(tǒng)最后所達到的平衡態(tài)。 定義 熱力學幾率 ：與同一宏觀態(tài)相應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)稱為熱力學幾率。 全部退回 A邊僅對應(yīng)一種微觀態(tài)。中間各列是詳細的分布，具體指明了這個或那個分子各處于 A或 B哪一邊，代表的是系統(tǒng)的任意一個 微觀態(tài) 。 對大量分子組成的宏觀系統(tǒng)來說，它們向 B部自由膨脹的宏觀過程實際上是不可逆的。 一般來說，若有 N個分子，則共 2N種可能方式，而 N個分子全部退回到 A部的幾率 1/ N?1023/mol，這些分子 全部退回到 A部的幾率為 。 首先理解有序和無序的概念。 ?不可逆過程的統(tǒng)計性質(zhì) （以氣體自由膨脹為例） 下面從統(tǒng)計觀點探討過程的不可逆性微觀意義，并由此深入認識第二定律的本質(zhì)。 開氏表述實質(zhì)上在于說明功變熱的過程是不可逆的。因為，實際過程都是以有限的速度進行，且在其中包含摩擦，粘滯，電阻等耗散因素，必然是不可逆的。 結(jié)論： 1）一切自發(fā)過程都是不可逆過程。從未發(fā)現(xiàn)其反過程，使兩物體溫差增大。 無摩擦準靜態(tài)過程是可逆的 。在隔板被抽去的瞬間，氣體聚集在左半部，這是一種非平衡態(tài)，此后氣體將自動膨脹充滿整個容器。 反之，如果物體不能回復到原來狀態(tài)或當物體回復到原來狀態(tài)卻無法消除原過程對外界的影響，則原來的過程稱為 不可逆過程 。 假定單熱機是可以造成的，則 高溫源 低溫源 Q ? 高溫熱源 T1 低溫熱源 T2 1Q AQ ?2單熱機 2Q致冷機高溫熱源 T1 低溫熱源 T2 2Q? A)( 1Q兩種表述是統(tǒng)一的 ? 高溫熱源 T1 低溫熱源 T2 2Q熱機2Q ? A1Q高溫熱源 T1 21 ?A單熱機 假定熱量能自動地從低溫源傳到高溫源，則單熱機也能造成。 第二類永動機 高溫熱源 T1 低溫熱源 T2 吸Q? 放Q 與之相應(yīng)的經(jīng)驗事實是，當兩個不同溫度的物體相互接觸時，熱量將自動地由高溫物體向低溫物體傳遞，而不可能自發(fā)地由低溫物體傳到高溫物體。 以熱機為例，熱機的循環(huán)除了熱變功外，還必定有一定的熱量從高溫熱源傳給低溫熱源，即產(chǎn)生了其它效果。 熱力學第一定律無法對這類問題作出解釋，需要一個獨立于熱力學第一定律的新的自然規(guī)律，即熱力學第二定律來解釋。 熱力學第二定律的微觀解釋 熱力學第一定律給出了各種形式的能量在相互轉(zhuǎn)化過程中必須遵循的規(guī)律，但并未限定過程進行的方向。 ? 一般的解釋是：妖精必須得到一些“知識”，才能把“快”分子和“慢”分子區(qū)分開來。 ? 過程與方法 ? １ .學會通過現(xiàn)象總結(jié)規(guī)律的科學方法 ? ，知道任何自然過程中一個孤立系統(tǒng)的總熵不會減少 ? 情感態(tài)度和價值觀 ? 培養(yǎng)分析、歸納、綜合能力 ? 一個“妖精”，神通廣大，能跟蹤充滿容器的每個氣體分子的運動。兩個定律從不同角度揭示了熱力學過程中遵從的規(guī)律，既相互獨立，又相互補充，共同構(gòu)成了熱力學知識的理論基礎(chǔ) 《 熱力學第二定律 的微觀解釋 》 教學目標 ? 知識與技能 ? ，宏觀態(tài)和微觀態(tài)的概念。 答案： 上題答案： A B C D ? ______的裝置，熱機做的功和它從熱源吸收熱量的比值叫做熱機的 ______． 答案： ? ________角度反映出自然界中的宏觀過程具有方向性． 答案： 2答案：把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能；效率 3答案：熱現(xiàn)象 ? ，自然界中進行的涉及 ________現(xiàn)象的宏觀過程都具有 ________性，例如機械能可以 ________轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能 _______全部轉(zhuǎn)化為機械能，而不引起其他變化． 4答案：熱；方向；全部；不能。 三、熱力學第二定律 舉例：兩種不同的氣體擴散可以自發(fā)地進入對方 ,最后成為一種均勻的混合氣體 思考 :如圖所示 ,容器 A中裝有氣體 ,容器 B是真空 ,打開閥門K,容器 A中的氣體會自發(fā)地向 B中膨脹 ,最后兩個容器都充滿氣體 .會 不會 氣體 自發(fā)地 從容器 B流向容器 A,最后使容器B恢復成真空呢 ? 大量自然現(xiàn)象說明 :有些物理過程具有方向性 . (三 )熱力學第二定律 ? 1．熱力學第二定律常見的兩種表述： ? (1)按熱傳遞的方向性來表述：不可能使熱量從低溫物體傳到高溫物體，而不引起其他變化． ? (2)按機械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向性來表述：不可能從單一熱庫吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化． ? 2．兩種表述是等價的． ? 可以從一種表述導出另一種表述，兩種表述都稱為熱力學第二定律 ? 3．熱力學第二定律的意義 ? 提示了有大量分子參與的宏觀過程的方向性，是獨立于熱力學第一定律的一個重要自然規(guī)律． (四 )能量耗散 ? 1．能量耗散：流散的內(nèi)能無法重新收集起來加以利用的現(xiàn)象叫做能量耗散． ? 2．能量耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有方向性． 五、例題分析： ? [例 1]根據(jù)熱力學第二定律，下列判斷正確的是 ? A. 電流的能不可能全部變?yōu)閮?nèi)能 ? B．在火力發(fā)電機中，燃氣的內(nèi)能不可能全部變?yōu)殡娔? ? C．熱機中，燃氣內(nèi)能不可能全部變?yōu)闄C械能 ? D．在熱傳導中，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫度物體． ? [解析 ]根據(jù)熱力學第二定律可知，凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性，電流的能可全部變?yōu)閮?nèi)能 (由電流熱效應(yīng)中的焦耳定律可知 )，而內(nèi)能不可能全部變成電流的能．機械能可全部變?yōu)閮?nèi)能，而內(nèi)能不可能全部變成機械能，在熱傳導中，熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體，而不能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體，所以選項 B、 C、 D正確． [例 2]第二類永動機不可以制成，是因為 [ ] A. 違背了能量的守恒定律 B．熱量總是從高溫物體傳遞到低溫物體 C．機械能不能全部轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能 D．內(nèi)能不能全部轉(zhuǎn)化為機械能，同時不引起其他變化 ? [解析 ]第二類永動機設(shè)想雖然符合能量守恒定律，但是違背了能量轉(zhuǎn)化中有些過程是不可逆的規(guī)律。