3.3 热力学第二定律 （表格式）课时教案-2025--2026年教科版高中物理选择性必修第三册

3.3《热力学第二定律》课时教案 学科 物理 年级册别 高三上册 共1课时 教材 教科版选择性必修第三册 授课类型 新授课 第1课时 教材分析 教材分析 本节内容位于教科版高中物理选择性必修第三册第三章第三节，是热学部分的核心理论之一。教材通过引入自然过程的方向性问题，提出热量不能自发地从低温物体传向高温物体，进而引出热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述。内容逻辑清晰，由现象到本质，注重科学思维的递进发展，体现了物理学科“从实验事实出发，构建理论体系”的基本路径。该定律不仅是对能量守恒（热力学第一定律）的重要补充，更是理解熵、能源利用效率及自然界不可逆性的理论基石，在现代科技与环境保护中具有深远意义。 学情分析 高三学生已具备一定的热学基础知识，掌握了温度、内能、热量传递等概念，并学习了热力学第一定律。他们具备较强的抽象思维能力和逻辑推理能力，能够接受较为复杂的物理思想。但对“方向性”“自发过程”“不可逆性”等非直观概念仍存在认知障碍，容易将热力学第二定律误解为“能量不守恒”。此外，学生缺乏对宏观现象背后微观机制的理解，难以建立统计规律与宏观定律之间的联系。因此，教学中需借助生活实例创设情境，引导学生在对比分析中建构新知，辅以思想实验和类比推理突破难点。 课时教学目标 物理观念 1. 理解热力学第二定律的两种经典表述———克劳修斯表述和开尔文表述，掌握其物理内涵。 2. 认识自然界宏观过程具有方向性和不可逆性，理解热机效率存在理论极限的根本原因。 科学思维 1. 能通过归纳法从多个自然现象中提炼出过程的方向性特征，形成科学猜想。 2. 能运用反证法理解两种表述的等价性，提升逻辑推理与批判性思维能力。 科学探究 1. 能设计简单的生活化实验或思想实验验证热传递的方向性，体验科学探究的过程。 2. 能结合卡诺热机模型分析理想热机的工作原理，理解最大效率的来源。 科学态度与责任 1. 感悟科学家在探索自然规律中的严谨态度与创新精神，增强科学探究的兴趣。 2. 认识能源利用的局限性，树立节约能源、保护环境的责任意识。 教学重点、难点 重点 1. 热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述及其物理意义。 2. 自然界宏观过程的方向性与不可逆性的基本特征。 难点 1. 理解两种表述的等价性及其深层含义。 2. 建立“能量品质”与“过程方向”之间的联系，理解为何功可以完全转化为热，而热不能完全转化为功。 教学方法与准备 教学方法 情境探究法、议题式教学法、合作探究法、讲授法 教具准备 多媒体课件、烧杯、热水、冷水、冰块、投影仪、动画演示视频 教学环节 教师活动 学生活动 导入新课 【5分钟】 一、生活情境再现，引发认知冲突。 （一）、演示实验：冷热混合的单向旅程。 教师取两个相同烧杯，分别倒入等量的热水（约80℃）和冷水（约10℃），用温度计测量并展示初始温差。随后将两杯水混合于一大烧杯中，搅拌后再次测量温度，显示约为45℃的均匀状态。接着提问：“我们能否让这杯温水自动分离成一杯更热的水和一杯更冷的水？”学生普遍回答“不能”。教师追问：“为什么热量总是从高温流向低温？反过来行不行？”激发学生思考方向性问题。 （二）、播放动画：破碎花瓶的倒放奇迹。 课件播放一段视频：一只精美的陶瓷花瓶从桌边坠落，摔得粉碎，碎片四散。然后视频倒放———碎片自动聚拢、跃回桌面、恢复原状。教师问：“这个倒放过程在现实中可能发生吗？”学生答：“不可能。”教师顺势引导：“无论是热量传递还是物体破碎，它们似乎都只愿意朝一个方向走———这就是我们今天要研究的主题：自然过程的方向性。” （三）、讲述故事线：寻找宇宙的‘交通规则’。 “同学们，如果说热力学第一定律告诉我们‘能量不会凭空消失’ ... ...