2018物理优秀教学论文谈谈热力学第二定律的教学

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　　热力学第二定律表明自然界中一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆的。不可逆过程指的是系统经历一个过程后，需要借助外界的帮助才能（即不能自发的）重新回到原来状态从而给外界留下痕迹，这样的过程称为不可逆过程。自然界中关于不可逆的过程有许多，例如，水往低处流，但水不能自发的从低处往高处流，必须借助帮助例如抽水机，但却消耗了电能，给外界留下了痕迹，说明水的流动具有方向性。又例如热量从高温向低温传递，但热量不能自发从低温向高温传递，必须借助外界的帮助从而给外界留下痕迹。再例如物体在粗糙平面上滑行最终静止，动能转化为内能，接触面温度升高，但此时内能不可能自发的转化为机械能，使得接触面温度降低，物体的动能变大，系统回到原来的状态。当然，借助外界的帮助可以实现这个过程，但要引起外界的变化。种种现象表明，自然界有许多的宏观过程具有方向性。
　　对于热力学第二定律，学生总是有这样以下误解，有必要进行澄清和巩固理解。
　　首先认为宏观过程的方向性指的是系统可以从一个状态向另一个状态转变，但不能从该状态回到原来状态，对热力学第二定律成立的条件理解不够。例如，认为热量可以从高温向低温传递，但不能从低温向高温传递，实际上，该过程是可以实现的，只不过不是自发的，而是借助外界的帮助才能实现，这才是热力学第二定律要告诉我们的信息。在这里，以冰箱的工作原理为例子来帮助学生理解。冰箱是通过消耗电能，压缩工作物质，通过工作物质把热量从低温传向高温，在这里展现了低温向高温传递热量过程的可实现性，但条件是什么，是消耗了电能，给外界造成影响，因而这一过程不是自发的，是不可持续的。
　　其次要强调的是热力学第二定律与第一定律的关系。从一个过程到另一个过程尽管不违反热力学第一定律，但却违反热力学第二定律。例如第二类永动机，它从单一热源吸收热量完全转变为功，不引起其他变化。如果能实现，则可造这样的一台机器，直接从海水中吸收热量用来全部做功，解决能源的短缺问题。在这个过程中，吸收的热量转变成了功，是遵守热力学第一定律的，但该过程要引起外界的变化，是不可持续的。这样，进一步巩固了宏观过程的方向性问题。
　　再次要指出的是热力学第二定律表述的普遍性，因为具有方向性的宏观过程是普遍存在的，因此，可以针对每一现象对热力学第二定律进行表述，例如可以表述成第二类永动机不可制成，不可能使墨水在水中扩散后完全恢复而不引起外界的任何变化，不可能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化，不可能使燃烧后的纸完全恢复而不引起其他变化……这样，就进一步表明了自然界中具有方向性的宏观过程是普遍存在的，加深了热力学第二定律的理解和应用。
　　最后，由于热力学第二定律描述的是物理过程的因果转化关系，具有一定的推理性，比较抽象，学生理解有误差乃至不能应用是很自然的，教师应从多个角度剖析，校正理解的偏差，巩固理解，加强应用，方能达到教学的目标。
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