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物理優(yōu)秀教學(xué)論文談?wù)劅崃W(xué)第二定律的教學(xué)
熱力學(xué)第二定律表明自然界中一切與熱現象有關(guān)的宏觀(guān)過(guò)程都是不可逆的。不可逆過(guò)程指的是系統經(jīng)歷一個(gè)過(guò)程后，需要借助外界的幫助才能（即不能自發(fā)的）重新回到原來(lái)狀態(tài)從而給外界留下痕跡，這樣的過(guò)程稱(chēng)為不可逆過(guò)程。自然界中關(guān)于不可逆的過(guò)程有許多，例如，水往低處流，但水不能自發(fā)的從低處往高處流，必須借助幫助例如抽水機，但卻消耗了電能，給外界留下了痕跡，說(shuō)明水的流動(dòng)具有方向性。又例如熱量從高溫向低溫傳遞，但熱量不能自發(fā)從低溫向高溫傳遞，必須借助外界的幫助從而給外界留下痕跡。再例如物體在粗糙平面上滑行最終靜止，動(dòng)能轉化為內能，接觸面溫度升高，但此時(shí)內能不可能自發(fā)的轉化為機械能，使得接觸面溫度降低，物體的動(dòng)能變大，系統回到原來(lái)的狀態(tài)。當然，借助外界的幫助可以實(shí)現這個(gè)過(guò)程，但要引起外界的變化。種種現象表明，自然界有許多的宏觀(guān)過(guò)程具有方向性。
對于熱力學(xué)第二定律，學(xué)生總是有這樣以下誤解，有必要進(jìn)行澄清和鞏固理解。
首先認為宏觀(guān)過(guò)程的方向性指的是系統可以從一個(gè)狀態(tài)向另一個(gè)狀態(tài)轉變，但不能從該狀態(tài)回到原來(lái)狀態(tài)，對熱力學(xué)第二定律成立的條件理解不夠。例如，認為熱量可以從高溫向低溫傳遞，但不能從低溫向高溫傳遞，實(shí)際上，該過(guò)程是可以實(shí)現的，只不過(guò)不是自發(fā)的，而是借助外界的幫助才能實(shí)現，這才是熱力學(xué)第二定律要告訴我們的信息。在這里，以冰箱的工作原理為例子來(lái)幫助學(xué)生理解。冰箱是通過(guò)消耗電能，壓縮工作物質(zhì)，通過(guò)工作物質(zhì)把熱量從低溫傳向高溫，在這里展現了低溫向高溫傳遞熱量過(guò)程的可實(shí)現性，但條件是什么，是消耗了電能，給外界造成影響，因而這一過(guò)程不是自發(fā)的，是不可持續的。
其次要強調的是熱力學(xué)第二定律與第一定律的關(guān)系。從一個(gè)過(guò)程到另一個(gè)過(guò)程盡管不違反熱力學(xué)第一定律，但卻違反熱力學(xué)第二定律。例如第二類(lèi)永動(dòng)機，它從單一熱源吸收熱量完全轉變?yōu)楣�，不引起其他變化。如果能�?shí)現，則可造這樣的一臺機器，直接從海水中吸收熱量用來(lái)全部做功，解決能源的短缺問(wèn)題。在這個(gè)過(guò)程中，吸收的熱量轉變成了功，是遵守熱力學(xué)第一定律的，但該過(guò)程要引起外界的變化，是不可持續的。這樣，進(jìn)一步鞏固了宏觀(guān)過(guò)程的方向性問(wèn)題。
再次要指出的是熱力學(xué)第二定律表述的普遍性，因為具有方向性的宏觀(guān)過(guò)程是普遍存在的，因此，可以針對每一現象對熱力學(xué)第二定律進(jìn)行表述，例如可以表述成第二類(lèi)永動(dòng)機不可制成，不可能使墨水在水中擴散后完全恢復而不引起外界的任何變化，不可能使熱量從低溫物體傳向高溫物體而不引起其他變化，不可能使燃燒后的紙完全恢復而不引起其他變化……這樣，就進(jìn)一步表明了自然界中具有方向性的宏觀(guān)過(guò)程是普遍存在的，加深了熱力學(xué)第二定律的理解和應用。
最后，由于熱力學(xué)第二定律描述的是物理過(guò)程的因果轉化關(guān)系，具有一定的推理性，比較抽象，學(xué)生理解有誤差乃至不能應用是很自然的，教師應從多個(gè)角度剖析，校正理解的偏差，鞏固理解，加強應用，方能達到教學(xué)的目標。
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