工程熱力學課堂教學設計教案(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 定律貢獻等背景情況的介紹，對學生進行敢于 創(chuàng)新的科學精神教育。 二、教學內容與教學方法 1．孤立系熵增原理熱力學第二定律不同表述的等效性 指導自學 2．卡諾定理和卡諾循環(huán) 教師講授 3．熱力學溫標 指導自學 三、練習與討論 練習題： 1．有人聲稱設計出一熱機，其工作于 T1=400K 與 T2=250K 之間，從高溫熱源吸收， Q1 為 10475kJ 熱量，對外作功 W 為 20kwh，向低溫冷源放出的熱量恒為 Q1—W 之差。試用三種 方法證明這在熱機是否可以運行 ? 2．閉口系經歷了一個過程，熵增 △ S 為 25kJ／ K，從 300K 的恒溫熱源吸收熱量 Q1 為 800kJ， 問此過程是可逆 ?不可逆 ?還是不可能 ? 17 四、課堂總結 強調必須掌握 的知識 重 點 和 能力點 ● 孤立系熵增原理、卡諾定理的內容、實質和作用及其應用能力。 ● 應用循環(huán)平均溫度法進行循環(huán)經濟性分析能力 五、布置作業(yè) 六、下次課內容提示 ： 第三章 熱力學第二定律 (3 ) 克勞修斯積分式， 可用能及其不可逆損失 。 七、填寫教學評估卡 18 工程熱力學課堂教學設計教案 No． 8 第三章 熱力學第二定律 (3) 一、教學目標 1．知識點 ● 克勞修斯積分式 ● 熱量的 可用能概念 ● 不可逆損失的真正含義和其與功損的根本區(qū)別 2．能力點 ● 應用 克勞修 斯積分式 對實際過程和循環(huán)的判斷分析能力 ● 實際過程與循環(huán)中不可逆損失分析計算能力及減少不可逆損失的分析能力 二、教學內容與教學方法 1．可用能及其不可逆損失 教師講授 2． 克勞修斯積分式 教師講授 三、練習與討論 討論題 ：熱力學第二定律在工程中、生命科學中和在其它領域中應用 四、課堂總結 強調必須掌握的知識 重 點 、難點 與 能力點 ● 可用能的不可逆損失的概念及其計算能力 ● 應用 克勞修斯積分式 對實際過程和循環(huán)的判斷 分析能力 五、布置作業(yè) 作業(yè) p103 思考題 ： 6 習 題 ： 4－ 5 六、下次課內容提示 ： 火用概念，熱力學第二定律應用。 七、填寫教學評估卡 19 工程熱力學課堂教學設計教案 No． 9 第三章 熱力學第二定律 (4) 一、教學目標 知識點 ● 火用和火無的概念 ● 各種火用的計算方法及火用損、火用效率的計算方法 ● 火用方程 ● 熱力學第二定律具體應用的形式和應用方面 能力點 ● 各種火用的計算能力 ● 掌握 火用損的計算能力及減小火用損的分析 能力 ● 掌握熱力學第二定律的具體應用形式及用之進行實際計算與 熱力過程和熱力循環(huán) 判斷分析能力 二、教學內容與教學方法 1．火用及其計算 教師講授 2。火用損的分析與火用效率 教師講授 3． 火用方程 教師講授 4。熱力學第二定律的具體應用 教師講授 三、練習與討論 功損、火用損、可用能的不可逆損失 四、課堂總結 強 調必須掌握的知識 重 點 、難點 與 能力點 ● 功損、火用損、可用能的不可逆損失區(qū)別與聯系 ● 熱力學第二定律的具體應用形式和應用方法 五、布置作業(yè) 復習消化理解本節(jié)強調的知識點和能力點 20 六、本章知識結構框圖 七、下次課內容提示 ： 熱力學第二定律習題與討論課 八、填寫教學評估卡 內平無摩 0 方向 條件 Sg=0 Sg0 =0 閉 口 用 途 核心 實質 熱力學 第一定律 局限 熱力學第二定律任務：過程進行的方向、條件、限度 熱力學第二定律 基本表達式熵方程 △ S=Sf,m+Sf,q+Sg 過程： 方向性 不可逆性 熵產 Sg 可用能 不可逆損失L=T0(△ S) 孤=T0Sg 孤立系熵增原理 （△ S） 孤 =Sg≥ 0 克勞修斯積分式 ? ? ???? 21 0,0 TQTQ ?? 不可逆過程 可逆過程 卡諾定理 卡諾循環(huán) 熱力學溫標 1. 判斷循環(huán)過程可逆與否 （△ S） 孤 =0 ? ?210TQ? η t=η tc=112TT? ∮可逆 （△ S） 孤 0 ? ?210TQ? η tη tc ∮不可逆 （△ S） 孤 0 ? ?210TQ? η tη tc ∮不可能 2. 計算熵變和不可逆損失 途 途 閉口 絕熱 循環(huán) 應用 用途 條件限度 火用 火無 火用 損 火用 損 為零 火用 損大于零 21 工程熱力學課堂教學設計教案 No． 10 熱力學 第二定律習題與討論 1. 熱力學第二定律知識結構框圖 2. 熱力學第二定律知識脈絡及核心知識 點 3. 習題 (1) 有一臺用壓縮空氣驅動的小型車，一直壓縮空氣罐的容積為 ，壓力為 15MPa（表壓）。問平均功率為 4P 的情況下車子最多能行駛多長時間？用完這罐空氣，最終造成的熵產為若干？已知大氣狀況為 ， 20℃ 。 (2) 將 3kg 溫度為 0℃ 的冰，投入盛有 20kg 溫度為 50℃ 的水的絕熱容器中。求最后達到熱平衡時的溫度及整個絕熱系的熵增。已知水的比熱容為 (kg K)，冰的融解熱為 （不考慮體積變化）。 4. 思考題 (1) 自發(fā)過程是不可 逆過程，非自發(fā)過程是可逆過程，這樣說對嗎？ (2) 熱力學第二定律能不能說成“機械能可以全部轉變?yōu)闊崮埽鵁崮懿荒苋哭D變?yōu)闄C械能“？為什么？ (3) 與大氣溫度相同的壓縮氣體可以從大氣中吸熱而膨脹作功（依靠單一熱源作功）。這是否違背熱力學第二定律？ (4) 閉口系進行了一個過程后，如果上熵增加了，是否能肯定它從外界吸收了熱量？如果熵減少了，是否能肯定它向外界放出了熱量？ (5) 試指出循環(huán)效率公式 211t ? ?? 和 211t TT? ?? 各自適用的范圍（ T1 和 T2 是指熱源和冷源的溫度）。 (6) 下列說法有無錯誤？如有錯誤，指出錯在哪里。 1) 工質進行不可逆循環(huán)后熵必定增加？ 2）使熱力系熵增加的過程必為不可逆過程； 3）工質從狀態(tài) 1 到狀態(tài) 2 進行了一個可逆吸熱過程和一個不可逆吸熱過程。后者的熵增必定大于前者的熵增。 七、下一次課內容提示 ： 第四章 氣體的 熱力 性質（ 1）理想氣體及其狀態(tài)方程 八、填寫教學評估卡 22 工程熱力學課堂教學設計教案 No． 11 第 四 章 氣 體的熱力性質 (1) 一、教學目標 1．知識點 ● 實際氣體的概念 ● 理想氣體 的 概念 ● 理想氣體 狀態(tài)方程 ● 氣體常數和摩爾（通用）氣體常數概念 ● 理想混合氣體及其計算 ● 分壓力和道爾頓定律 2．能力點 ● 實際氣體與理想氣體的判斷能力 ● 熟練應用理想氣體狀態(tài)方程進行平衡狀態(tài)點的計算 能力 ● 理想混合氣體計算能力 二、教學內容與教學方法 1。氣體分子運動論要點 2．實際氣體與理想氣體 教師講授 3．理想氣體狀態(tài)方程和摩爾氣體常數 教師講授 4． 理想混合 氣體的熱力性質 及其計算 教師講授 三、練習與討論 練習題： 理想氣體與實際氣體 分壓力 四、課堂總結 強調必須掌握的知識 重 點 ● 理想氣體概念及理想氣體 的應用 五、布置作業(yè) 六、下次課內容提示 ： 第 四 章 氣體熱力性質 (2 ) 氣體比熱容、理想氣體熱力性質 七、填寫教學評 估卡 23 工程熱力學課堂教學設計教案 No． 12 第 四 章 氣體的熱力性質 (2) 一、教學目標 1．知識點 ● 氣體比熱容 ● 理想氣體的比熱容、熱力學能、焓 ● 理想氣體的熵 ● 邁耶公式 2．能力點 ● 理想氣體熱力性質（比熱容、熱力學能、焓、熵）的計算能力 3．德育點 ● 通過英國科學家布萊克等對比熱容理論貢獻的介紹，向學生進行創(chuàng)新思維和科學精神 的教育 二、教學內容與教學方法 1． 比熱容 教師講授 2． 理想氣體 比熱容、理想氣體定壓比熱和定容比熱、比熱關系式 教師講授 3。 理想氣體熱力學能、焓和熵的計算 教師講授 三、練習與討論 練習題： 理想氣體性質計算 四、課堂總結 強調必須掌握的知識 重 點 與 能力點 ● 理想氣體熱力性質的計算能力； ● 理想氣體的焓、熱力學能、定壓比熱和定容比熱都僅僅是溫度的單值函數，而理想氣體的熵除了與溫度有關外還與另外一個參數壓力 或比容有關； ● 只要是理想氣體，其熱力學能和焓都用比熱乘溫差來計算，無論過程是否定壓或定容。 五、布置作業(yè) 作業(yè) p73 習 題 ： 3－ 10 六、下次課內容提示 ： 實際氣體熱力性質 七、填寫教學評估卡 24 工程熱力學課堂教學設計教案 No． 13 第四章 氣體的 熱力 性質 （ 3） 一、教學目標 1．知識點 ● 理想氣體狀態(tài)方程用于實際氣體 時 的偏差 ● 壓縮因子 ● 范德瓦爾方程 ● 對應態(tài)原理與通用壓縮因子圖 2．能力點 ● 使學生學會選擇適用的狀態(tài)方程和修正方法對實際氣體 性質進行修正 的 計算能力。 ● 理想氣體狀態(tài)方程用于實際氣體偏差起因 的分析能力 及范德瓦爾方程建立的 逆向 思維方法 3． 德育點 ● 通過對只有小學文化的荷蘭科學家 范德瓦爾 創(chuàng)立范氏 方程的 介紹 對學生進行 勇于創(chuàng)新 的教育 二、教學內容與教學方法 1。 理想氣體狀態(tài)方程用于實際氣體 時 的偏差 、 壓縮因子 教師講授 2．范德瓦爾方程及其推導過程 教師講授 3。常用的其它狀態(tài)方程 教師講授 3．對應態(tài)原理 教師將授 4．通用壓縮因子圖 教師講授 三、練習與討論 練習題： 采用理想氣體狀態(tài)方程、范氏方程和通用壓縮因子圖對實際氣體計算的比較 四、課堂總結 強調必須掌握的知識 重 點 和 能力點 ● 范德瓦爾狀態(tài)方程在狀態(tài)方程研究中的重要地位和作用 ● 采用實際 氣體狀態(tài)方程時必須注意的問題 ● 破除迷信和逆向思維對發(fā)明創(chuàng)造的極端重要性 五、布置