工程热力学课堂教学设计教案

工程热力学课堂教学设计教案内容摘要：

定律贡献等背景情况的介绍，对学生进行敢于 创新的科学精神教育。 二、教学内容与教学方法 1．孤立系熵增原理热力学第二定律不同表述的等效性 指导自学 2．卡诺定理和卡诺循环 教师讲授 3．热力学温标 指导自学 三、练习与讨论 练习题： 1．有人声称设计出一热机，其工作于 T1=400K 与 T2=250K 之间，从高温热源吸收， Q1 为 10475kJ 热量，对外作功 W 为 20kwh，向低温冷源放出的热量恒为 Q1—W 之差。 试用三种 方法证明这在热机是否可以运行 ? 2．闭口系经历了一个过程，熵增 △ S 为 25kJ／ K，从 300K 的恒温热源吸收热量 Q1 为 800kJ， 问此过程是可逆 ?不可逆 ?还是不可能 ? 17 四、课堂总结 强调必须掌握 的知识 重 点 和 能力点 ● 孤立系熵增原理、卡诺定理的内容、实质和作用及其应用能力。 ● 应用循环平均温度法进行循环经济性分析能力 五、布置作业 六、下次课内容提示 ： 第三章 热力学第二定律 (3 ) 克劳修斯积分式， 可用能及其不可逆损失。 七、填写教学评估卡 18 工程热力学课堂教学设计教案 No． 8 第三章 热力学第二定律 (3) 一、教学目标 1．知识点 ● 克劳修斯积分式 ● 热量的 可用能概念 ● 不可逆损失的真正含义和其与功损的根本区别 2．能力点 ● 应用 克劳修 斯积分式 对实际过程和循环的判断分析能力 ● 实际过程与循环中不可逆损失分析计算能力及减少不可逆损失的分析能力 二、教学内容与教学方法 1．可用能及其不可逆损失 教师讲授 2． 克劳修斯积分式 教师讲授 三、练习与讨论 讨论题 ：热力学第二定律在工程中、生命科学中和在其它领域中应用 四、课堂总结 强调必须掌握的知识 重 点 、难点 与 能力点 ● 可用能的不可逆损失的概念及其计算能力 ● 应用 克劳修斯积分式 对实际过程和循环的判断 分析能力 五、布置作业 作业 p103 思考题 ： 6 习 题 ： 4－ 5 六、下次课内容提示 ： 火用概念，热力学第二定律应用。 七、填写教学评估卡 19 工程热力学课堂教学设计教案 No． 9 第三章 热力学第二定律 (4) 一、教学目标 知识点 ● 火用和火无的概念 ● 各种火用的计算方法及火用损、火用效率的计算方法 ● 火用方程 ● 热力学第二定律具体应用的形式和应用方面 能力点 ● 各种火用的计算能力 ● 掌握 火用损的计算能力及减小火用损的分析 能力 ● 掌握热力学第二定律的具体应用形式及用之进行实际计算与 热力过程和热力循环 判断分析能力 二、教学内容与教学方法 1．火用及其计算 教师讲授 2。 火用损的分析与火用效率 教师讲授 3． 火用方程 教师讲授 4。 热力学第二定律的具体应用 教师讲授 三、练习与讨论 功损、火用损、可用能的不可逆损失 四、课堂总结 强 调必须掌握的知识 重 点 、难点 与 能力点 ● 功损、火用损、可用能的不可逆损失区别与联系 ● 热力学第二定律的具体应用形式和应用方法 五、布置作业 复习消化理解本节强调的知识点和能力点 20 六、本章知识结构框图 七、下次课内容提示 ： 热力学第二定律习题与讨论课 八、填写教学评估卡 内平无摩 0 方向 条件 Sg=0 Sg0 =0 闭 口 用 途 核心 实质 热力学 第一定律 局限 热力学第二定律任务：过程进行的方向、条件、限度 热力学第二定律 基本表达式熵方程 △ S=Sf,m+Sf,q+Sg 过程： 方向性 不可逆性 熵产 Sg 可用能 不可逆损失L=T0(△ S) 孤=T0Sg 孤立系熵增原理 （△ S） 孤 =Sg≥ 0 克劳修斯积分式    21 0,0 TQTQ  不可逆过程 可逆过程 卡诺定理 卡诺循环 热力学温标 1. 判断循环过程可逆与否 （△ 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. 计算熵变和不可逆损失 途 途 闭口 绝热 循环 应用 用途 条件限度 火用 火无 火用 损 火用 损 为零 火用 损大于零 21 工程热力学课堂教学设计教案 No． 10 热力学 第二定律习题与讨论 1. 热力学第二定律知识结构框图 2. 热力学第二定律知识脉络及核心知识 点 3. 习题 (1) 有一台用压缩空气驱动的小型车，一直压缩空气罐的容积为 ，压力为 15MPa（表压）。 问平均功率为 4P 的情况下车子最多能行驶多长时间。 用完这罐空气，最终造成的熵产为若干。 已知大气状况为 ， 20℃。 (2) 将 3kg 温度为 0℃ 的冰，投入盛有 20kg 温度为 50℃ 的水的绝热容器中。 求最后达到热平衡时的温度及整个绝热系的熵增。 已知水的比热容为 (kg K)，冰的融解热为 （不考虑体积变化）。 4. 思考题 (1) 自发过程是不可 逆过程，非自发过程是可逆过程，这样说对吗。 (2) 热力学第二定律能不能说成“机械能可以全部转变为热能，而热能不能全部转变为机械能“。 为什么。 (3) 与大气温度相同的压缩气体可以从大气中吸热而膨胀作功（依靠单一热源作功）。 这是否违背热力学第二定律。 (4) 闭口系进行了一个过程后，如果上熵增加了，是否能肯定它从外界吸收了热量。 如果熵减少了，是否能肯定它向外界放出了热量。 (5) 试指出循环效率公式 211t   和 211t TT  各自适用的范围（ T1 和 T2 是指热源和冷源的温度）。 (6) 下列说法有无错误。 如有错误，指出错在哪里。 1) 工质进行不可逆循环后熵必定增加。 2）使热力系熵增加的过程必为不可逆过程； 3）工质从状态 1 到状态 2 进行了一个可逆吸热过程和一个不可逆吸热过程。 后者的熵增必定大于前者的熵增。 七、下一次课内容提示 ： 第四章 气体的 热力 性质（ 1）理想气体及其状态方程 八、填写教学评估卡 22 工程热力学课堂教学设计教案 No． 11 第 四 章 气 体的热力性质 (1) 一、教学目标 1．知识点 ● 实际气体的概念 ● 理想气体 的 概念 ● 理想气体 状态方程 ● 气体常数和摩尔（通用）气体常数概念 ● 理想混合气体及其计算 ● 分压力和道尔顿定律 2．能力点 ● 实际气体与理想气体的判断能力 ● 熟练应用理想气体状态方程进行平衡状态点的计算 能力 ● 理想混合气体计算能力 二、教学内容与教学方法 1。 气体分子运动论要点 2．实际气体与理想气体 教师讲授 3．理想气体状态方程和摩尔气体常数 教师讲授 4． 理想混合 气体的热力性质 及其计算 教师讲授 三、练习与讨论 练习题： 理想气体与实际气体 分压力 四、课堂总结 强调必须掌握的知识 重 点 ● 理想气体概念及理想气体 的应用 五、布置作业 六、下次课内容提示 ： 第 四 章 气体热力性质 (2 ) 气体比热容、理想气体热力性质 七、填写教学评 估卡 23 工程热力学课堂教学设计教案 No． 12 第 四 章 气体的热力性质 (2) 一、教学目标 1．知识点 ● 气体比热容 ● 理想气体的比热容、热力学能、焓 ● 理想气体的熵 ● 迈耶公式 2．能力点 ● 理想气体热力性质（比热容、热力学能、焓、熵）的计算能力 3．德育点 ● 通过英国科学家布莱克等对比热容理论贡献的介绍，向学生进行创新思维和科学精神 的教育 二、教学内容与教学方法 1． 比热容 教师讲授 2． 理想气体 比热容、理想气体定压比热和定容比热、比热关系式 教师讲授 3。 理想气体热力学能、焓和熵的计算 教师讲授 三、练习与讨论 练习题： 理想气体性质计算 四、课堂总结 强调必须掌握的知识 重 点 与 能力点 ● 理想气体热力性质的计算能力； ● 理想气体的焓、热力学能、定压比热和定容比热都仅仅是温度的单值函数，而理想气体的熵除了与温度有关外还与另外一个参数压力 或比容有关； ● 只要是理想气体，其热力学能和焓都用比热乘温差来计算，无论过程是否定压或定容。 五、布置作业 作业 p73 习 题 ： 3－ 10 六、下次课内容提示 ： 实际气体热力性质 七、填写教学评估卡 24 工程热力学课堂教学设计教案 No． 13 第四章 气体的 热力 性质 （ 3） 一、教学目标 1．知识点 ● 理想气体状态方程用于实际气体 时 的偏差 ● 压缩因子 ● 范德瓦尔方程 ● 对应态原理与通用压缩因子图 2．能力点 ● 使学生学会选择适用的状态方程和修正方法对实际气体 性质进行修正 的 计算能力。 ● 理想气体状态方程用于实际气体偏差起因 的分析能力 及范德瓦尔方程建立的 逆向 思维方法 3． 德育点 ● 通过对只有小学文化的荷兰科学家 范德瓦尔 创立范氏 方程的 介绍 对学生进行 勇于创新 的教育 二、教学内容与教学方法 1。 理想气体状态方程用于实际气体 时 的偏差 、 压缩因子 教师讲授 2．范德瓦尔方程及其推导过程 教师讲授 3。 常用的其它状态方程 教师讲授 3．对应态原理 教师将授 4．通用压缩因子图 教师讲授 三、练习与讨论 练习题： 采用理想气体状态方程、范氏方程和通用压缩因子图对实际气体计算的比较 四、课堂总结 强调必须掌握的知识 重 点 和 能力点 ● 范德瓦尔状态方程在状态方程研究中的重要地位和作用 ● 采用实际 气体状态方程时必须注意的问题 ● 破除迷信和逆向思维对发明创造的极端重要性 五、布置。