《高等工程热力学》研究生课程教学资源（教案）能量系统的㶲分析方法——物理㶲教学设计

能量系统的分析方法一一物理教学设计在课程之前学生已经学过了热力学第一定律和热力学第二定律，对能量的“数量”与“品质”有了一定的认识。之前学生已经初步学习了有效能（）的基本概念和拥方程的基本表达式与物理意义，便于同学们通过后续对各种能量形式的及其特性进行准确热力计算。然而，本节课介绍的各种形式物理拥有相似之处，尽管都与热力学状态参数相关，但品质不同，大家要注意区分，避免混淆。1.参考教材1、高等工程热力学讲义2、《能量系统的热力学分析方法》，傅秦生编著2．对应章节第9章能量系统的分析方法——物理3.教学目标知识目标：了解各种能量的“数量”与“品质”的关系：理解物理与化学的异同点以及热力学平衡的内涵；掌握各种物理的分类、热力特性、分析与计算方法、影响因素；理解理想气体压力和温度的由来、应用以及在理想气体热力学性质表建立：能力目标：在学习各种物理的物理特征与计算方法的过程中，重点掌握复杂能量系统中复杂参数对物理的影响规律，并引入到自已的研究分析中；掌握多种物理的物理特征与计算方法，在分析工程应用领域的具体案例时，引导学生活学活用知识点，培养其借用已学知识分析问题的实战能力。思政目标：在介绍各种物理的应用领域时，引出对我国科学家吴仲华先生提出能量梯级利用的物理内涵，使学生体会老一辈科学家勇于创新、心系国家的家国情怀：介绍各种物理与实现“双碳目标”和储能技术的内在关联性，激发同学们的将所学与国家战略紧密联系的爱国主义情怀：引出热量拥和冷量的对比，揭示冷量的来之不易，指出冰箱、空调在满足美好生活的同时，提高其能效和宣传节能意识十分重要，教育学生要从点滴做起，节能减排、保护环境。4.教学内容1.炳及热力学平衡（环境状态）的定义与由来；环境与热力学平衡（环境状态）的区别：完全热平衡与非完全热平衡的区别：物理与化学的异同点。2物理机械能、机械功、容积变化功拥、电能定义、公式与物理内涵：3热量热量、冷量的定义、公式推导、图示与物理内涵：4封闭系统的（热力学能）热力学能的定义、公式推导、图示与物理内涵；5.稳定流动系统（焙炳）恰的定义、公式推导、图示与物理内涵：6.理想气体的压力炳和温度理想气体的压力和温度的定义、公式推导与物理内涵；温度的定义及理想气体的热力性质表。5.教学重点1.机械能、机械功、容积变化功、电能的定义与计算公式；2.热量拥、热力学能和的定义与计算公式；3.理想气体压力、温度的定义与物理意义。6.教学难点热量、热力学能和、理想气体压力和温度7.教学思路重点介绍热量、热力学能和烩，从不同的途径推导出热量、热力学能和烩的数学表达式，分析其特点，掌握计算和分析方法，以及在工程中的应用示例

能量系统的㶲分析方法——物理㶲教学设计 在课程之前学生已经学过了热力学第一定律和热力学第二定律，对能量的“数量”与“品 质”有了一定的认识。之前学生已经初步学习了有效能（㶲）的基本概念和㶲方程的基本表 达式与物理意义，便于同学们通过后续对各种能量形式的㶲及其特性进行准确热力计算。然 而，本节课介绍的各种形式物理㶲有相似之处，尽管都与热力学状态参数相关，但品质不同， 大家要注意区分，避免混淆。 1. 参考教材 1、高等工程热力学讲义 2、《能量系统的热力学分析方法》，傅秦生 编著 2. 对应章节 第 9 章 能量系统的㶲分析方法——物理㶲 3. 教学目标 知识目标：了解各种能量的“数量”与“品质”的关系；理解物理㶲与化学㶲的异同点 以及热力学平衡的内涵；掌握各种物理㶲的分类、热力特性、分析与计算方法、影响因素； 理解理想气体压力㶲和温度㶲的由来、应用以及在理想气体热力学性质表建立； 能力目标：在学习各种物理㶲的物理特征与计算方法的过程中，重点掌握复杂能量系统 中复杂参数对物理㶲的影响规律，并引入到自己的研究分析中；掌握多种物理㶲的物理特征 与计算方法，在分析工程应用领域的具体案例时，引导学生活学活用知识点，培养其借用已 学知识分析问题的实战能力。 思政目标：在介绍各种物理㶲的应用领域时，引出对我国科学家吴仲华先生提出能量梯 级利用的物理内涵，使学生体会老一辈科学家勇于创新、心系国家的家国情怀；介绍各种物 理㶲与实现“双碳目标”和储能技术的内在关联性，激发同学们的将所学与国家战略紧密联系 的爱国主义情怀；引出热量㶲和冷量㶲的对比，揭示冷量㶲的来之不易，指出冰箱、空调在 满足美好生活的同时，提高其能效和宣传节能意识十分重要，教育学生要从点滴做起，节能 减排、保护环境。 4. 教学内容 1. 㶲及热力学平衡（环境状态） 㶲的定义与由来；环境与热力学平衡（环境状态）的 区别；完全热平衡与非完全热平衡的区别；物理㶲与化学㶲的异同点。 2 物理㶲 机械能㶲、机械功㶲、容积变化功㶲、电能㶲定义、公式与物理内涵； 3 热量㶲 热量㶲、冷量㶲的定义、公式推导、图示与物理内涵； 4 封闭系统的㶲（热力学能㶲） 热力学能㶲的定义、公式推导、图示与物理内涵； 5. 稳定流动系统㶲（焓㶲） 焓㶲的定义、公式推导、图示与物理内涵； 6. 理想气体的压力㶲和温度㶲 理想气体的压力㶲和温度㶲的定义、公式推导与物理 内涵；温度熵的定义及理想气体的热力性质表。 5. 教学重点 1. 机械能㶲、机械功㶲、容积变化功㶲、电能㶲的定义与计算公式； 2. 热量㶲、热力学能㶲和焓㶲的定义与计算公式； 3. 理想气体压力㶲、温度㶲的定义与物理意义。 6. 教学难点 热量㶲、热力学能㶲和焓㶲、理想气体压力㶲和温度㶲 7. 教学思路 重点介绍热量㶲、热力学能㶲和焓㶲，从不同的途径推导出热量㶲、热力学能㶲和焓㶲 的数学表达式，分析其特点，掌握计算和分析方法，以及在工程中的应用示例

8.教学过程导入教师活动教学内容学生活动从能量转换谈起，询问同学相同数能量除了数量之外，更重要的是存思考如何实现节能减量的热量、热力学能、恰，做功能力在“品质”差异。排？热一律和热二律是否一样？环境中热量是否可用？如何指导？展开教师活动学生活动教学内容1.讲述及热力学平衡，介绍我国讲解的定义与由来：环境与热力了解吴仲华先生突出科学家吴仲华先生，使学生体会老学平衡（环境状态）的区别：完全热能量梯级利用学术思一辈科学家勇于创新、心系国家的平衡与非完全热平衡的区别：物理想的深远影响，思想得家国情怀。与化学的异同点。到升华。2.讲述物理，引出与实现“双碳讲解机械能、机械功、电能互动环节：1、举例其它目标”和储能技术的内在关联性，激定义、容积变化功、循环功的能量系统存在的物理发同学们的将所学与国家战略紧密公式与物理内涵：【工程实例飞轮拥：2、储能系统的拥的联系的爱国主义情怀。储能、抽水蓄能、新能源汽车与地转化形式。铁等交通工具能量回收等工程实例就是机械能拥的转化存储再利用。体会节能环保的重要3.热量，引出热量和冷量的讲解热量、冷量拥的定义、公式性，理解制冷领域节能对比，指出冰箱、空调在满足美好推导、图示与物理内涵。的重要性。思考：利用生活的同时，提高其能效和宣传节峰谷电价差的蓄冷、蓄能意识十分重要，教育学生要从点热或蓄电，是否改变热滴做起，节能减排、保护环境。力学特性？为什么具有应用前景？4封闭系统（热力学能）讲解热力学能的定义、公式推导、思考热力学能与热图示与物理内涵。【工程实例】压缩量的区别；空气储能存储的是那种？思考热力学能与烩5.稳定流动系统（焰）讲解熔拥的定义、公式推导、图示的区别：与物理内涵。讲解理想气体压力和温度的定互动环节：实际气体是6.理想气体压力和温度义、公式推导与物理内涵；温度炳否也有压力和温度的定义及理想气体的热力性质表。？归纳总结教师活动教学内容学生活动口头回忆本节课介绍的各种物理拥相同点：均与系统的状态参数相关；回忆本节课的内容。的异同点不同点：对象不同，描述有所差异。了解学生学习效果的方法提问学生对各种物理的定义、公式推导与物理内涵等内容，检验学生的掌握程度

8. 教学过程 导入 教师活动 教学内容 学生活动 从能量转换谈起，询问同学相同数 量的热量、热力学能、焓，做功能力 是否一样？环境中热量是否可用？ 能量除了数量之外，更重要的是存 在“品质”差异。 思考如何实现节能减 排？热一律和热二律 如何指导？ 展开 教师活动 教学内容 学生活动 1. 讲述㶲及热力学平衡，介绍我国 科学家吴仲华先生，使学生体会老 一辈科学家勇于创新、心系国家的 家国情怀。 2. 讲述物理㶲，引出与实现“双碳 目标”和储能技术的内在关联性，激 发同学们的将所学与国家战略紧密 联系的爱国主义情怀。 3. 热量㶲，引出热量㶲和冷量㶲的 对比，指出冰箱、空调在满足美好 生活的同时，提高其能效和宣传节 能意识十分重要，教育学生要从点 滴做起，节能减排、保护环境。 4 封闭系统㶲（热力学能㶲） 5. 稳定流动系统㶲（焓㶲） 6. 理想气体压力㶲和温度㶲 讲解㶲的定义与由来：环境与热力 学平衡（环境状态）的区别；完全热 平衡与非完全热平衡的区别；物理 㶲与化学㶲的异同点。 讲解机械能㶲、机械功㶲、电能㶲 定义、容积变化功㶲、循环功㶲的 公式与物理内涵；【工程实例】飞轮 储能、抽水蓄能、新能源汽车与地 铁等交通工具能量回收等工程实例 就是机械能㶲的转化存储再利用。 讲解热量㶲、冷量㶲的定义、公式 推导、图示与物理内涵。 讲解热力学能㶲的定义、公式推导、 图示与物理内涵。【工程实例】压缩 空气储能存储的是那种㶲？ 讲解焓㶲的定义、公式推导、图示 与物理内涵。 讲解理想气体压力㶲和温度㶲的定 义、公式推导与物理内涵；温度熵 的定义及理想气体的热力性质表。 了解吴仲华先生突出 能量梯级利用学术思 想的深远影响，思想得 到升华。 互动环节：1、举例其它 能量系统存在的物理 㶲；2、储能系统的㶲的 转化形式。 体会节能环保的重要 性，理解制冷领域节能 的重要性。思考：利用 峰谷电价差的蓄冷、蓄 热或蓄电，是否改变热 力学特性？为什么具 有应用前景？ 思考热力学能㶲与热 量㶲的区别； 思考热力学能㶲与焓 㶲的区别； 互动环节：实际气体是 否也有压力㶲和温度 㶲？ 归纳总结 教师活动 教学内容 学生活动 口头回忆本节课介绍的各种物理㶲 的异同点 相同点：均与系统的状态参数相关； 不同点：对象不同，描述有所差异。 回忆本节课的内容。 了解学生学习效果的方法 提问学生对各种物理㶲的定义、公式推导与物理内涵等内容，检验学生的掌握程度