“热学”专题分析及热学教学与信息技术融合

专题五“热学”专题分析及“热学”教学与信息技术融合高中物理第一讲“热学”内容梳理及核心内容专题分析

一、“热学”内容梳理二、“热学”核心内容专题分析（一）“热学”中的物理观念及教育价值

“物理观念”包括物质观念、运动观念、相互作用观念、能量观念及其应用等要素。

它是物理思想、物理知识的集合体，它是具体物理知识在学生头脑中的提炼与升华。是从物理学视角解释自然现象和解决实际问题的基础。

能量守恒定律是十九世纪自然科学三大发现之一，是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。1.能量的转化与守恒思想

从对机械能和内能的研究开始，逐步发展到其他的物理现象中能量的转化与守恒，能量的转化和守恒定律是一个普适的定律，它是自然界中的基本定律之一。

从日常生活到科学研究、工程技术应用，能量守恒定律这一规律都发挥着重要的作用。能量守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器。2．统计规律

在气体分子速率的描述上，是以统计规律为前提的。

高中物理有关统计规律的内容包括测量中的偶然误差问题，半衰期等。学生用统计规律的思想去看待事物，可以培养学生科学的方法和态度。

统计规律对于人们在生活中的决策等问题具有重大的指导意义。3.宏观过程不可逆

自然界一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，这是热力学第二定律的核心思想。

自然界的一切变化，都伴随着能量的转移和转化。能量在数量上虽然守恒，但其转移和转化却是具有方向性的。（二）“热学”教学中的物理科学方法教育1.建立宏观和微观之间的联系。

通过阿伏加德罗常数的学习，可以把摩尔质量、摩尔体积这些宏观物理量与分子的质量、分子的大小等微观物理量联系起来；通过对扩散现象、布朗运动、气体压强等现象的解释可以把握宏观现象的微观实质。2.建立物理模型的方法

抓住研究对象的主要特征，忽略次要因素，对研究对象进行理想化处理，这是物理研究的重要方法。运用这种方法，可以用模型来表示研究对象，使得研究变得简单、有效，从而便于人们去认识和把握问题的本质，寻求事物发展的内在规律。理想气体微观模型的几个要点：

分子本身的大小比它们之间的平均距离可以忽略不计。

除了短暂的碰撞过程外，分子间的相互作用可以忽略。

分子间的碰撞是完全弹性的。

第二讲

“热学”中的物理学史与教学

（一）对温度的研究一、高中“热学”中的物理学史

伽利略1593年利用空气热胀冷缩的性质，制成了温度计的雏形。

华伦海特1724年建立了华氏温标，首先使用水银代替酒精制成温度计。

摄尔修斯1742年定义水的沸点和熔点，后由施勒默尔建立摄氏温标。

开尔文1848年提出热力学温标。（二）热力学第一定律的建立

迈尔在1845年的论文中明确写道：“无不能生有，有不能变无。”

亥姆霍兹1847年发表论文把能量概念从机械运动推广到普遍的能量守恒，第一次将能量守恒定律以数学形式提出来。

焦耳用了三十多年，付出大量的辛勤劳动测量热功当量。

克劳修斯建立了理想气体分子模型和压强公式，引入了平均自由程的概念。麦克斯韦第一次用概率的思想，建立了麦克斯韦分子速率分布律。玻尔兹曼提出了更全面的玻尔兹曼分布律，建立了玻尔兹曼熵公式。吉布斯建立了完整的“系综理论”。（三）分子运动论的发展二、“热学”基本概念和理论的建立过程（一）对于热的本质的认识

“热质说”认为热是一种看不见的、没有质量的流质，叫热质。热质可以渗透在一切物体之中，物体的冷热取决于它所含热质的多少。

“热动说”认为热量是物质运动的一种表现。它的本质就是物质内部大量实物粒子的杂乱无规则运动。（二）能量守恒定律的建立

迈尔最早提出“守恒”的观点。

焦耳通过实验，测得大量热功当量的数据。使热的运动说确立在坚实的实验基础上。

亥姆霍兹总结了许多人的工作，提出了普遍的能量守恒原理，为深入地理解自然界的统一性提供了有力的理论武器。三、在“热学”教学中应用物理

学史的教学策略

第三讲“热学”的跨学科综合问题及在生产生活中的应用一、生活中的“热学”现象及其解释（一）表面张力

表面张力是作用于液体表面的切面上使液体表面具有收缩趋势的力。

表面张力的成因是由于液体的表面层分子间平均距离略大于平衡距离，分子间的相互作用力表现为引力。平行于液面的引力在宏观上的表现即为表面张力。（二）浸润和不浸润

在液体和固体相接触的面内，有薄薄的一层，称为附着层。附着层中液体分子既受要到液体分子的作用力，还要受到外面固体分子的吸引力。如果受到固体分子的吸引较强，附着层里的分子比液体内部更密，在附着层里就出现相互排斥的力，这时跟固体接触的液体表面有扩张的趋势，就形成浸润现象，反之就是不浸润现象。（三）毛细现象

浸润液体在细管里上升，不浸润液体在细管里下降的现象，叫毛细现象。能够发生毛细现象的细管叫做毛细管。（四）温度的测量1．温标的建立

处于同一热平衡状态的所有热力学系统都具有某一共同的宏观性质，我们把表证这种宏观性质的物理量叫做温度，当两个或多个系统处于热平衡时，它们的温度具有相同的量值。

热力学第零定律为温度的测量提供了客观依据。一切互为热平衡物体都具有相同温度，可以用某一装置作为共同的标准，用它与被测物体接触并达到热平衡时自身性质的变化，反映出被测物体的温度，这个装置就是温度计。

要想确定物体的温度是多少，需要标定温度的数值，温度的数值表示方法称为温标。

2．常见的温度计（1）膨胀式温度计膨胀式温度计是利用物体受热膨胀的原理制成的温度计。主要有液体膨胀式温度计、固体膨胀式温度计、压力式温度计三种。（2）热电偶温度计（3）热电阻温度计（4）液晶温度计（5）红外测温仪

常见的有红外热成像仪和红外测温仪（点温仪）（五）玻璃防雾剂

第四讲“热学”教学与信息技术的深度融合一、教师应具备的数字素养

了解教与学适用的信息技术设备及工具类型，能熟练操作常用信息技术设备。能从多种合法途径获得资源，并根据需要进行选择、改造或构建。能在不同的设备、工具与平台之间，流畅地转换和衔接。对新媒体、新技术，具备自学能力。具有信息道德与信息安全意识，并能指导学生的行为。二、信息技术在“热学”课堂情境

创设中的应用

随着手机等电子设备的普及，使我们有机会随时捕捉生活中的“热学”现象并随时记录，教师应具有随时观察记录的意识，不断积累素材。也有一些自己不容易实现，但可以在网上找到的视频材料作为创设情境的素材。与“热学”教学内容相关的现象“热学”内容物理规律生活中的现象分子动理论的基本内容布朗运动，扩散现象

茉莉花开，满屋香气

清水里滴入一滴墨水，会慢慢散开和水完全混合

把表面光滑洁净的铅板紧紧压在金板上面，几个月以后就可以发现铅分子跑到了金板里，金分子也跑到了铅板里

存放煤的墙角和地面，有相当厚的一层都变成了黑色温度和温标温度计与温标形形色色的温度计气体性质气体状态变化实验定律

篮球打气

压缩空气式水枪喷射

水火箭

热气球

空气压缩机

暖气片的安装

拔火罐

城市热岛效应

孔明灯固体性质晶体，非晶体，各向同性，各向异性，液晶

晶体图片

各向异性实验

液晶显示器液体性质表面张力

荷叶上的露珠

硬币不沉

昆虫在水面上跑浸润现象，不浸润现象，毛细现象

雨伞、鸟类羽毛不易被浸湿

毛巾、棉花、粉笔、土壤吸水

植物生长热力学第一定律能量守恒定律

各种不同形式的能量以及对应的机器设备【案例】表面张力的新课引入三、多屏互动技术在“热学”

教学中的应用（一）利用数码显微镜观察布朗运动（二）利用电子白板的传屏功能直观展