高中物理-热力学第一定律 能量守恒定律教学设计学情分析教材分析课后反思

《热力学第一定律能量守恒定律》教学设计课题：热力学第一定律能量守恒定律科目：物理教学对象：高二选用教材：人教版选修3-3第十章第3节教师：一、教学目标物理观念能够从能量转化的角度理解热力学第一定律的形式和内涵。理解、掌握能量守恒定律，会用能量守恒的观点分析物理现象，明确其优越性。了解第一类永动机不能制成的原因。科学思维会用QUOTE∆U=Q+W∆U=Q+W解决一些简单的问题。了解建立热力学第一定律的历史过程、事实依据以及科学方法。通过教材中J.R.迈尔船医的故事让学生对创造性思维中最活跃因素——“猜想与假设”有一定的启发。锻炼学生能从抽象公式内化为思维从而解释生活中现象的能力，让学生能够学以致用。科学探究通过独立分析和思考，理解W、Q、ΔU正负号的意义。能将其运用到生活实际，结合自身体会，理解能量守恒定律。从实际出发体会永动机的不可能性。科学态度与责任学习科学家们探索自然规律的精神，增强学生开发新能源、合理利用能源、发展节能技术的责任感。同时在学习了第一类永动机不可行后，学生能够建立健康积极的科学观。二、教学方法及策略教学方法：谈话法、讨论法、讲授法、观察法、阅读法。教学策略：实验总结法、理论归纳法。三、教学重点及难点【教学重点】（1）用热力学第一定律分析内能改变的问题。（2）掌握QUOTE∆U=Q+W∆U=Q+W的符号法则并熟练应用。【教学难点】（1）表达式QUOTE∆U=Q+W∆U=Q+W中各物理量的符号及其物理意义。（2）第一类永动机的不可能性。四、教学过程教学内容教师活动学生活动设计意图（一）引入：在上一节课中，我们学习了改变物体内能的两种方式，做功和热传递，并讨论了在一个绝热系统和一个单纯热传递系统中内能的该变量与功和热量之间的定量关系。接下来我们来看两个实验，在观察过程中，大家注意思考它们分别是采用什么方式改变系统内能的。教师播放热刀切乒乓球实验和学生往透明气缸中加压“造云”实验。由上述两个实验我们知道，做功和热传递都可以改变系统内能。【提问】那如果系统在跟外界同时发生做功和热传递，内能的变化与热量及做功之间有什么关系呢？这就是我们这节课要学习的内容。播放视频、做实验、写板书（标题）、提出问题思考教师提出的问题激发学生兴趣，承上启下（二）新课教学：1、热力学第一定律类比在某一位同学家中，父母这个月的工资收入各5000元，这个月的家庭生活支出2000元，这位同学这个月交学费1000元，问这个家庭这个月结余多少钱？（1）内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功之和。（2）表达式：QUOTE∆U=Q+W∆U=Q+W其中ΔU表示系统内能的增量，Q表示系统吸收的热量，W表示外界对系统做的功。【提问】请同学们思考：一定量的气体膨胀，是气体对外界做功，还是外界对气体做功？那如何表示这个方向问题？答：正负符号。我们知道功有正负，且正负号所代表的物理意义不同，那么上式中ΔU和Q是否又有正负之分呢？如果有正负号代表的物理意义相同吗？（3）对公式ΔU、Q、W符号的规定：教师引导学生从热力学第一定律的内容来分析上述三物理量的符号的规定。具体如下：内容中的提到的是内能的增加量，如果系统的内能是减少，则ΔU的符号为“-”，相反则为“+”；同理，系统放出热量，Q符号取“-”，吸收热量则取“+”；气体对外界做功，W符号取“-”，外界对系统做的功则取“+”。总而言之，与定律内容相反的取“-”号，否则取“+”号。详见下表：2、气体状态变化与物理量对应方法（1）绝热过程：过程是绝热的,则Q=0,W=ΔU,外界对系统做的功等于系统内能的增加。（2）等容过程：无做功过程,即W=0,则Q=ΔU,系统吸收的热量等于系统内能的增加。（3）等温过程：在过程的始末状态,系统的内能不变,即ΔU=0,则W+Q=0或W=-Q,表示吸收的热量全部用来做功或外界对气体所做的功全部转换为热量放出。3、应用热力学第一定律解题的一般步骤：(1)首先选定研究对象是哪个热力学系统。(2)根据符号法则判断已知量的正、负。(3)根据方程QUOTE∆U=Q+W∆U=Q+W求出未知量。(4)再根据未知量结果的正、负来确定热传递或做功方向的情况。学习完热力学第一定律后归纳到能量守恒定律，从而提出与能量守恒定律相违背的第一类永动机。4、能量守恒定律和第一类永动机(1).能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个系统转移到别的系统，在转移过程中其总量保持不变。回忆能量守恒定律的内容，再引入第一类永动机问题。(2).第一类永动机：在17-18世纪，资本主义发展初期，为了满足生产对于动力日益增加的需求，许多人致力于制造一种机器，它不需要任何动力或燃料却能不断对外做功，称其为“第一类永动机”。如图是最早的永动机，设计于13世纪的法国。第一类永动机由于违反了能量守恒定律所以不可能实现。介绍了第一类永动机，可以顺势引出第二类永动机，为下节课热力学第二定律的学习做铺垫。讲述了趣味性较强的物理学史之后需要让同学们回归课标与高考，总结解题步骤并利用例题检验。写板书、提出问题、联系生活实际联系所做“制云”实验以及教材[思考与讨论]例子给学生讲解符号的规定以及物理意义。联系所做“制云”实验给同学们拓展气体状态变化与物理量对应方法。写板书引导学生完成例题2和跟踪训练2写板书思考问题、【回答】利用符号表示方向阅读教材[思考与讨论]、记笔记记笔记做练习同学们听故事，思维可稍放松。计算课件上例题问题的设置与解决有助于培养学生利用热力学第一定律解决问题的思维。符号规则的本质是不难的，但是学生很容易被表象牵着鼻子走，死记硬背。所以要帮助学生抓住其根本，利用直观的表格帮助学生理清规律。该部分属于拓展内容，有助于同学将实际问题模型化，抽象化，对解题能力有所提高。体会热力学第一定律与实际问题的结合回顾能量守恒定律。培养同学们健康的科学观念。回归课标，回归高考，给出一般解题步骤后例题加以巩固。并检测教学效果。（三）课堂小结：本节课的主要内容是热力学第一定律及其运用，该内容在以往高考的3-3选考题中，出现的概率非常高，属于本书比较重要的内容。布置作业检测教学效果。五、板书设计热力学第一定律能量守恒定律一、热力学第一定律1、内容：一个系统的内能增量等于系统吸收的热量与外界对系统所做的功之和。2、表达式：QUOTE∆U=Q+W∆U=Q+W3、对公式ΔU、Q、W符号的规定：二、气体状态变化与物理量对应方法三、应用热力学第一定律解题的一般步骤：四、能量守恒定律及第一类永动机知识层面：学生已掌握了内能的定义及其微观解释。本章前两节已经学习了在绝热过程中ΔU=WQUOTE∆U=Q+WQUOTE∆U=W，以及在单纯的热传递过程中ΔU=QQUOTE∆U=Q的关系且建立了在改变系统内能上做功和热传递是等价的观念。学生在必修2已经学习了能量守恒定律，对于能量的转移和转化已经有较成熟的理解。能力层面：符号的规定是本节学习的难点，而高二学生在学习加速度、力时就掌握了用符号来表示方向的技巧，为本节学习打下了坚实基础。高中的知识规律较初中而言普遍更为抽象和偏向解题技巧，而本节学习的精髓应是让学生能够从抽象的公式回归到生活中的物理现象，学以致用。所以需要教师带领学生动手实验，体验热学的乐趣。认知困难：第一类永动机的不可能性。一、温故知新，激发学生的学习兴趣“兴趣是最好的老师,有兴趣不是负担”,这句话饱含深刻的道理。对知识有浓厚兴趣时,就会产生不断前进,渴求新知,欲求明白的强烈渴望,就会全身心的投入到所感兴趣的学习中。在教学中我先带领学生们将上一节所学内容复习一遍，让学生对改变内能的两种方式有个清楚的认识，为这节课的学习做好知识的储备。二、鼓励学生主动参与，积极交往要使课堂教学真正成为高校课堂的主渠道，必须着力唤醒学生的主体意识，让学生主动地参与教学活动。在课堂教学中应坚持学生活动的自主性，使学生主体处于活跃兴奋状态，使学习成为学生自己的活动，让学生在教学实践过程中学会选择、学会参与。例如在做功改变系统内能的认知中让学生动手实验“对空气加压造云”，深刻体会到气体对外做功，内能减少，温度降低，出现液化的现象。三、巧设目标，提高学生对知识的吸收率教学方法是教师借以引导学生掌握知识，形成技巧的一种手段，要提高课堂教学效果，必须有良好的教学方法，深入浅出，使学生易于吸收。在本节课中，通过设计将热力学第一定律与气体状态变化的规律结合，让学生们将所学知识应用到具体的问题解决中去。最后，我让学生之间围绕学习内容而进行互检互测。测试学生新课学习后教学目标达成率，检验学生运用知识、解决问题的能力。练习题我尽量结合实际，且逐步递进，这样的达标检测不仅能客观评价学生的学习状况，更可以激发学生进一步努力学习的勇气。本节内容选自人教版选修3-3第十章《热力学定律》的第3节《热力学第一定律能量守恒定律》。从教材结构上来看，本章从研究绝热过程中功和内能关系开始，到讨论单纯的热传递过程中热与内能的关系，逐步剖析功、热量以及内能三者之间的关系，引出了热力学第一定律以及能量守恒定律的内容（能量守恒定律在人教版必修2第七章第10节已学习，因此并未在本课的设计范围内）。在学习了守恒律后，学生能够通过学习热力学第二定律来了解自然过程的不可逆性，认识自然界的一切自发过程都是朝着熵增大的方向进行的这一规律。从教材内容来看，教材的思路是从焦耳的实验出发得到“做功与传热在改变系统内能方面是等价的”的观念，从而总结出QUOTE∆U=Q+W∆U=Q+W的规律，进而推广得到能量守恒定律，并介绍永动机的不可能性。而本节课的教学设计是在教材的基础上，用一个新颖的实验作为引入，承接原来学过的“单纯做功／热传递改变系统内能”引出“做功与传热在改变系统内能方面的等价性”，激发学生乐趣，有助学生理解物理图像。例题1：一定质量的气体，膨胀过程中是外界对气体做功还是气体对外界做功？如果膨胀时做的功是135J，同时向外放热85J，气体的内能变化量是多少？内能是增加了还是减少了？变式训练1．一定质量的气体对外做功26J，内能增加了42J，则气体对外放热还是从外界吸热?吸/放多少热量?若气体吸收的热量为26J，内能增加了36J，则气体与外界做功的关系又如何？跟踪训练1.固定容器及可动活塞P都是绝热的，中间有一导热的固定隔板B，B的两边分别盛有气体甲和气体乙。现将活塞P缓慢地向B移动一段距离，已知气体的温度随其内能的增加而升高，则在移动P的过程中（）A、外力对乙做功，甲的内能不变B、外力对乙做功，乙的内能不变C、乙传递热量给甲，乙的内能增加D、乙的内能增加，甲的内能不变例题2：一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其p­T图象如图10­3­3所示．下列判断正确的是()A．过程ab中气体一定吸热B．过程bc中气体既不吸热也不放热C．过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热D．a、b和c三个状态中，状态a分子的平均动能最小跟踪训练2.如图所示，用面积为s的活塞在汽缸内封闭着一定质量的空气，活塞上放一砝码，活塞和砝码的总质量为m.现对汽缸缓缓加热，使汽缸内的空气温度从T1升高到T2，空气柱的高度增加了△L已知加热时气体吸收的热量为Q，外界大气压强为P0.求此过程中被封闭气体的内能变化了多少？当堂检测1．若在气缸中，装有一定量的气体，则（）A．传热量给气体，它的内能一定改变B．若气体与外界交换热量，又对外做功，它的内能一定改变C．对气体做功，其内能一定改变D．以上说法都不对2.一定量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104J的功，气体的内能减少了1.2×105J，则下列各式中正确的是（）A.W=8×104J，ΔU=1.2×105J，Q=4×104JB.W=8×104J，ΔU=－1.2×105J，Q=－2×105JC.W=－8×104J，ΔU=1.2×105J，Q=2×104JD.W=－8×104J，ΔU=－1.2×105J，Q=－4×104J3．在温度均匀的液体中，一个气泡由液体的底层缓慢地升到液面，上升的过程中，气泡的体积不断增大，则气泡在浮起过程中（）A．放出热量B．吸收热量C．不吸热，也不放热D．无法判断课堂教学是教师与学生的双边活动。要提高高中物理课堂的教学质量，必须以学生为本，凭借物理逻辑思维性强、灵活性强、运用性强的特点，精心设计，给学生一些机会，让学生自己去体会；给学生一点困难，让他自己去解决；给学生一个问题，让他自己找答案；给学生一种条件，让他自己去锻炼；给学生一片空间，让他自己去开拓。注重学生优秀思维品质的培养，变被动为主动，变学会为会学，这样就一定能达到传授知识，培养能力的目的，收到事半功倍的效果。但与自己预想的效果还是有一定的差距。首先，在课堂形式上显得比较单一，和孩子们的互动不是很多，替孩子们回答的较多，在课堂中出现的问题没能够灵活处理，给学困生的鼓励较少。其次，在知识的讲解上也存在一些问题，比如