2024-2025学年高中物理 第10章 热力学定律 3 热力学第一定律 能量守恒定律教案3 新人教版选修3-3

2024-2025学年高中物理第10章热力学定律3热力学第一定律能量守恒定律教案3新人教版选修3-3学校授课教师课时授课班级授课地点教具课程基本信息1.课程名称：热力学第一定律

2.教学年级和班级：高中物理，年级不限

3.授课时间：45分钟

4.教学时数：1课时

二、教学内容和目标

1.教学内容：

-热力学第一定律的表述和意义

-能量守恒定律的证明和应用

-内能的概念和计算

-热量传递的方式和效率

2.教学目标：

-学生能够理解热力学第一定律的基本概念和表述

-学生能够运用能量守恒定律解决实际问题

-学生能够掌握内能的概念和计算方法

-学生能够了解热量传递的方式和效率

三、教学步骤

1.导入：通过一个简单的实验，引导学生思考能量的守恒问题。

2.讲解：详细讲解热力学第一定律的表述和意义，以及能量守恒定律的证明和应用。

3.案例分析：通过具体的案例，让学生运用能量守恒定律解决实际问题。

4.内能的讲解：讲解内能的概念和计算方法，让学生能够理解物体内部能量的变化。

5.热量传递：介绍热量传递的方式和效率，让学生了解热力学中的热量传递问题。

四、教学评价

五、教学资源

1.实验器材：需要准备一些简单的实验器材，如热水、冷水、热源等。

2.多媒体课件：制作相关的多媒体课件，帮助学生更好地理解和记忆课程内容。

3.课后作业和测试题：准备一些与课程内容相关的课后作业和测试题，用于巩固学生所学知识。核心素养目标1.科学思维：学生能够运用科学的方法和逻辑思维，理解热力学第一定律的基本概念和表述，以及能量守恒定律的证明和应用。

2.实践能力：学生能够通过实验和案例分析，将理论知识运用到实际问题中，解决热力学相关问题。

3.科学态度：学生能够对热力学现象产生浓厚的兴趣，积极参与课堂讨论和实验操作，培养对科学的探究精神和批判性思维。

4.团队协作：学生能够在小组讨论和实验中，与他人合作、沟通和分享，培养团队协作能力和社交技巧。教学难点与重点三、教学难点与重点

1.教学重点

-热力学第一定律的表述和意义：学生需要理解热力学第一定律的基本概念，即在一个封闭系统中，能量不会创造也不会消失，只会从一种形式转化为另一种形式。

-能量守恒定律的证明和应用：学生需要掌握能量守恒定律的证明方法，并能将该定律应用于实际问题，如物体温度变化、机械能转换等。

-内能的概念和计算：学生需要理解内能的定义，即物体内部所有分子运动的动能和势能的总和，并能计算简单物体的内能。

-热量传递的方式和效率：学生需要了解热量传递的三种方式：传导、对流和辐射，并能分析不同方式下的热量传递效率。

2.教学难点

-热力学第一定律的微观解释：学生可能难以理解热力学第一定律在微观层面的解释，即分子层面上能量的转化和守恒。

-能量守恒定律的应用：学生可能难以将能量守恒定律应用于复杂的实际问题，如大型机械系统或复杂环境中的能量转换。

-内能的计算：学生可能难以计算具有复杂形状和材料的物体的内能，以及难以理解内能与物体温度、质量和物质性质之间的关系。

-热量传递的效率：学生可能难以理解不同热量传递方式下的效率计算和比较，以及难以掌握各种热量传递方式的适用条件和特点。教学资源1.软硬件资源：

-实验室设备：热水、冷水、热源、温度计、热量计等实验器材。

-计算机和投影仪：用于展示多媒体课件和实验结果。

2.课程平台：

-学校提供的教学平台或黑板：用于展示教学内容和引导学生进行讨论。

3.信息化资源：

-多媒体课件：包括热力学第一定律的讲解、能量守恒定律的证明、内能的计算方法、热量传递的方式和效率等。

-在线学术资源：提供相关的学术文章、研究论文和教学视频，帮助学生深入理解热力学定律。

4.教学手段：

-实验教学：通过实际操作和观察，让学生直观地理解热力学定律和热量传递的原理。

-案例分析：通过分析具体的案例，让学生将理论知识运用到实际问题中。

-分组讨论：将学生分成小组，鼓励他们相互讨论和分享，提高团队合作能力和批判性思维。教学流程一、导入新课（用时5分钟）

同学们，今天我们将要学习的是《热力学第一定律》这一章节。在开始之前，我想先问大家一个问题：“你们在日常生活中是否遇到过物体温度的变化情况？”比如，把冰块放在室温下，过一段时间后冰块会融化。这个问题与我们将要学习的内容密切相关。通过这个问题，我希望能够引起大家的兴趣和好奇心，让我们一同探索热力学定律的奥秘。

二、新课讲授（用时10分钟）

1.理论介绍：首先，我们要了解热力学第一定律的基本概念。热力学第一定律是能量守恒定律，它表述为在一个封闭系统中，能量不会创造也不会消失，只会从一种形式转化为另一种形式。

2.案例分析：接下来，我们来看一个具体的案例。这个案例展示了热力学第一定律在实际中的应用，以及它如何帮助我们解决问题。

3.重点难点解析：在讲授过程中，我会特别强调能量守恒定律和内能这两个重点。对于内能的计算这一难点部分，我会通过举例和比较来帮助大家理解。

三、实践活动（用时10分钟）

1.分组讨论：学生们将分成若干小组，每组讨论一个与热力学第一定律相关的实际问题。

2.实验操作：为了加深理解，我们将进行一个简单的实验操作。这个操作将演示热量传递的基本原理。

3.成果展示：每个小组将向全班展示他们的讨论成果和实验操作的结果。

四、学生小组讨论（用时10分钟）

1.讨论主题：学生将围绕“热力学第一定律在实际生活中的应用”这一主题展开讨论。他们将被鼓励提出自己的观点和想法，并与其他小组成员进行交流。

2.引导与启发：在讨论过程中，我将作为一个引导者，帮助学生发现问题、分析问题并解决问题。我会提出一些开放性的问题来启发他们的思考。

3.成果分享：每个小组将选择一名代表来分享他们的讨论成果。这些成果将被记录在黑板上或投影仪上，以便全班都能看到。

五、总结回顾（用时5分钟）

今天的学习，我们了解了热力学第一定律的基本概念、重要性和应用。同时，我们也通过实践活动和小组讨论加深了对热力学第一定律的理解。我希望大家能够掌握这些知识点，并在日常生活中灵活运用。最后，如果有任何疑问或不明白的地方，请随时向我提问。教学资源拓展1.拓展资源：

-学术文章：为学生推荐一些关于热力学第一定律的学术论文，让他们深入了解该领域的最新研究进展。

-在线课程：推荐一些优质的在线课程或教程，如Coursera、edX等平台上的热力学课程，帮助学生巩固知识点。

-科普读物：推荐一些科普书籍或文章，如《热力学与生活》等，以生动有趣的方式讲解热力学定律的应用。

-教学视频：为学生提供一些讲解热力学第一定律的优质教学视频，如YouTube上的教学频道。

-互动仿真：推荐一些与热力学相关的互动仿真软件或游戏，如PhET等，让学生在虚拟环境中体验热力学现象。

2.拓展建议：

-深入研究：鼓励学生查阅相关学术文章，深入了解热力学第一定律的原理及其在各个领域的应用。

-在线学习：鼓励学生参加推荐的在线课程，系统地学习热力学知识，提高自己的学术水平。

-科普阅读：建议学生阅读科普读物，以轻松易懂的方式掌握热力学定律，增强对物理学科的兴趣。

-观看教学视频：建议学生观看教学视频，从不同角度理解热力学第一定律，提高学习效果。

-动手实践：鼓励学生利用互动仿真软件或游戏，亲身体验热力学现象，加深对知识点的理解。

-小组讨论：组织学生进行小组讨论，分享自己的学习心得和体会，互相启发，共同提高。

-课题研究：鼓励学生根据自己的兴趣和实际情况，选择与热力学相关的课题进行研究，培养研究能力和创新精神。

-参加竞赛：鼓励学生参加物理学科竞赛或科技竞赛，锻炼自己的物理知识和实践能力。

-学术讲座：推荐学生参加学校或社区组织的物理学术讲座，与专家学者交流，拓宽视野。板书设计1.目的明确：板书设计应紧扣教学内容，突出热力学第一定律的核心概念和知识点，帮助学生理解和记忆。

2.结构清晰：板书应按照教学流程的顺序，分步骤展示热力学第一定律的表述、证明、应用和热量传递方式等内容，使学生能够条理分明地掌握知识。

3.简洁明了：板书设计应简洁明了，突出重点，避免冗长的文字描述。使用图表、示意图等辅助工具，使复杂内容简单化、直观化。

4.准确精炼：板书内容应准确无误，语言简练，概括性强。避免使用模糊不清或容易引起误解的表达。

5.艺术性和趣味性：板书设计应具有一定的艺术性和趣味性，以激发学生的学习兴趣和主动性。使用色彩、字体、图标等元素，使板书更具吸引力。

示例板书设计：

热力学第一定律：

能量守恒定律

1.表述：

-能量不会创造也不会消失

-只会从一种形式转化为另一种形式

2.证明：

-实验观察

-微观解释

3.应用：

-物体温度变化

-机械能转换

4.热量传递：

-传导

-对流

-辐射课堂1.课堂评价

-提问：通过提问方式了解学生对热力学第一定律的理解程度，及时发现并解决学生的疑问。

-观察：观察学生在课堂上的表现，包括参与讨论、实验操作等，了解学生的学习态度和理解能力。

-测试：进行课堂小测验，检验学生对热力学第一定律的掌握程度，及时调整教学方法和进度。

-小组讨论：观察学生在小组讨论中的表现，了解他们对热力学第一定律的理解和应用能力。

2.作业评价

-作业批改：认真批改学生的作业，包括解答问题、计算题等，了解学生的学习效果。

-作业点评：对学生的作业进行详细点评，指出学生的优点和不足，鼓励学生继续努力。

-作业反馈：及时向学生反馈作业批改的结果，让学生了解自己的学习状况，以便进行针对性的改进。

-作业辅导：为学生提供作业辅导，帮助学生解决作业中的问题，提高他们的解题能力。

-作业激励：对完成作业出色的学生给予表扬和奖励，激发学生的学习兴趣和动力。教学反思与改进在完成热力学第一定律的教学后，我进行了深刻的反思，以评估教学效果并识别需要改进的地方。我发现学生对于热力学第一定律的基本概念和应用有一定的理解，但对于内能的计算和热量传递的效率这两个难点部分，学生仍然存在一定程度的困惑。

为了提高学生的理解程度，我计划采取以下改进措施，并在未来的教学中实施：

1.加强理论联系实际：通过引入更多的实际案例，帮助学生将热力学第一定律的应用与实际问题相结合，提高学生的应用能力。

2.提供更多的实验机会：通过实验操作，让学生直观地观察热力学现象，加深对热力学第一定律的理解。

3.引入多媒体教学资源：利用多媒体课件、教学视频等资源，以生动有趣的方式展示热力学第一定律的原理和应用，提高学生的学习兴趣。

4.加强小组讨论：通过小组讨论，鼓励学生相互交流和分享，提高团队合作能力和批判性思维。

5.提供个性化的辅导：针对不同学生的学习需求，提供个性化的辅导和指导，帮助学生解决学习中的问题。

6.增加作业练习：布置与热力学第一定律相关的作业练习，让学生在实践中巩固知识，提高解题能力。

7.及时反馈与激励：对学生进行及时的反馈和激励，鼓励他们在学习过程中保持积极的态度，提高学习效果。典型例题讲解例题1：

已知一个物体的内能U随温度T的变化关系为U=aT^2+bT+c，其中a、b、c为常数。求物体的内能随温度变化的图像，并解释其物理意义。

解：

物体的内能随温度变化的图像是一个抛物线，开口向上。当温度T=0时，内能U=c，表示物体在绝对零度时的内能。当温度T增加时，内能U随着温度的升高而增加，直到达到最高点，即内能的最大值。这个最大值对应于a和b的值，表示物体在某一温度下的最大内能。当温度T继续增加时，内能U开始下降，因为随着温度的升高，内能转化为其他形式的能量，如动能等。

例题2：

一个封闭系统由两个物体A和B组成，它们的内能分别为U_A和U_B。已知U_A=aT^2+bT+c，U_B=dT^2+eT+f，其中a、b、c、d、e、f为常数。求系统在温度T时的内能U_total。

解：

系统在温度T时的内能U_total可以通过将物体A和B的内能相加得到。因此，U_total=U_A+U_B=(aT^2+bT+c)+(dT^2+eT+f)。这个表达式代表了系统在温度T时的内能，它是物体A和B内能的叠加。

例题3：

一个物体在温度T1时的内能U1，在温度T2时的内能U2。已知U1和U2的差值为ΔU=U2-U1。求物体在温度T1和T2之间传递的热量Q。

解：

物体在温度T1和T2之间传递的热量Q可以通过内能的变化来计算。根据热力学第一定律，物体在温度T2时的内能U2等于在温度T1时的内能U1加上传递的热量Q。因此，Q=ΔU=U2-U1。这个表达式表示了物体在温度变化过程中传递的热量，它是内能变化的一个重要参数。

例题4：

一个封闭系统由两个物体A和B组成，它们的内能分别为U_A和U_B。已知物体A的内能U_A随温度T的变化关系为U_A=aT^2+bT+c，物体B的内能U_B随温度T的变化关系为U_B=dT^2+eT+f。求物体A和B在温度T时的内能之和U_total。

解：

物体A和B在温度T时的内能之和U_total可以通过将物体A和B的内能相加得到。因此，U_total=U_A+U_B=(aT^2+bT+c)+(dT^2+eT+f)。这个表达式代表了系统在温