2024-2025学年高中物理 第十章 热力学定律 3 热力学第一定律 能量守恒定律（1）教案 新人教版选修3-3

2024-2025学年高中物理第十章热力学定律3热力学第一定律能量守恒定律（1）教案新人教版选修3-3授课内容授课时数授课班级授课人数授课地点授课时间教材分析《2024-2025学年高中物理第十章热力学定律3热力学第一定律能量守恒定律（1）教案新人教版选修3-3》教材以热力学第一定律为核心，深入阐述能量守恒定律在热力学领域的应用。本章节通过系统讲解热力学第一定律的内涵、表达式及物理意义，使学生理解能量守恒在热力学过程中的重要性。教学内容与课本紧密关联，注重理论联系实际，以生活中典型实例为引导，激发学生兴趣，培养科学思维。课程围绕能量守恒定律，引导学生探讨热力学过程中的能量转换与守恒问题，旨在提高学生分析问题、解决问题的能力，为后续学习热力学第二定律打下坚实基础。核心素养目标培养学生通过热力学第一定律的学习，强化物理观念，深刻理解能量守恒这一物理核心素养。使学生能够运用能量守恒原理，分析热力学过程中能量的转化与守恒，提高科学推理和问题解决的能力。进一步，通过实例探究，激发学生创新思维，培养科学探究和团队合作的核心素养。课程旨在帮助学生建立热力学基本概念，提升科学素养，为终身学习和未来发展奠定坚实基础。教学难点与重点1.教学重点

（1）热力学第一定律的表达式及其物理意义，强调能量守恒在热力学过程中的应用。

（2）能量形式的分类与转化，特别是内能、热量和功之间的相互转化关系。

（3）实际热力学过程中能量守恒的具体案例分析，如等压过程、等温过程等。

举例：讲解等压过程中，气体对外做功与吸收热量的关系，使学生掌握热力学第一定律在实际过程中的应用。

2.教学难点

（1）能量守恒定律在热力学中的具体体现，如何从微观角度理解能量守恒。

（2）热力学第一定律中各能量形式的定量计算，尤其是内能的变化量计算。

（3）结合实际案例分析，如何运用热力学第一定律解决实际问题。

举例：

（1）难点突破：通过分子动理论，解释气体在等温过程中，分子动能与势能的转化，从而理解能量守恒的微观机制。

（2）难点突破：针对内能的变化量计算，引导学生运用热力学第一定律的公式，结合具体实例进行计算，如气体膨胀对外做功，内能如何变化。

（3）难点突破：选取实际热力学过程，如热机工作循环，分析各阶段的能量守恒，指导学生运用所学知识解决实际问题，提高问题解决能力。教学方法与策略1.选择适合教学目标和学习者特点的教学方法

-讲授法：以讲解热力学第一定律的基本概念和理论为主，通过清晰、简明的语言向学生阐述能量守恒定律在热力学中的应用。

-讨论法：针对热力学过程中的具体案例，组织学生进行小组讨论，鼓励学生发表见解，共同分析能量守恒问题。

-案例研究：选择具有代表性的实际热力学过程，如空调工作原理、内燃机循环等，引导学生深入研究，提高问题解决能力。

-项目导向学习：将学生分组进行项目研究，要求学生自主设计实验方案，探究热力学第一定律在实际过程中的应用。

2.设计具体的教学活动

-角色扮演：让学生扮演热力学过程中的不同角色，如气体分子、热机等，通过情景剧的形式，生动展示能量守恒过程。

-实验：组织学生进行热力学实验，如气体等温膨胀实验、热机工作循环演示等，让学生亲身体验能量守恒的原理。

-游戏：设计热力学相关的互动游戏，如能量转化大挑战、热力学知识竞赛等，激发学生学习兴趣，提高课堂趣味性。

3.确定教学媒体和资源的使用

-PPT：制作精美的PPT课件，展示热力学第一定律的基本概念、公式和案例，便于学生理解和记忆。

-视频：播放与热力学过程相关的教学视频，如气体等温过程、热机工作循环等，帮助学生直观感受能量守恒过程。

-在线工具：利用网络资源，如在线模拟实验、热力学知识问答等，为学生提供丰富的学习资料，拓展学习渠道。教学流程（一）课前准备（预计用时：5分钟）

学生预习：

发放预习材料，引导学生提前了解热力学第一定律的学习内容，标记出有疑问或不懂的地方。

设计预习问题，如“能量守恒定律在热力学中是如何体现的？”激发学生思考，为课堂学习热力学第一定律做好准备。

教师备课：

深入研究教材，明确教学目标和重难点。

准备教学用具和多媒体资源，确保教学过程的顺利进行。

设计课堂互动环节，提高学生学习热力学第一定律的积极性。

（二）课堂导入（预计用时：3分钟）

激发兴趣：

提出问题或设置悬念，如“在没有外部能量输入的情况下，一个系统的能量会如何变化？”引发学生的好奇心和求知欲，引导学生进入学习状态。

回顾旧知：

简要回顾上节课学习的能量守恒概念，帮助学生建立知识之间的联系。

提出问题，检查学生对旧知的掌握情况，为学习新课打下基础。

（三）新课呈现（预计用时：25分钟）

知识讲解：

清晰、准确地讲解热力学第一定律的知识点，结合实例帮助学生理解。

突出重点，强调难点，通过对比、归纳等方法帮助学生加深记忆。

互动探究：

设计小组讨论环节，让学生围绕热力学第一定律的应用问题展开讨论，培养学生的合作精神和沟通能力。

鼓励学生提出自己的观点和疑问，引导学生深入思考，拓展思维。

技能训练：

设计实践活动或实验，让学生在实践中体验知识的应用，提高实践能力。

在新课呈现结束后，对热力学第一定律的知识点进行梳理和总结。

强调重点和难点，帮助学生形成完整的知识体系。

（四）巩固练习（预计用时：5分钟）

随堂练习：

随堂练习题，让学生在课堂上完成，检查学生对知识点的掌握情况。

鼓励学生相互讨论、互相帮助，共同解决问题。

错题订正：

针对学生在随堂练习中出现的错误，进行及时订正和讲解。

引导学生分析错误原因，避免类似错误再次发生。

（五）拓展延伸（预计用时：3分钟）

知识拓展：

介绍与热力学第一定律相关的拓展知识，如现代热力学研究的前沿动态。

引导学生关注学科前沿动态，培养学生的创新意识和探索精神。

情感升华：

结合热力学第一定律，引导学生思考学科与生活的联系，培养学生的社会责任感。

鼓励学生分享学习心得和体会，增进师生之间的情感交流。

（六）课堂小结（预计用时：2分钟）

简要回顾本节课学习的热力学第一定律内容，强调重点和难点。

肯定学生的表现，鼓励他们继续努力。

布置作业：

根据本节课学习的内容，布置适量的课后作业，巩固学习效果。

提醒学生注意作业要求和时间安排，确保作业质量。知识点梳理1.热力学第一定律的基本概念

-能量守恒定律在热力学领域的应用。

-系统内能、外界对系统做功和系统吸收热量的关系。

2.热力学第一定律的表达式

-ΔU=W+Q，其中ΔU表示系统内能的变化量，W表示外界对系统做的功，Q表示系统吸收的热量。

3.能量形式的分类与转化

-内能：系统内部所有微观粒子的动能和势能之和。

-功：系统与外界之间因体积变化而交换的能量。

-热量：系统与外界之间因温度差异而交换的能量。

4.实际热力学过程中的能量守恒

-等压过程：气体对外做功，内能减小，温度降低。

-等温过程：系统吸收热量，内能增加，温度保持不变。

-等体过程：系统不与外界交换物质，内能变化等于吸收的热量。

5.热力学第一定律的应用案例

-空调工作原理：制冷剂在压缩机、膨胀阀、冷凝器和蒸发器之间的循环过程中，能量守恒定律的体现。

-内燃机循环：燃料燃烧产生的热量转化为机械功，能量守恒定律的体现。

6.热力学第一定律与实际问题的结合

-分析实际热力学过程中各能量形式的转化与守恒。

-运用热力学第一定律解决实际问题，如热机效率的计算、能量损失的评估等。

7.热力学第一定律的微观解释

-从分子动理论角度理解能量守恒定律。

-分子间的碰撞、势能变化等对系统内能的影响。

8.热力学第一定律的定量计算

-内能变化量的计算。

-功和热量的定量关系。

9.热力学第一定律与学科交叉

-与化学、生物学等学科的结合，探讨能量守恒定律在其他领域的应用。

-能量守恒与环境保护、节能减排等方面的联系。课堂小结，当堂检测课堂小结：

1.热力学第一定律的基本概念：本节课我们学习了热力学第一定律的基本原理，即能量守恒定律在热力学领域的应用。重点理解了系统内能、外界对系统做功和系统吸收热量之间的关系。

2.热力学第一定律的表达式：通过公式ΔU=W+Q，深入了解了内能变化量、外界做功和吸收热量的定量关系。

3.能量形式的分类与转化：学习了内能、功和热量三种能量形式，并探讨了它们在热力学过程中的相互转化。

4.实际热力学过程中的能量守恒：分析了等压、等温、等体等不同热力学过程中的能量守恒现象。

5.热力学第一定律的应用案例：通过空调工作原理、内燃机循环等实际案例，理解了热力学第一定律在现实中的应用。

当堂检测：

一、选择题

1.以下哪个选项正确描述了热力学第一定律的原理？

A.系统内能的变化等于外界对系统做的功

B.系统内能的变化等于系统吸收的热量

C.系统内能的变化等于外界对系统做的功加上系统吸收的热量

D.系统内能的变化等于外界对系统做的功减去系统吸收的热量

2.在等压过程中，以下哪个说法是正确的？

A.气体对外做功，内能增加

B.气体吸收热量，内能减小

C.气体对外做功，内能减小

D.气体吸收热量，内能增加

二、填空题

1.热力学第一定律的表达式为：______=______+______。

2.在等温过程中，系统吸收热量，内能______，温度______。

三、解答题

1.请简述热力学第一定律的基本原理。

2.请举例说明热力学第一定律在实际热力学过程中的应用。

四、应用题

1.某热机在一个工作循环中，从高温热源吸收了1000J的热量，对外做功800J。求该热机内能的变化量。

2.一台空调的制冷剂在压缩机中吸收了200J的热量，同时外界对压缩机做了100J的功。求制冷剂内能的变化量。反思改进措施（一）教学特色创新

1.案例教学法：通过引入实际案例，如空调工作原理和内燃机循环，使学生在理解热力学第一定律的同时，也能感受到物理学的实际应用，增强了学生的学习兴趣。

2.实验教学：通过组织学生进行热力学实验，如气体等温膨胀实验，让学生在实践中体验能量守恒的原理，提高了学生的实践能力。

（二）存在主要问题

1.教学组织：在教学过程中，我发现部分学生对热力学第一定律的理解还不够深入，可能是因为我对某些概念的解释不够清晰。

2.教学评价：在课堂小结和当堂检测中，我发现部分学生对热力学第一定律的应用能力还有待提高，可能是因为我对他们的训练还不够。

（三）改进措施

1.针对教学组织问题，我将在今后的教学中，更加注重对热力学第一定律概念的深入解释，确保学生能够充分理解。

2.针对教学评价问题，我将在课堂小结和当堂检测中，加强对学生应用能力的训练，例如设计更多与实际应用相关的习题，提高学生的应用能力。同时，我也会在课后及时与学生沟通，了解他们的学习情况，以便更好地指导他们的学习。课后拓展1.拓展内容：

-阅读材料：推荐学生阅读与热力学第一定律相关的科普文章，如《能量守恒定律的奥秘》、《热力学第一定律在实际生活中的应用》等，以加深对能量守恒定律的理解。

-视频资源：向学生推荐与热力学第一定律相关的教学视频，如《热力学