2024-2025学年高中物理 第四章 能量守恒与热力学定律 2 热力学第一定律教案3 教科版选修3-3

2024-2025学年高中物理第四章能量守恒与热力学定律2热力学第一定律教案3教科版选修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课程基本信息1.课程名称：高中物理——能量守恒与热力学定律

2.教学年级和班级：高二年级1班

3.授课时间：2024年10月10日

4.教学时数：45分钟

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

-内能的概念及其与温度、体积、压强的关系

-做功和热传递在能量转换和能量传递中的作用

-热力学第一定律在实际问题中的应用

2.教学目标：

-学生能够理解并准确描述热力学第一定律的基本内容

-学生能够运用热力学第一定律分析实际问题，如热机效率的计算

-学生能够通过实验观察和理解做功和热传递对系统内能的影响

三、教学方法和手段

1.教学方法：

-讲授法：讲解热力学第一定律的理论基础和内能的概念

-实验法：通过热机实验观察做功和热传递对内能的影响

-案例分析法：分析实际问题，运用热力学第一定律进行解答

2.教学手段：

-多媒体课件：展示热力学第一定律的图示和动画，增强直观理解

-实验器材：热机模型等，进行实验操作和观察

-练习题：提供相关的练习题，巩固所学知识

四、教学过程

1.导入：

-通过一个简单的日常生活中的例子，如烧水的过程，引发学生对能量转换和能量传递的思考

2.新课讲解：

-讲解热力学第一定律的内容和表述

-介绍内能的概念及其与温度、体积、压强的关系

3.实验观察：

-分组进行热机实验，观察做功和热传递对系统内能的影响

-讨论实验结果，引导学生理解热力学第一定律的应用

4.案例分析：

-提供几个实际问题，让学生运用热力学第一定律进行分析和解答

5.总结和复习：

-对本节课的内容进行总结，强调热力学第一定律的重要性

-提供一些复习题，让学生巩固所学知识

六、作业布置

-请学生总结热力学第一定律的概念和应用，并在下一节课上进行分享核心素养目标1.物理观念：通过本节课的学习，使学生建立正确的物理观念，理解热力学第一定律的含义，认识内能的概念及其与温度、体积、压强的关系。

2.科学思维：培养学生运用热力学第一定律分析实际问题的能力，学会从实验现象中提炼出物理规律，发展科学思维。

3.实验操作：通过热机实验，提高学生的实验操作能力，培养观察、记录、分析实验现象的能力。

4.科学态度与价值观：通过学习热力学第一定律，使学生认识到物理知识在生活中的重要性，增强对科学的热爱和好奇心，培养科学态度与价值观。教学难点与重点1.教学重点

（1）热力学第一定律的基本内容：能量不能被创造或者消灭，只能从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中，能量的总量不变。

（2）内能的概念及其与温度、体积、压强的关系：内能是指物体内部所有分子做无规则运动所具有的动能和分子势能的总和。温度是物体内部分子运动的激烈程度的量度，体积是物体所占空间的大小，压强是单位面积上受到的力的大小。内能与温度、体积、压强有直接的关系。

（3）做功和热传递在能量转换和能量传递中的作用：做功和热传递是能量转换和能量传递的两种方式，它们在改变物体的内能方面起着重要作用。

（4）热力学第一定律在实际问题中的应用：通过实际问题，如热机效率的计算，理解热力学第一定律在解释和解决实际问题中的应用。

2.教学难点

（1）热力学第一定律的微观解释：热力学第一定律的微观解释涉及到分子运动和能量转换，学生可能难以理解和接受。

（2）内能与温度、体积、压强的关系：学生可能难以理解内能与温度、体积、压强之间的具体关系，需要通过实验和实例进行讲解和分析。

（3）做功和热传递的计算：学生可能对做功和热传递的计算方法不熟悉，需要通过练习和实例进行讲解和分析。

（4）热力学第一定律在实际问题中的应用：学生可能难以将热力学第一定律应用于实际问题的分析和解决，需要通过案例分析和练习进行讲解和分析。教学方法与策略1.教学方法

（1）问题驱动法：通过提出与生活实际相关的问题，激发学生对热力学第一定律的兴趣和探究欲望，引导学生主动参与学习。

（2）案例分析法：提供几个与热力学第一定律相关的实际案例，让学生分析案例中涉及的能量转换和能量传递过程，培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。

（3）讨论法：组织学生分组讨论实验现象和案例分析结果，促进学生之间的交流与合作，提高学生的科学思维能力。

（4）任务驱动法：设置一些具有挑战性的任务，如设计一个热机模型，让学生动手操作和观察，培养学生实践能力和创新精神。

2.教学活动设计

（1）导入：通过展示一个烧水的过程动画，提问“水烧开后，为什么壶盖会被推起来？”引发学生对能量转换和能量传递的思考。

（2）新课讲解：采用PPT展示热力学第一定律的图示和动画，讲解热力学第一定律的含义和表述，介绍内能的概念及其与温度、体积、压强的关系。

（3）实验观察：学生分组进行热机实验，观察做功和热传递对系统内能的影响，讨论实验结果，引导学生理解热力学第一定律的应用。

（4）案例分析：提供几个实际问题，让学生运用热力学第一定律进行分析和解答，分享解题过程和结果。

（5）总结与拓展：总结本节课的主要内容，强调热力学第一定律在生活中的应用，布置一些拓展性任务，激发学生的学习兴趣。

3.教学媒体和资源

（1）PPT：制作精美的PPT，展示热力学第一定律的图示和动画，增强学生的直观感受。

（2）实验器材：准备热机模型等实验器材，为学生提供动手操作的机会。

（3）网络资源：搜集一些与热力学第一定律相关的视频资料，如热机工作原理的视频，为学生提供更多的学习资源。

（4）在线工具：利用在线工具，如数学软件、物理模拟器等，辅助学生进行计算和模拟，提高学生的实践能力。教学流程-通过提问方式引导学生回顾上一节课的内容，并引出本节课的主题：能量守恒与热力学定律。

-提问学生对于能量守恒的理解，并引导学生思考在日常生活中能遇到哪些能量守恒的例子。

2.新课讲授

-讲解热力学第一定律的表述和意义，通过图示和动画等形式展示内能的概念及其与温度、体积、压强的关系。

-通过实验观察和案例分析，使学生理解做功和热传递在能量转换和能量传递中的作用。

3.教学难点与重点解析

-解析热力学第一定律的难点内容，如内能的定义和计算方法。

-通过举例和比较，帮助学生理解热力学第一定律的实际应用，如热机效率的计算。

4.实践活动

-学生分组讨论热力学第一定律在实际问题中的应用，如汽车发动机的工作原理等。

-每组选择一名代表来分享他们的讨论成果，其他小组成员可以提问和讨论。

5.总结回顾

-总结本节课的主要内容，强调热力学第一定律在生活中的应用。

-鼓励学生在日常生活中灵活运用热力学第一定律的知识，并解答他们的疑问。

教学流程的每一步都要紧密结合课本内容，符合教学实际，注重学生的参与和互动，以提高他们的学习兴趣和实践能力。教学资源拓展一、拓展资源

1.科普书籍：

-《热力学的世界》（TheWorldofThermodynamics）

-《热机与热力学》（HeatEnginesandThermodynamics）

2.在线课程：

-MITOpenCourseWare：ThermodynamicsandKinetics

-Coursera：Thermodynamics:AnEngineeringApproach

3.学术期刊：

-"InternationalJournalofThermodynamics"

-"JournalofThermalEngineering"

4.教育网站：

-PhysicsClassroom：ThermodynamicsTutorial

-HyperPhysics：ThermodynamicsbyGeorgiaStateUniversity

二、拓展建议

1.学生可以阅读上述科普书籍，以深入理解热力学的基本原理和应用。

2.参加在线课程，如MITOpenCourseWare和Coursera提供的热力学课程，以获得更系统的热力学知识。

3.阅读学术期刊，了解热力学的最新研究和进展。

4.利用PhysicsClassroom和HyperPhysics提供的教育网站，进行热力学知识的自我学习和测试。

5.学生可以尝试参加一些科学竞赛或项目，如科学奥林匹克、青少年科技创新大赛等，将所学的热力学知识应用于实际问题的解决。

6.学生可以尝试进行一些简单的家庭实验，如制作一个简单的热机模型，观察和记录其工作过程，以加深对热力学原理的理解。

7.学生可以阅读一些与热力学相关的科普文章，如《自然》、《科学美国人》等杂志中关于热力学的文章，以拓宽视野，了解热力学在生活中的应用。

8.学生可以参加学校或社区组织的一些科学讲座或研讨会，听取专家对热力学的讲解和分享，以提高自己的科学素养。板书设计①本节课的核心内容：热力学第一定律的基本概念，内能的概念及其与温度、体积、压强的关系，做功和热传递在能量转换和能量传递中的作用，热力学第一定律在实际问题中的应用。

②重点词句：内能（internalenergy）、做功（work）、热传递（heattransfer）、热力学第一定律（firstlawofthermodynamics）。

③艺术性和趣味性：板书设计中可以采用图形、颜色、符号等元素，以增强视觉效果和记忆效果。例如，可以用温度计、热机模型等图形来表示内能与温度、体积、压强的关系，用箭头来表示做功和热传递的方向，用彩色粉笔来突出重点词句等。

④激发学生学习兴趣和主动性：在板书设计中，可以设置一些互动环节，如提问、讨论、游戏等，引导学生积极参与课堂活动，提高学生的学习兴趣和主动性。例如，可以在板书上设置一些问题，引导学生思考和讨论，或者设置一些与热力学第一定律相关的游戏，让学生在游戏中学习和应用知识。教学评价与反馈1.课堂表现：观察学生在课堂上的表现，包括学生的参与度、提问情况、回答问题的准确性和积极性等，以评估学生对热力学第一定律的理解和掌握程度。

2.小组讨论成果展示：评估学生分组讨论的成果，包括讨论的主题、讨论的深度和广度、小组成员之间的合作和沟通情况等，以了解学生对热力学第一定律的实际应用和理解程度。

3.随堂测试：通过随堂测试，了解学生对热力学第一定律的掌握程度，包括对基本概念的理解、对公式和公式的应用能力等。

4.实验操作：观察学生在实验操作中的表现，包括实验的操作技能、实验数据的记录和处理、实验结果的分析等，以评估学生对热力学第一定律的实际应用能力。

5.教师评价与反馈：针对学生在课堂表现、小组讨论成果展示、随堂测试和实验操作中的表现，给予学生及时的反馈和评价，指出学生的优点和需要改进的地方，鼓励学生继续努力。

6.学生自我评价：鼓励学生进行自我评价，让学生自己总结自己在课堂学习中的收获和不足，以促进学生自我反思和自我提升。课后作业1.请解释热力学第一定律的基本内容，并用自己的话总结其意义。

2.请举例说明内能的概念及其与温度、体积、压强的关系。

3.请计算一个理想气体从初状态(T1,V1)变化到末状态(T2,V2)时，其内能的变化量。

4.请分析一个热机的工作过程，并运用热力学第一定律解释其效率的计算方法。

5.请设计一个实验，验证热力学第一定律的原理。

题目1答案：热力学第一定律的基本内容是能量不能被创造或者消灭，只能从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中，能量的总量不变。其意义在于揭示了能量守恒的普遍性，为物理学的发展奠定了基础。

题目2答案：内能是物体内部所有分子做无规则运动所具有的动能和分子势能的总和。内能与温度、体积、压强有关。例如，当温度升高时，物体的内能增加，因为分子的运动更加激烈；当体积增加时，物体的内能增加，因为分子间的势能增加；当压强增加时，物体的内能增加，因为分子间作用力增加。

题目3答案：设理想气体初状态为(T1,V1)，末状态为(T2,V2)，则内能的变化量为：ΔU=(3/2)nR(T2-T1)。其中，n为气体的物质的量，R为理想气体