2024-2025学年高中物理 第10章 热力学定律 2 热和内能教案4 新人教版选修3-3

2024-2025学年高中物理第10章热力学定律2热和内能教案4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教学内容本节课的教学内容来自2024-2025学年高中物理第10章“热力学定律”的第2节“热和内能”，教案为新人教版选修3-3。本节课的主要内容包括：

1.热力学第一定律：能量守恒定律，即系统内能的变化等于外界对系统做的功和系统吸收的热量的和。

2.热力学第二定律：熵增原理，即孤立系统的总熵不会自发减少，热力学过程总是向熵增的方向进行。

3.热力学第三定律：绝对零度的不可达到性，即在热力学过程中，系统的熵不可能自发减少到零。

4.内能的计算：分子动能和分子势能的总和，内能与温度、体积和物质的量有关。

5.热量传递的方式：传导、对流和辐射。

6.热效率的计算：热机效率等于做功的热量与吸收的热量的比值。核心素养目标分析本节课的核心素养目标分析如下：

1.科学思维：通过学习热力学定律，培养学生运用科学思维方法分析和解决问题的能力，使其能够从实验和理论上理解和掌握热力学基本原理。

2.科学探究：培养学生运用观察、实验、分析和推理等方法进行科学探究的能力，使其能够通过实验验证热力学定律，提高学生的实践操作能力。

3.科学态度与价值观：通过学习热力学定律，使学生认识到自然界的规律性，增强学生对科学的热爱和好奇心，培养学生严谨的科学态度和团队协作精神。

4.科学知识与技能：使学生掌握热力学基本定律和内能的概念，培养学生运用物理知识解决实际问题的能力，为其进一步学习物理学其他分支打下基础。

5.数学运用：通过热力学定律的学习，提高学生运用数学工具解决物理问题的能力，培养学生将数学知识应用于物理领域的意识。学情分析针对2024-2025学年高中物理第10章“热力学定律”的第2节“热和内能”，本节课的学情分析如下：

1.学生层次：根据学生的学习情况，可以将学生分为三个层次。第一层次为优秀生，他们对物理知识有较深入的理解和掌握，学习主动性强，具备一定的探究能力；第二层次为中等生，他们对物理知识有一定的理解，但掌握程度一般，学习积极性一般，需要老师在教学中给予一定程度的引导和激励；第三层次为学困生，他们对物理知识理解不足，学习积极性低，需要在教学中给予更多的关注和支持。

2.知识、能力、素质方面：在知识方面，学生已经掌握了热力学基本概念和能量守恒定律，为本节课的热力学定律和内能的学习奠定了基础。在能力方面，学生具备一定的实验操作能力和物理思维能力，但部分学生在解决复杂物理问题时仍存在困难。在素质方面，学生具备一定的科学素养，但部分学生在团队合作和沟通表达方面有待提高。

3.行为习惯：学生在课堂学习中，部分学生听课认真，积极参与讨论，但部分学生课堂注意力不集中，容易走神。在作业完成方面，大部分学生能够按时完成作业，但部分学生对作业中的难题缺乏独立思考和解决问题的能力。在自主学习方面，优秀生能够主动预习和复习，但学困生往往缺乏自主学习的能力和习惯。

4.对课程学习的影响：针对不同层次的学生，课程学习的影响因素有所不同。优秀生在学习过程中容易产生自满情绪，需要老师在教学中设置一定难度的任务，激发他们的学习兴趣；中等生在学习过程中缺乏自信，老师需要给予鼓励和指导，帮助他们建立自信；学困生在学习过程中容易放弃，老师需要关注他们的学习状态，耐心解答他们的疑问，提高他们的学习积极性。

5.教学策略：针对不同层次的学生和他们的学习需求，老师应采取不同的教学策略。对于优秀生，老师可以设置挑战性的任务，引导他们深入探究；对于中等生，老师可以给予更多的关注和鼓励，帮助他们提高学习积极性；对于学困生，老师需要耐心解答他们的疑问，提高他们的学习自信心。同时，老师还应关注学生的行为习惯，培养他们良好的学习习惯，提高他们的学习效果。教学资源1.软硬件资源：多媒体教室、物理实验室、计算器、白板、投影仪、实验器材（如温度计、热量计等）。

2.课程平台：学校教学管理系统、物理学科教学平台。

3.信息化资源：教学课件、视频教程、在线习题库、学术期刊论文、互联网资源（如科学新闻、实验案例等）。

4.教学手段：讲授法、实验法、讨论法、小组合作学习、问题驱动学习、在线学习平台。

5.辅助材料：教材、教辅资料、实验指导书、学习手册、历年高考题库。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定律和内能的学习内容，标记出有疑问或不懂的地方。

设计预习问题，激发学生思考，为课堂学习热力学定律和内能做好准备。

教师备课：

深入研究教材，明确热力学定律和内能教学目标和重难点。

准备教学用具和多媒体资源，确保热力学定律和内能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定律和内能的积极性。

（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，引发学生的好奇心和求知欲，引导学生进入热力学定律和内能学习状态。

回顾旧知：

简要回顾上节课学习的能量守恒定律，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，为热力学定律和内能新课学习打下基础。

（三）新课呈现（预计用时：25分钟）

知识讲解：

清晰、准确地讲解热力学定律和内能的知识点，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，让学生围绕热力学定律和内能问题展开讨论，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热力学定律和内能知识的应用，提高实践能力。

在热力学定律和内能新课呈现结束后，对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，检查学生对热力学定律和内能知识的掌握情况。

鼓励学生相互讨论、互相帮助，共同解决热力学定律和内能问题。

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：

介绍与热力学定律和内能内容相关的拓展知识，拓宽学生的知识视野。

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：

结合热力学定律和内能内容，引导学生思考学科与生活的联系，培养学生的社会责任感。

鼓励学生分享学习热力学定律和内能的心得和体会，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定律和内能内容，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：

根据本节课学习的热力学定律和内能内容，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。拓展与延伸1.提供与本节课内容相关的拓展阅读材料：

《热力学导论》（IntroductiontoThermodynamics）：该书详细介绍了热力学的基本概念、定律和应用，适合作为本节课的拓展阅读材料。

《热能工程》（ThermalEngineering）：该书涵盖了热能转换、热力学系统的设计和分析等内容，有助于学生深入了解热力学在工程领域的应用。

《分子热力学》（MolecularThermodynamics）：该书介绍了分子水平上的热力学原理，有助于学生理解热力学现象的微观机制。

2.鼓励学生进行课后自主学习和探究：

（1）让学生结合教材和拓展阅读材料，深入研究热力学定律和内能的原理，理解其在工作和生活中的应用。

（2）鼓励学生参加学术讲座、研讨会等，了解热力学领域的前沿动态和研究进展。

（3）引导学生关注热力学在能源、环保等领域的应用，培养学生的社会责任感。

（4）组织学生进行热力学实验和项目研究，提高学生的实践能力和创新能力。

（5）鼓励学生撰写科普文章，分享热力学知识，提高学生的沟通能力和影响力。

（6）建议学生参加物理竞赛、创新项目等，提升自己的物理素养和综合素质。板书设计①艺术性：

1.使用彩色粉笔区分热力学定律的不同部分，如用蓝色表示能量守恒定律，红色表示熵增原理等。

2.采用图表、图示等视觉元素，以直观的方式呈现热力学系统的状态变化。

3.设计具有美观性的板书布局，使得板书既清晰又吸引学生的注意力。

②趣味性：

1.通过有趣的热力学现象或实验，如热膨胀、冰块融化等，引发学生的兴趣。

2.以故事形式引入热力学定律的发现过程，如焦耳实验、卡诺循环等。

3.设计互动环节，如学生上台演示热力学实验，让学生亲身体验热力学原理。

③重点知识点：

1.能量守恒定律：系统内能的变化等于外界对系统做的功和系统吸收的热量的和。

2.熵增原理：孤立系统的总熵不会自发减少，热力学过程总是向熵增的方向进行。

3.热力学第三定律：绝对零度的不可达到性，即在热力学过程中，系统的熵不可能自发减少到零。

4.内能的计算：分子动能和分子势能的总和，内能与温度、体积和物质的量有关。

5.热量传递的方式：传导、对流和辐射。

6.热效率的计算：热机效率等于做功的热量与吸收的热量的比值。典型例题讲解1.例题1：一个封闭系统，在恒温恒压条件下，吸收了Q的热量，系统对外做功W，求系统的内能变化ΔU。

答案：ΔU=Q-W

2.例题2：一个理想气体在等温膨胀过程中，如果外力对气体做的功全部转化为内能，求气体的内能变化。

答案：ΔU=W

3.例题3：一个绝热容器中的理想气体，从初态P1、V1、T1变化到末态P2、V2、T2，求气体的内能变化。

答案：ΔU=0

4.例题4：一个系统在恒温恒压条件下，吸收了Q的热量，系统对外做功W，求系统的熵变ΔS。

答案：ΔS=Q/T

5.例题5：一个封闭系统，在恒温恒压条件下，吸收了Q的热量，系统对外做功W，求系统的熵变ΔS。

答案：ΔS=Q-W/T

6.例题6：一个理想气体在等温压缩过程中，如果外力对气体做的功全部转化为内能，求气体的熵变。

答案：ΔS=0

7.例题7：一个绝热容器中的理想气体，从初态P1、V1、T1变化到末态P2、V2、T2，求气体的熵变。

答案：ΔS=0

8.例题8：一个封闭系统，在恒温恒压条件下，吸收了Q的热量，系统对外做功W，求系统的熵变ΔS。

答案：ΔS=Q/T-W/T

9.例题9：一个绝热过程，系统的内能不变，求系统的熵变。

答案：ΔS=0

10.例题10：一个等压过程，系统的内能不变，求系统的熵变。

答案：ΔS=0

11.例题11：一个等体过程，系统的内能不变，求系统的熵变。

答案：ΔS=0

12.例题12：一个封闭系统，在恒温恒压条件下，吸收了Q的热量，系统对外做功W，求系统的熵变ΔS。

答案：ΔS=Q/T-W/T

13.例题13：一个理想气体在等温膨胀过程中，如果外力对气体做的功全部转化为内能，求气体的熵变。

答案：ΔS=0

14.例题14：一个绝热容器中的理想气体，从初态P1、V1、T1变化到末态P2、V2、T2，求气体的熵变。

答案：ΔS=0

15.例题15：一个封闭系统，在恒温恒压条件下，吸收了Q的热量，系统对外做功W，求系统的熵变ΔS。

答案：ΔS=Q/T-W/T

16.例题16：一个理想气体在等温压缩过程中，如果外力对气体做的功全部转化为内能，求气体的熵变。

答案：ΔS=0

17.例题17：一个绝热过程，系统的内能不变，求系统的熵变。

答案：ΔS=0

18.例题18：一个等压过程，系统的内能不变，求系统的熵变。

答案：ΔS=0

19.例题19：一个等体过程，系统的内能不变，求系统的熵变。

答案：ΔS=0

20.例题20：一个封闭系统，在恒温恒压条件下，吸收了Q的热量，系统对外做功W，求系统的熵变ΔS。

答案：ΔS=Q/T-W/T课堂小结，当堂检测课堂小结：

1.总结本节课所学内容：热力学定律和内能的概念，以及如何通过热力学定律和内能来分析和解决问题。

2.强调重点和难点：能量守恒定律、熵增原理、内能的计算方法、热量传递的方式、热效率的计算。

3.提醒学生注意：内能的变化等于外界对系统做的功和系统吸收的热量的和，熵增原理说明孤立系统的总熵不会自发减少，热力学过程总是向熵增的方向进行。

4.鼓励学生积极思考，将所学知识应用到实际问题中，提高解决实际问题的能力。

当堂检测：

1.请简述能量守恒定律的含义及其在实际中的应用。

答案：能量守恒定律指出，在一个封闭系统中，能量不会凭空产生或消失，只能从一种形式转化为另一种形式。这一定律在许多实际问题中都有应用，例如，在化学反应中，反应前后的总能量是相等的；在物理运动中，物体的动能和势能之和保持不变。

2.请解释熵增原理的含义，并给出一个例子说明。

答案：熵增原理指出，在孤立系统中，总熵不会自发减少。这是一个热力学定律，说明自然过程总是向熵增的方向进行。例如，在一个封闭的房间里，如果没有任何外界干预，房间的温度会逐渐升高，这是因为热量从高温物体传递到低温物体，导致系统的熵增加。

3.请计算一个理想气体在等温膨胀过程中，如果外力对气体做的功全部转化为内能，气体的内能变化。

答案：气体的内能变化=功=P1*V1*T1/T2-P2*V2*T2/T1

4.请解释内能的计算方法，并给出一个具体的例子。

答案：内能的计算方法是分子动能和分子势能的总和。例如，一个理想气体的内能可以通过以下公式计算：

内能=(3/2)nRT

其中，n是气体的物质的量，R是理想气体常数，T是气体的温度。

5.请说明热量传递的方式，并给出一个例子。

答案：热量传递的方式有三种：传导、对流和辐射。例如，在金属中，热量可以通过原子之间的振动传递，这就是传导；在水面上，热量可以通过水分子之间的对流传递，这就是对流；在太空中，热量可以通过电磁波的辐射传递，这就是辐射。

6.请计算一个封闭系统在恒温恒压条件下，吸收了Q的热量，系统对外做功W，系统的熵变ΔS。

答案：系统的熵变=Q/T-W/T

7.请解释热效率的计算方法，并给出一个具体的例子。

答案：热效率的计算方法是做功的热量与吸收的热量的比值。例如，一个热机在吸收了Q的热量后，对外做功W，热效率可以通过以下公式计算：

热效率=W/Q

8.请简述本节课所学内容，并谈谈你对热力学定律和内能的理