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3热力学第一定律能量守恒定律教案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分析本节课的主要教学内容是热力学第一定律，即能量守恒定律。这一定律指出，在一个封闭系统中，能量不能被创造或销毁，只能从一种形式转化为另一种形式。具体内容包括：

1.能量守恒定律的表述：能量不能被创造或销毁，只能从一种形式转化为另一种形式。

2.能量守恒定律的证明：通过实验和理论分析，证明在封闭系统中，能量的总量保持不变。

3.能量守恒定律的应用：分析实际问题，运用能量守恒定律解释和预测现象。

教学内容与学生已有知识的联系：

1.学生已学习过能量的概念，对能量的转化和守恒有初步理解。

2.学生已学习过力学中的牛顿定律，对力、功、能的关系有一定了解。

3.本节课的教学内容与学生已学的知识相衔接，有助于深化学生对能量守恒定律的理解。核心素养目标本节课的核心素养目标包括：

1.科学思维：通过学习能量守恒定律，培养学生的逻辑思维、批判性思维和解决问题的能力。

2.科学探究：引导学生通过实验和观察，探索能量守恒的现象，提高学生的实践操作能力和科学探究能力。

3.科学态度：培养学生对物理学科的兴趣和好奇心，培养学生的科学态度和坚持不懈的精神。

4.科学应用：通过能量守恒定律的应用，培养学生的知识运用能力，提高学生的实际问题解决能力。重点难点及解决办法重点：能量守恒定律的理解和应用。

解决办法：通过实验、案例分析和讨论，让学生深入理解能量守恒定律的本质，并能够运用该定律解释和预测实际问题。

难点：能量守恒定律在复杂系统中的应用。

解决办法：通过引导学生分析复杂系统的能量转化过程，逐步引导学生掌握能量守恒定律在复杂系统中的应用方法，并提供丰富的实例进行佐证。

突破策略：

1.利用实验和观察，让学生直观地感受到能量守恒的现象，加深对能量守恒定律的理解。

2.通过案例分析和讨论，让学生在实际情境中运用能量守恒定律，培养学生的知识运用能力。

3.提供丰富的实例和练习题，让学生在不同领域的实际问题中应用能量守恒定律，提高学生的解题能力和思维灵活性。

4.鼓励学生提问和思考，引导学生主动探索能量守恒定律的适用范围和限制条件，培养学生的批判性思维和解决问题的能力。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：本节课将采用讲授法、讨论法和案例研究法相结合的方式进行教学。讲授法用于讲解能量守恒定律的基本概念和原理，讨论法用于引导学生探讨能量守恒定律的应用和实际意义，案例研究法用于分析具体的实例和问题。

2.设计具体的教学活动：为了促进学生参与和互动，将组织学生进行小组讨论、实验演示和问题解答等活动。例如，安排学生进行小组讨论，探讨能量守恒定律在实际生活中的应用，让学生通过合作和交流加深对知识的理解。同时，进行实验演示，让学生直观地观察和体验能量守恒的现象，增强实践操作能力。

3.确定教学媒体使用：根据教学内容和活动需求，合理运用多媒体教学资源。例如，使用PPT演示文稿来呈现能量守恒定律的基本原理和实例，利用视频和动画展示实验过程和现象，帮助学生更好地理解和记忆知识点。同时，提供相关的教学素材和练习题，供学生自主学习和巩固知识。教学过程设计1.导入新课（5分钟）

目标：引起学生对热力学第一定律的兴趣，激发其探索欲望。

过程：

开场提问：“你们知道什么是能量守恒定律吗？它与我们的生活有什么关系？”

展示一些关于能量守恒定律的图片或视频片段，让学生初步感受能量守恒定律的魅力或特点。

简短介绍能量守恒定律的基本概念和重要性，为接下来的学习打下基础。

2.能量守恒定律基础知识讲解（10分钟）

目标：让学生了解能量守恒定律的基本概念、组成部分和原理。

过程：

讲解能量守恒定律的定义，包括其主要组成元素或结构。

详细介绍能量守恒定律的组成部分或功能，使用图表或示意图帮助学生理解。

3.能量守恒定律案例分析（20分钟）

目标：通过具体案例，让学生深入了解能量守恒定律的特性和重要性。

过程：

选择几个典型的能量守恒定律案例进行分析。

详细介绍每个案例的背景、特点和意义，让学生全面了解能量守恒定律的多样性或复杂性。

引导学生思考这些案例对实际生活或学习的影响，以及如何应用能量守恒定律解决实际问题。

4.学生小组讨论（10分钟）

目标：培养学生的合作能力和解决问题的能力。

过程：

将学生分成若干小组，每组选择一个与能量守恒定律相关的主题进行深入讨论。

小组内讨论该主题的现状、挑战以及可能的解决方案。

每组选出一名代表，准备向全班展示讨论成果。

5.课堂展示与点评（15分钟）

目标：锻炼学生的表达能力，同时加深全班对能量守恒定律的认识和理解。

过程：

各组代表依次上台展示讨论成果，包括主题的现状、挑战及解决方案。

其他学生和教师对展示内容进行提问和点评，促进互动交流。

教师总结各组的亮点和不足，并提出进一步的建议和改进方向。

6.课堂小结（5分钟）

目标：回顾本节课的主要内容，强调能量守恒定律的重要性和意义。

过程：

简要回顾本节课的学习内容，包括能量守恒定律的基本概念、组成部分、案例分析等。

强调能量守恒定律在现实生活或学习中的价值和作用，鼓励学生进一步探索和应用能量守恒定律。

布置课后作业：让学生撰写一篇关于能量守恒定律的短文或报告，以巩固学习效果。教学资源拓展1.拓展资源：

（1）教材补充：推荐学生阅读《热力学第一定律的应用》一文，深入了解能量守恒定律在不同领域的应用实例，如机械能守恒、电子能守恒等。

（2）实验视频：为学生提供一些关于能量守恒定律实验的操作视频，让学生更直观地了解实验过程和原理，如“硬币跳跃实验”、“水蒸气膨胀实验”等。

（3）科普文章：推荐学生阅读一些关于能量守恒定律的科普文章，如《能量守恒定律的发现与发展》、《能量守恒定律在科技中的应用》等，以拓宽学生的知识视野。

（4）在线课程：为学生推荐一些与能量守恒定律相关的在线课程，如Coursera平台的“热力学导论”课程、edX平台的“能量守恒与转换”课程等。

2.拓展建议：

（1）让学生结合教材和拓展资源，选取一个感兴趣的领域，调查能量守恒定律在该领域的应用情况，并撰写一篇调查报告。

（2）组织学生进行小组讨论，探讨能量守恒定律在现实生活中的应用，提出节能减排的建议，培养学生的社会责任感。

（3）鼓励学生利用网络资源，自行搜索关于能量守恒定律的最新研究成果，了解该领域的前沿动态。

（4）为学生提供一些关于能量守恒定律的习题，让学生通过练习巩固所学知识，提高解决问题的能力。

（5）开展校园科普宣传活动，如举办能量守恒定律知识讲座、制作能量守恒定律宣传海报等，提高学生的科学素养。典型例题讲解本节课将讲解与能量守恒定律相关的典型例题，帮助学生巩固所学知识，提高解题能力。以下是五个典型例题及其解答：

例题1：

一个物体在水平地面上以10m/s的速度匀速直线运动，求物体在10秒内通过的路程。

解答：

由能量守恒定律可知，物体的动能等于其势能。在这个问题中，物体在水平地面上运动，没有势能的变化，因此物体的动能保持不变。

动能=1/2*m*v^2

其中，m为物体的质量，v为物体的速度。

给定m=2kg，v=10m/s，代入公式计算得到动能：

动能=1/2*2kg*(10m/s)^2=100J

物体在10秒内通过的路程等于其动能的变化量，即：

路程=动能/(摩擦力*时间)

由于物体以匀速直线运动，摩擦力等于物体所受的阻力，且阻力与速度成正比。假设阻力为f，则：

f=k*v

其中，k为比例常数。

根据题目条件，物体以10m/s的速度匀速直线运动，因此阻力f=k*10m/s。

由于物体动能保持不变，因此路程等于动能/(k*10m/s*10s)：

路程=100J/(k*10m/s*10s)

由于题目没有给出比例常数k的具体值，因此无法计算出具体的路程。但根据能量守恒定律，物体的动能等于其势能，且在这个问题中没有势能的变化，因此路程等于动能的变化量，即100J。

例题2：

一个物体从高处自由落下，求物体落地时的速度。

解答：

物体从高处自由落下，只有重力做功，因此物体的势能转化为动能。

势能=m*g*h

其中，m为物体的质量，g为重力加速度，h为物体下落的高度。

动能=1/2*m*v^2

物体落地时，势能等于动能，因此：

m*g*h=1/2*m*v^2

解得速度v：

v=√(2*g*h)

给定m=2kg，g=9.8m/s^2，h=10m，代入公式计算得到速度v：

v=√(2*9.8m/s^2*10m)=√(196)=14m/s

例题3：

一个物体在水平面上做匀速圆周运动，求物体在10秒内通过的角度。

解答：

物体在水平面上做匀速圆周运动，其动能保持不变，势能也不发生变化。因此，物体的动能等于其势能。

动能=1/2*m*v^2

势能=m*g*h

其中，m为物体的质量，v为物体的速度，g为重力加速度，h为物体的高度。

由于物体在水平面上运动，高度h=0，因此势能为0。物体的动能全部转化为角动能。

角动能=1/2*I*ω^2

其中，I为物体的转动惯量，ω为物体的角速度。

由于物体做匀速圆周运动，角速度ω保持不变。因此，物体在10秒内通过的角度等于角动能的变化量，即：

角度=角动能/(转动阻力*时间)

由于物体做匀速圆周运动，转动阻力等于物体所受的摩擦力，且摩擦力与速度成正比。假设摩擦力为f，则：

f=k*v

其中，k为比例常数。

根据题目条件，物体做匀速圆周运动，因此摩擦力f=k*v。

由于物体的动能等于其势能，因此角度等于动能的变化量，即：

角度=1/2*m*v^2/(k*v*10s)

由于题目没有给出比例常数k的具体值，因此无法计算出具体的角度。但根据能量守恒定律，物体的动能等于其势能，且在这个问题中没有势能的变化，因此角度等于动能的变化量，即1/2*m*v^2。

例题4：

一个物体在斜面上滑行，求物体滑行到斜面底部时的速度。

解答：

物体在斜面上滑行，只有重力和摩擦力做功。重力做功将势能转化为动能，摩擦力做功将动能转化为热能。

势能=m*g*h

其中，m为物体的质量，g为重力加速度，h为物体在斜面上的高度。

动能=1/2*m*v^2

由于摩擦力做功，物体的动能减少，减少的动能等于摩擦力做的功。

减少的动能=摩擦力*s

其中，s为物体滑行的距离。

由于能量守恒定律，物体的势能等于其动能加上减少的动能，因此：

m*g*h=1/2*m*v^2+摩擦力*s

解得速度v：

v=√(2*g*h/(1+摩擦力/m))

给定m=2kg，g=9.8m/s^2，h=10m，摩擦系数μ=0.2，代入公式计算得到速度v：

v=√(2*9.8m/s^2*10m/(1+0.2))=√(196/1.2)=√163.33=12.8m/s

例题5：

一个物体在弹簧床上做简谐振动，求物体在第10秒内的位移。

解答：

物体在弹簧床上做简谐振动，其动能和势能相互转化。

势能=1/2*k*x^2

其中，k为弹簧的劲度系数，x为物体的位移。

动能=1/2*m*v^2

其中，m为物体的质量，v为物体的速度。

由于物体做简谐振动，速度v与位移x的关系为：

v=ω*x

其中，ω为物体的角频率。

角频率ω与劲度系数k和质量m的关系为：

ω=√(k/m)

由于物体在第10秒内，因此位移x等于速度v乘以时间t。

位移=v*t

代入速度v与位移x的关系，得到：

位移=ω*x*t

代入角频率ω与劲度系数k和质量m的关系，得到：

位移=√(k/m)*x*t

由于题目没有给出具体的劲度系数k和质量m的数值，因此无法计算出具体的位移。但根据能量守恒定律，物体的动能等于其势能，且在这个问题中动能和势能相互转化，因此位移等于动能的变化量，即1/2*m*v^2。课堂小结，当堂检测课堂小结：

本节课我们学习了热力学第一定律，即能量守恒定律。这一定律指出，在一个封闭系统中，能量不能被创造或销毁，只能从一种形式转化为另一种形式。我们通过实验、案例分析和讨论，深入理解了能量守恒定律的本质，并能够运用该定律解释和预测实际问题。

首先，我们介绍了能量守恒定律的定义和基本概念，通过图表和示意图帮助学生理解能量守恒定律的组成部分和功能。接着，我们分析了几个典型的能量守恒定律案例，让学生了解能量守恒定律在实际中的应用和重要性。

然后，我们组织学生进行小组讨论，探讨能量守恒定律在现实生活中的应用，并提出创新性的想法或建议。最后，我们进行了课堂展示和点评，锻炼学生的表达能力和加深对能量守恒定律的理解。

当堂检测：

1.解释能量守恒定律的基本概念和原理。

2.分析几个典型的能量守恒定律案例，并说明其应用和重要性。

3.讨论能量守恒定律在现实生活中的应用，并提出创新性的想法或建议。

4.进行课堂展示和点评，锻炼学生的表达能力和加深对能量守恒定律的理解。

请学生根据以上问题进行思考和回答，以检测对能量守恒定律的理解和应用能力。同时，教师可以根据学生的回答进行点评和指导，以提高学生的学习效果。教学反思与改进在完成本节课的教学后，我进行了反思活动，以评估教学效果并识别需要改进的地方。以下是我在教学过程中观察到的一些问题和提出的改进措施。

1.学生参与度：在课堂讨论和小组活动中，我发现部分学生参与度不高，可能是因为他们对课程内容缺乏兴趣或对概念理解不够深入。为了提高学生的参与度，我计划在未来的教学中采用更多的互动式教学方法，如小组讨论、角色扮演和游戏等，以激发学生的兴趣并促进他们的积极参与。

2.知识点的深入理解：在讲解能量守恒定律的基本概念和原理时，我发现有些学生对概念的理解不够深入，可能是因为讲解方式过于抽象或理论性过强。为了帮助学生更好地理解知识点，我计划在未来的教学中采用更多的实例和