2024-2025学年高中物理 第10章 热力学定律 1 功和内能教案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1功和内能教案3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课程基本信息1.课程名称：高中物理第10章热力学定律1——功和内能

2.教学年级和班级：高中二年级，物理选修3-3班

3.授课时间：2024-2025学年第二学期，第5周，星期三上午第1节

4.教学时数：45分钟

本节课将紧密围绕新人教版选修3-3教材，引导学生学习热力学中的功和内能概念，通过实例分析，让学生掌握热力学第一定律，理解能量守恒在热力学过程中的应用。教学内容与课本知识点紧密结合，确保学生在课程中学到实用的物理知识。核心素养目标1.让学生掌握热力学第一定律的表达式，理解能量守恒原理在热力学过程中的应用，培养科学思维与创新能力。

2.通过对功和内能概念的学习，提高学生解决实际问题的能力，培养理论联系实际的学科素养。

3.培养学生运用物理知识分析问题的习惯，提升科学探究和团队合作的能力，增强实践操作技能。

4.引导学生关注物理学在生活和科技领域中的应用，激发学生对科学研究的兴趣，提高学生的科学素养。学情分析本课程面向高中二年级物理选修3-3班的学生，他们在前期学习中已具备一定的物理知识基础，掌握了能量守恒、力学等基本概念。在此基础上，学生对热力学定律的学习具备以下特点：

1.学生层次：学生物理学科成绩较好，具备一定的逻辑思维和分析能力，但在具体问题解决中，可能存在理论知识与实际问题结合不够紧密的问题。

2.知识方面：学生对功、能量等概念有初步了解，但对热力学第一定律的理解和应用尚不深入，需要通过本节课的学习加强知识点的巩固。

3.能力方面：学生在小组讨论和团队合作方面表现出一定的能力，但在独立思考、创新实践方面有待提高。

4.素质方面：学生对物理学科有一定兴趣，但部分学生对课程学习的积极性、主动性有待提高。

5.行为习惯：学生在课堂上的纪律性较好，但部分学生存在上课注意力不集中、课堂参与度不高的问题。教学方法与手段1.教学方法：

(1)讲授法：通过生动的语言和实例，讲解热力学第一定律的基本原理，帮助学生建立理论知识框架。

(2)讨论法：组织学生分组讨论，分析实际热力学过程，提高学生运用知识解决问题的能力。

(3)实验法：设计简单的热力学实验，让学生亲自动手操作，观察现象，加深对功和内能的理解。

2.教学手段：

(1)多媒体设备：利用PPT、动画等展示热力学过程，使抽象知识形象化，提高学生的学习兴趣。

(2)教学软件：运用物理模拟软件，模拟热力学实验，增强学生对知识点的理解。

(3)网络资源：提供相关热力学视频和文献，拓展学生知识视野，培养学生的自主学习能力。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：“你们知道热力学第一定律是什么吗？它与我们生活的关系何在？”

展示一些关于热力学现象的图片或视频片段，让学生初步感受热力学在日常生活中的应用。

简短介绍热力学第一定律的基本概念和重要性，为接下来的学习打下基础。

2.热力学第一定律基础知识讲解（10分钟）

目标：让学生了解热力学第一定律的基本概念、组成部分和原理。

过程：

讲解热力学第一定律的定义，包括能量守恒、内能和功等主要组成元素。

使用图表或示意图详细介绍内能、功和热量之间的关系，帮助学生理解热力学第一定律的原理。

通过实例，如热机工作过程，让学生更好地理解热力学第一定律的实际应用。

3.热力学第一定律案例分析（20分钟）

目标：通过具体案例，让学生深入了解热力学第一定律的特性和重要性。

过程：

选择几个典型的热力学第一定律案例进行分析，如制冷机、热泵等。

详细介绍每个案例的背景、特点和意义，让学生全面了解热力学第一定律在实际应用中的多样性。

引导学生思考这些案例对实际生活或学习的影响，以及如何应用热力学第一定律解决实际问题。

小组讨论：让学生分组讨论热力学第一定律在未来能源发展和节能减排中的应用，并提出创新性的想法或建议。

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，每组选择一个与热力学第一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，同时加深全班对热力学第一定律的认识和理解。

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，强调热力学第一定律的重要性和意义。

过程：

简要回顾本节课的学习内容，包括热力学第一定律的基本概念、组成部分、案例分析等。

强调热力学第一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。

布置课后作业：让学生撰写一篇关于热力学第一定律在实际应用中的短文或报告，以巩固学习效果。拓展与延伸1.提供与本节课内容相关的拓展阅读材料：

-《热力学与动力学导论》中关于热力学第一定律的章节；

-《物理世界》杂志中有关热力学在能源领域应用的文章；

-《热力学简明教程》中关于内能、功和热量关系的深入讨论。

2.鼓励学生进行课后自主学习和探究：

-研究热力学第一定律在日常生活和工业中的应用，如汽车发动机、空调制冷等；

-探索热力学第一定律在新能源开发和技术创新中的作用，如太阳能电池、燃料电池等；

-分析热力学第一定律在环境保护和节能减排中的重要性，如热效率提高、废热利用等；

-深入了解热力学第一定律在物理学和其他学科领域的交叉应用，如化学热力学、生物热力学等；

-了解热力学的发展历程，认识历史上对热力学第一定律做出重要贡献的科学家及其成就。教学评价与反馈1.课堂表现：观察学生在课堂上的参与程度、提问回答的积极性以及对热力学第一定律概念的理解程度，评估学生的学习状态和兴趣。

2.小组讨论成果展示：评价各小组在讨论过程中的合作程度、创新思维以及成果展示的清晰度和深度，考察学生的团队合作和表达能力。

3.随堂测试：设计关于热力学第一定律的随堂测试题，检验学生对内能、功和热量关系等知识点的掌握情况。

4.课后作业：通过学生提交的关于热力学第一定律实际应用的短文或报告，评估学生对课堂所学内容的消化吸收和应用能力。

5.教师评价与反馈：

-针对学生课堂表现，给予积极的鼓励和肯定，对表现不足的学生给予关心和指导，帮助他们提高学习兴趣和自信。

-对小组讨论成果展示进行点评，指出优点和不足，提出改进建议，鼓励学生在下次讨论中发挥更好的表现。

-根据随堂测试和课后作业的成绩，分析学生的学习难点和问题，针对性地进行教学调整，确保学生掌握热力学第一定律的知识点。

-定期与学生进行沟通，了解他们在学习过程中遇到的困难，提供个性化的辅导和建议，帮助他们不断提高。典型例题讲解例题1：

一个系统从初始状态A（温度T1，体积V1）经过一个过程变为状态B（温度T2，体积V2）。如果该过程对外做功W，吸收热量Q，求系统内能的变化。

解答：

根据热力学第一定律，系统内能的变化ΔU等于对外做的功W加上吸收的热量Q，即：

ΔU=Q-W

例题2：

一个气体在等压膨胀过程中，吸收了400J的热量，同时对外做了200J的功。求气体内能的变化。

解答：

在等压膨胀过程中，气体对外做的功W等于PΔV，其中P是气体的压强，ΔV是体积变化。由于是等压过程，可以使用理想气体状态方程PV=nRT（其中n是物质的量，R是气体常数，T是温度）来简化计算。这里假设气体是理想的，可以得到：

W=PΔV=nRΔT

已知Q=400J，W=200J，代入热力学第一定律公式：

ΔU=Q-W=400J-200J=200J

所以气体内能增加了200J。

例题3：

一热机在循环过程中，从高温热源吸收了1200J的热量，向低温热源放出了800J的热量，求热机的效率。

解答：

热机的效率η定义为所做的功W与吸收的热量Q之比，即：

η=W/Q

根据热力学第一定律，系统所做的功W等于吸收的热量Q减去系统内能的变化ΔU，但由于是循环过程，系统最终回到初始状态，所以ΔU=0。因此：

W=Q-ΔU=Q

所以：

η=W/Q=(1200J-800J)/1200J=400J/1200J≈0.3333

热机的效率约为33.33%。

例题4：

一个物体在恒定外压下加热，体积从V1膨胀到V2，已知物体的初始温度T1，最终温度T2，外压强P，物体的比热容c，求物体吸收的热量Q。

解答：

物体在恒定外压下加热，可以使用等压热容公式：

Q=ncv(T2-T1)

其中n是物体的物质的量，cv是比定压热容。由于是恒压过程，比定压热容cv等于比热容c。假设物体的质量为m，则n=m/M，其中M是物体的摩尔质量。因此：

Q=mcv(T2-T1)

由于是恒定外压，物体的体积变化ΔV=V2-V1，对外做的功W=PΔV。但这里求的是吸收的热量Q，所以不需要考虑功的计算。

例题5：

一个热力学过程，系统吸收了600J的热量，同时对外做功300J，求系统内能的变化，并说明系统的温度变化趋势。

解答：

根据热力学第一定律：

ΔU=Q-W

代入已知数值：

ΔU=600J-300J=300J

系统内能增加了300J。由于内能的增加通常与温度上升相关，可以推断系统温度可能上升。但是，具体温度变化取决于系统的性质和过程细节。反思改进措施-在热力学第一定律的教学中，引入了实际案例分析和小组讨论，激发学生的学习兴趣，提高他们的合作和创新能力。

-结合多媒体和物理模拟软件，使抽象的热力学概念更加直观和形象，提高学生的学习效果。

2.存在主要问题：

-在课堂教学中，部分学生的参与度不高，课堂纪律有待加强。

-在小组讨论中，个别小组的讨论效果不佳，需要加强对学生讨论技巧的指导。

-教学评价体系不够完善，需要进一步优化。

3.改进措施：

-针对学生的参与度和纪律问题，将加强对课堂纪律的管理，并采取激励措施，如奖励制度，以提高学生的积极性。

-对于小组讨论效果不佳的问题，将加强小组讨论技巧的培训，提供更多指导和支持，帮助学生提高讨论效率和质量。

-针对教学评价体系的问题，将探索更全面和客观的评价方式，如增加学生互评和自评环节，以及引入外部评价，以更全面地评估学生的学习成果。

-将定期收集学生的反馈，及时调整教学方法和策略，以更好地满足学生的需求和提高教学质量。内容逻辑关系2.内能、功和热量的关系：内能变化等于吸收的热量减去对外做的功

3.热力学第一定律在实际应用中的案例分析：如热机、制冷机等的工作原理和效率计算

4.学生分组讨论热力学第一定