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教案新人教版选修3-3主备人备课成员教学内容本节课的教学内容来自2024-2025学年高中物理第十章《热力学定律》的第三节《热力学第一定律》。本节主要讲述热力学第一定律，即能量守恒定律。具体内容包括：

1.热力学第一定律的表述：能量不能被创造或消灭，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，能量的总值保持不变。

2.热力学第一定律的应用：通过实际例子，解释热力学第一定律在日常生活中的应用，如热机的工作原理、空调的制冷过程等。

3.内能的概念：内能是指物体内部所有分子无规则运动的动能和分子势能的总和。内能的大小与物体的温度和质量有关。

4.热量与内能的关系：热量是能量的一种表现形式，是指在热传递过程中，能量从高温物体传递到低温物体的过程。热量的大小与物体的温度差有关。

5.热力学第一定律在实际问题中的应用：通过实例分析，运用热力学第一定律解决实际问题，如热力学能的计算、热效率的提高等。核心素养目标本节课的核心素养目标主要包括物理观念、科学思维、科学探究和科学态度四个方面。具体包括：

1.物理观念：通过学习热力学第一定律，使学生建立正确的能量观念，理解能量守恒的概念，认识到能量在转化和转移过程中的不变性。

2.科学思维：培养学生运用热力学第一定律分析和解决实际问题的能力，学会从宏观和微观两个角度认识和理解热现象。

3.科学探究：通过观察和分析实际例子，让学生掌握热量与内能的关系，培养学生的观察能力、实验能力和分析能力。

4.科学态度：培养学生对物理学习的兴趣和热情，勇于探索和质疑，形成积极的学习态度和良好的学习习惯。学习者分析1.学生已经掌握了哪些相关知识：学生在之前的物理学习中，已经掌握了基本的数学运算能力，对物体运动和力有了初步的了解。此外，他们对日常生活中的一些热现象也有所了解，如热水袋取暖、烧水等。

2.学生的学习兴趣、能力和学习风格：学生对新奇有趣的物理现象和实验较为感兴趣，对于能够动手实践的活动表现出较强的参与意愿。在学习能力方面，他们具备一定的逻辑思维能力和问题解决能力。在学习风格上，一部分学生喜欢通过自主探究和合作学习来掌握知识，而另一部分学生则更倾向于听讲和阅读。

3.学生可能遇到的困难和挑战：在理解热力学第一定律的概念时，学生可能会对能量守恒的宏观和微观表现产生困惑。此外，内能的概念和热量与内能的关系也可能使他们感到难以理解。在实际问题分析中，如何将热力学第一定律运用到具体情境中，解决实际问题，也是学生面临的挑战之一。学具准备多媒体课型新授课教法学法讲授法课时第一课时师生互动设计二次备课教学资源1.软硬件资源：多媒体投影仪、白板、教学用具（如热水袋、冰块等）、实验室设备（如热力学实验装置）。

2.课程平台：学校提供的教学平台，用于上传教学资料、布置作业和交流讨论。

3.信息化资源：教学PPT、视频资料（如热力学实验过程、日常生活中的热现象等）、在线题库。

4.教学手段：讲授法、案例分析法、讨论法、实验法、互助合作法。教学实施过程1.课前自主探索

教师活动：

-发布预习任务：通过在线平台或班级微信群，发布预习资料（如PPT、视频、文档等），明确预习目标和要求。

-设计预习问题：围绕“热力学第一定律”课题，设计一系列具有启发性和探究性的问题，引导学生自主思考。

-监控预习进度：利用平台功能或学生反馈，监控学生的预习进度，确保预习效果。

学生活动：

-自主阅读预习资料：按照预习要求，自主阅读预习资料，理解“热力学第一定律”知识点。

-思考预习问题：针对预习问题，进行独立思考，记录自己的理解和疑问。

-提交预习成果：将预习成果（如笔记、思维导图、问题等）提交至平台或老师处。

教学方法/手段/资源：

-自主学习法：引导学生自主思考，培养自主学习能力。

-信息技术手段：利用在线平台、微信群等，实现预习资源的共享和监控。

作用与目的：

-帮助学生提前了解“热力学第一定律”课题，为课堂学习做好准备。

-培养学生的自主学习能力和独立思考能力。

2.课中强化技能

教师活动：

-导入新课：通过故事、案例或视频等方式，引出“热力学第一定律”，激发学生的学习兴趣。

-讲解知识点：详细讲解“热力学第一定律”知识点，结合实例帮助学生理解。

-组织课堂活动：设计小组讨论、角色扮演、实验等活动，让学生在实践中掌握热力学第一定律技能。

-解答疑问：针对学生在学习中产生的疑问，进行及时解答和指导。

学生活动：

-听讲并思考：认真听讲，积极思考老师提出的问题。

-参与课堂活动：积极参与小组讨论、角色扮演、实验等活动，体验热力学第一定律知识的应用。

-提问与讨论：针对不懂的问题或新的想法，勇敢提问并参与讨论。

教学方法/手段/资源：

-讲授法：通过详细讲解，帮助学生理解“热力学第一定律”知识点。

-实践活动法：设计实践活动，让学生在实践中掌握热力学第一定律技能。

-合作学习法：通过小组讨论等活动，培养学生的团队合作意识和沟通能力。

作用与目的：

-帮助学生深入理解“热力学第一定律”知识点，掌握热力学第一定律技能。

-通过实践活动，培养学生的动手能力和解决问题的能力。

-通过合作学习，培养学生的团队合作意识和沟通能力。

3.课后拓展应用

教师活动：

-布置作业：根据“热力学第一定律”课题，布置适量的课后作业，巩固学习效果。

-提供拓展资源：提供与“热力学第一定律”课题相关的拓展资源（如书籍、网站、视频等），供学生进一步学习。

-反馈作业情况：及时批改作业，给予学生反馈和指导。

学生活动：

-完成作业：认真完成老师布置的课后作业，巩固学习效果。

-拓展学习：利用老师提供的拓展资源，进行进一步的学习和思考。

-反思总结：对自己的学习过程和成果进行反思和总结，提出改进建议。

教学方法/手段/资源：

-自主学习法：引导学生自主完成作业和拓展学习。

-反思总结法：引导学生对自己的学习过程和成果进行反思和总结。

作用与目的：

-巩固学生在课堂上学到的“热力学第一定律”知识点和技能。

-通过拓展学习，拓宽学生的知识视野和思维方式。

-通过反思总结，帮助学生发现自己的不足并提出改进建议，促进自我提升。教学资源拓展1.拓展资源：

《热力学第二定律》：介绍热力学第二定律的概念、内容及其在实际中的应用，帮助学生更好地理解热力学定律。

《热力学能的计算与应用》：详细讲解热力学能的计算方法及其在工程、科技领域的应用，提高学生的实际应用能力。

《热量与内能的关系及其转换》：深入剖析热量与内能的关系，探讨在不同条件下的能量转换过程，增强学生对能量转换的理解。

《热机的工作原理与效率提升》：介绍热机的基本工作原理，分析影响热机效率的因素，探讨提高热机效率的方法和技术。

《生活中的热现象解析》：通过分析日常生活中的热现象，如热水袋取暖、烧水等，使学生更好地理解热力学定律在生活中的应用。

2.拓展建议：

阅读拓展资源，加深对热力学定律的理解。可以结合课本内容，挑选几篇拓展资源进行阅读，了解热力学定律在实际中的应用，拓宽知识面。

进行小组讨论，分享学习心得。学生可以就拓展资源中的内容进行小组讨论，分享自己的学习心得和感悟，提高团队合作和沟通能力。

开展实验活动，提高动手能力。结合学校实验室设备，学生可以进行热力学相关实验，如热力学能的转换实验、热机效率实验等，提高自己的动手能力和实验技能。

撰写心得体会，进行自我总结。学生可以针对拓展资源的学习，撰写心得体会，进行自我总结，反思自己在学习过程中的优点和不足，提出改进措施。

参加学术讲座，拓宽学术视野。学生可以积极参加学校或外部组织的热力学相关学术讲座，拓宽自己的学术视野，了解热力学领域的前沿动态。课堂小结，当堂检测1.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。学生应该掌握以下几点：

-能量守恒定律的表述：能量不能被创造或消灭，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，能量的总值保持不变。

-内能的概念：内能是指物体内部所有分子无规则运动的动能和分子势能的总和。内能的大小与物体的温度和质量有关。

-热量与内能的关系：热量是能量的一种表现形式，是指在热传递过程中，能量从高温物体传递到低温物体的过程。热量的大小与物体的温度差有关。

-热力学第一定律在实际问题中的应用：通过实例分析，运用热力学第一定律解决实际问题，如热力学能的计算、热效率的提高等。

2.当堂检测

为了检验学生对课堂内容的掌握情况，可以进行以下当堂检测：

（1）选择题

1.下列哪个选项正确地描述了能量守恒定律？

A.能量可以被创造或消灭

B.能量只能从一种形式转化为另一种形式

C.能量在转化或转移过程中，总值发生变化

D.能量不能从高温物体传递到低温物体

2.下列关于内能的描述，哪个是正确的？

A.内能与物体的质量和温度无关

B.内能是物体内部所有分子的动能和势能之和

C.内能的大小与物体的体积有关

D.内能是物体内部所有分子的运动速度

（2）简答题

请简述热量与内能的关系。

（3）应用题

一个热力学系统在不受外界作用下，其内能发生变化。请运用热力学第一定律，分析内能的变化原因及其对系统温度的影响。重点题型整理1.题型一：内能计算

题干：一个质量为2kg的物体，温度为300K，求其内能。

答案：使用公式U=(3/2)nkT，其中n为物体内分子的总数，k为玻尔兹曼常数（1.38×10^-23J/K），T为物体的绝对温度（K）。计算得到内能U=(3/2)×2×(1.38×10^-23)×300=1.38×10^-19J。

2.题型二：热量计算

题干：一个质量为2kg的物体，温度为300K，与另一个温度为273K的物体进行热交换，求热量交换量。

答案：使用公式Q=mcΔT，其中m为物体的质量，c为比热容（对于水，c=4.186J/g°C），ΔT为温度差（ΔT=T2-T1）。计算得到热量交换量Q=2×(4.186)×(300-273)=164J。

3.题型三：热效率计算

题干：一个热效率为80%的热机，将200J的热量转化为机械能，求其输出机械能。

答案：使用公式W=Q×η，其中Q为输入热量，η为热效率。计算得到输出机械能W=200J×0.8=160J。

4.题型四：热力学第一定律应用

题干：一个热力学系统从200K升高到250K，求其内能变化量。

答案：使用公式ΔU=Q-W，其中ΔU为内能变化量，Q