(教学设计)第3章 2 热力学第一定律2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第三册(人教版2019)

(教学设计)第3章2热力学第一定律2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第三册(人教版2019)学校授课教师课时授课班级授课地点教具教学内容教材章节：2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第三册（人教版2019）第3章第2节热力学第一定律

内容列举：本节课主要讲解热力学第一定律的概念、公式及其应用。具体内容包括：

1.热力学第一定律的定义与表述；

2.热力学第一定律的数学表达式：ΔU=Q-W；

3.系统内能变化ΔU的计算；

4.热量Q与功W的关系；

5.热力学第一定律在实际生活中的应用案例分析。核心素养目标1.理解并运用热力学第一定律，提升物理观念的应用能力。

2.通过分析实际案例，培养科学思维和解决实际问题的能力。

3.在讨论内能变化与能量转化时，发展科学态度与责任意识。学情分析学生层次：本节课面对的学生为高中选择性必修物理课程的学生，他们已经完成了基础物理学习，具有一定的物理知识基础。

知识方面：学生已经学习了能量守恒定律、功和能量的基本概念，但可能对热力学第一定律的理解不够深入，需要通过本节课的学习来加深理解。

能力方面：学生在数学运算、逻辑推理和实验操作方面已经具备一定能力，能够理解并运用热力学第一定律进行问题分析和计算。

素质方面：学生具备一定的科学素养，能够接受新概念，但需要引导他们运用所学知识解决实际问题。

行为习惯：学生在课堂学习中习惯于被动接受知识，需要在本节课中培养他们的主动探究和思考的习惯。

对课程学习的影响：学生对物理概念的理解程度、学习习惯以及实践操作能力将直接影响他们对热力学第一定律的理解和运用，因此本节课将注重激发学生的学习兴趣，鼓励他们主动参与课堂讨论，提高他们对物理概念的理解和应用能力。教学资源准备1.教材：确保每位学生都有《高中物理选择性必修第三册》教材。

2.辅助材料：准备热力学第一定律相关案例的PPT，包括图片、图表和动画演示。

3.实验器材：准备实验所需的热力学实验器材，如量热器、温度计、压强计等，并确保其安全性。

4.教室布置：将教室分为小组讨论区，每组配备必要的学习资料，设置实验操作台。教学过程1.导入（约5分钟）

-激发兴趣：提出问题“为什么能量既不会凭空产生也不会凭空消失？”引导学生思考能量守恒的意义。

-回顾旧知：简要复习能量守恒定律，回顾功和能量的概念，为引入热力学第一定律做准备。

2.新课呈现（约30分钟）

-讲解新知：详细讲解热力学第一定律的定义，解释内能、热量和功的关系，介绍热力学第一定律的数学表达式ΔU=Q-W。

-举例说明：通过举例说明内能变化的具体情况，如气体膨胀做功时内能的变化，帮助学生理解热力学第一定律的应用。

-互动探究：分组讨论一个简单的热力学实验案例，如气体在绝热过程中内能的变化，引导学生分析实验结果，探究热力学第一定律在实际中的应用。

3.巩固练习（约20分钟）

-学生活动：让学生独立完成几个热力学第一定律的应用题目，如计算系统内能变化、分析热力学过程等。

-教师指导：在学生完成练习的过程中，教师巡回指导，针对学生的疑问和错误给予及时的帮助和指导。

4.应用拓展（约15分钟）

-学生活动：让学生思考热力学第一定律在日常生活中的应用，如空调、发动机等设备中的能量转换过程。

-教师引导：引导学生讨论如何利用热力学第一定律提高能源利用效率，培养学生的科学思维和创新能力。

5.总结反馈（约10分钟）

-教师总结：总结本节课的热力学第一定律的主要内容，强调其在物理学和实际生活中的重要性。

-学生反馈：学生分享本节课的学习收获和疑问，教师针对学生的反馈进行解答，确保学生对热力学第一定律的理解和掌握。

6.作业布置（约5分钟）

-布置与热力学第一定律相关的作业，包括理论题目和实际案例分析，要求学生在课后独立完成，加深对课堂内容的理解和应用。教学资源拓展1.拓展资源：

-相关概念：介绍热力学第二定律和第三定律，以及它们与热力学第一定律的关系。

-历史背景：介绍热力学第一定律的发展历程，包括科学家们的贡献和重要实验。

-实际应用：探讨热力学第一定律在能源工程、环境保护、新能源技术等领域的应用。

-拓展知识：介绍热力学在宇宙学、生物学等跨学科领域的研究和应用。

-学术论文：推荐一些与热力学第一定律相关的学术论文，供有兴趣的学生进一步研究。

2.拓展建议：

-阅读经典书籍：建议学生阅读《热力学原理》等经典书籍，以更深入地理解热力学的理论基础。

-参观博物馆或科技馆：组织学生参观科技馆或博物馆中的热力学展览，直观感受热力学原理在现实中的应用。

-实际操作：鼓励学生进行简单的热力学实验，如量热实验、气体膨胀实验等，以加深对热力学第一定律的理解。

-开展小组讨论：组织学生进行小组讨论，探讨热力学第一定律在不同领域中的应用，培养团队协作和交流能力。

-研究项目：鼓励学生参与学校或社区的研究项目，如新能源开发、节能减排等，将理论知识应用于实践。

-学术交流：鼓励学生参加科学讲座、研讨会，与其他学生和专家交流热力学相关知识，拓宽视野。

-创新设计：鼓励学生结合热力学原理，设计创新性实验或项目，激发学生的创新思维和实践能力。

-自主学习：引导学生利用图书馆、网络资源等自主查找相关资料，培养自主学习的能力和习惯。反思改进措施（一）教学特色创新

1.结合实际案例讲解热力学第一定律，使学生能够直观地理解其在生活中的应用。

2.设计互动探究环节，让学生通过实验和讨论，深入理解热力学第一定律的原理。

（二）存在主要问题

1.教学管理方面，课堂纪律控制不够严格，导致部分学生注意力不集中。

2.教学方法上，讲解过多，学生主动参与和动手实践的机会较少。

3.教学评价方面，评价方式较为单一，未能充分反映学生的综合能力和实际应用能力。

（三）改进措施

1.加强课堂管理，确保学生能够专注于课堂学习。可以通过制定明确的课堂规则，以及适时调整教学节奏，提高学生的学习兴趣和注意力。

2.增加学生参与度，将更多的课堂时间留给学生进行实验操作和讨论。鼓励学生提出问题，教师引导学生进行思考和探索。

3.多元化评价方式，除了传统的笔试之外，加入实验报告、课堂表现、小组讨论等评价维度，全面评估学生的学习效果。

4.定期进行教学反思，根据学生的反馈和学习效果，及时调整教学策略和方法，确保教学内容与学生的实际需求相符。

5.加强与学生的沟通，了解他们的学习困惑和需求，针对性地提供辅导和支持，帮助他们更好地理解和应用热力学第一定律。板书设计①热力学第一定律的定义与表述：

-重点知识点：热力学第一定律的定义

-重点词句：“能量既不会凭空产生也不会凭空消失”

②热力学第一定律的数学表达式：

-重点知识点：ΔU=Q-W

-重点词句：“系统内能的变化等于吸收的热量减去对外做的功”

③热力学第一定律的应用案例分析：

-重点知识点：热力学第一定律在实际案例中的应用

-重点词句：“分析系统内能变化，计算热量和功的关系”典型例题讲解例题1：一个理想气体在绝热过程中从状态A变化到状态B，已知气体在A状态的温度和压强，求气体在B状态的温度和压强。

解答：根据热力学第一定律，绝热过程中没有热量交换，因此ΔQ=0，所以ΔU=-W。利用理想气体状态方程PV/T=k（k为常数），结合绝热过程的条件，可以推导出气体在B状态的温度和压强。

例题2：一个封闭系统中有10J的热量被加入，系统对外做功6J，求系统的内能变化。

解答：根据热力学第一定律，ΔU=Q-W，代入已知数值得到ΔU=10J-6J=4J。系统的内能增加了4J。

例题3：一个气体系统在等压过程中吸收了20J的热量，系统的内能增加了15J，求系统对外做了多少功？

解答：根据热力学第一定律，ΔU=Q-W，代入已知数值得到15J=20J-W，解得W=20J-15J=5J。系统对外做了5J的功。

例题4：一个理想气体在等温过程中从状态C变化到状态D，已知气体在C状态的体积和压强，求气体在D状态的体积和对外做的功。

解答：等温过程中温度不变，根据理想气体状态方程PV=k，可以推导出气体在D状态的体积。对外做的功可以通过积分PV图下的面积来计算。

例题5：一个系统在某个过程中内能增加了30J，同时对外做了10J的功，求系统吸收了多少热量？

解答：根据热力学第一定律，ΔU=Q-W，代入已知数值得到30J=Q-10J，解得Q=30J+10J=40J。系统吸收了40J的热量。教学评价与反馈1.课堂表现：学生在课堂上的表现积极，能够跟随教师的讲解思路，对热力学第一定律的概念和公式有较好的理解。在互动环节，大部分学生能够主动参与讨论，提出问题和想法，显示出良好的学习态度。

2.小组讨论成果展示：小组讨论中，学生们能够围绕热力学第一定律的应用案例进行深入分析，提出了有创意的解决方案。成果展示环节，各小组代表能够清晰地表达本组的讨论结果，展示了良好的团队合作能力和口头表达能力。

3.随堂测试：通过随堂测试，发现学生对热力学第一定律的基本概念掌握较好，但在实际应用题目的解答上，部分学生存在理解不足和计算错误。测试结果有助于教师了解学生的学习状况，为后续教学提供调整依据。

4.作业完成情况：学生提交的作业显示，大多数学生能够独立完成热力学第一定律的应用题目，但部分学生在理解热力学过程和运用公式时仍存在困难，需要进一步的个别辅导。

5.教师评价与反