第三章 第1-2节 热力学第一定律 能量守恒定律2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第三册同步教学设计（教科版2019）

第三章第1-2节热力学第一定律能量守恒定律2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第三册同步教学设计（教科版2019）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：高中物理选择性必修第三册——第三章第1-2节热力学第一定律能量守恒定律

2.教学年级和班级：2023-2024学年高中三年级（理科班）

3.授课时间：2023年9月15日

4.教学时数：2课时核心素养目标1.理解并运用热力学第一定律，培养科学思维能力。

2.掌握能量守恒定律，提升物理观念。

3.通过实验探究，发展科学探究能力和实践创新能力。

4.结合生活实例，增强物理知识的应用意识。教学难点与重点1.教学重点

-热力学第一定律的理解和应用：重点在于让学生理解内能、功和热量的关系，以及能量守恒的概念。例如，通过分析气体在等压、等温、绝热过程中的能量变化，使学生掌握第一定律的应用。

-能量守恒定律的应用：强调能量守恒定律在各类物理现象中的普遍适用性，如机械能守恒、电能转化为热能等。举例来说，通过分析自由落体运动中动能和势能的转换，让学生深刻理解能量守恒定律。

2.教学难点

-热力学第一定律的数学表达：难点在于理解并运用公式ΔU=Q-W，学生可能难以把握各物理量的关系和计算方法。可以通过具体例题，如计算气体在等温膨胀过程中吸收的热量，来帮助学生理解和应用公式。

-能量守恒定律在不同条件下的应用：难点在于学生在面对复杂系统时，难以判断能量守恒的具体形式。例如，在分析电路中的能量转化时，学生可能难以识别电能和热能之间的转换关系。可以通过实际电路图的分析，引导学生逐步理解并掌握能量守恒定律在不同条件下的应用。教学方法与策略1.结合讲授与讨论，先通过讲解热力学第一定律和能量守恒定律的基本概念，随后引导学生进行小组讨论，分享生活中的能量转换实例。

2.设计实验活动，如利用气缸和活塞模拟气体做功过程，让学生直观感受能量转换，并记录实验数据，分析实验结果。

3.使用多媒体教学，如动画演示能量守恒定律在不同条件下的应用，以及热力学第一定律的物理意义，增强学生的感性认识。教学实施过程1.课前自主探索

-教师活动：

发布预习任务：通过在线平台发布预习资料，包括热力学第一定律和能量守恒定律的相关概念、公式和实例。

设计预习问题：设计问题如“举例说明日常生活中能量守恒的现象”。

监控预习进度：通过平台监控学生的预习情况和提交的预习成果。

-学生活动：

自主阅读预习资料：学生阅读资料，理解热力学第一定律和能量守恒定律的基本概念。

思考预习问题：学生思考并记录对预习问题的理解和疑问。

提交预习成果：学生将预习笔记和问题提交至平台。

-教学方法/手段/资源：

自主学习法：培养学生独立思考和自主学习的能力。

信息技术手段：利用在线平台实现资源的共享和预习进度的监控。

-作用与目的：

帮助学生提前了解课程内容，为课堂学习打下基础。

2.课中强化技能

-教师活动：

导入新课：通过一个生活中的能量转换实例，如自行车骑行时能量的转换，引出课题。

讲解知识点：详细讲解热力学第一定律的公式和能量守恒定律的应用。

组织课堂活动：设计实验活动，如测量气体做功过程中的能量变化。

解答疑问：针对学生在实验中遇到的问题进行解答。

-学生活动：

听讲并思考：学生听讲并思考如何将理论知识应用于实践。

参与课堂活动：学生参与实验，记录数据，分析结果。

提问与讨论：学生提出疑问，参与讨论，加深理解。

-教学方法/手段/资源：

讲授法：通过讲解帮助学生理解理论知识。

实践活动法：通过实验活动让学生在实践中学习。

合作学习法：通过小组讨论促进学生交流与合作。

-作用与目的：

帮助学生深入理解热力学第一定律和能量守恒定律，掌握相关技能。

3.课后拓展应用

-教师活动：

布置作业：布置与热力学第一定律和能量守恒定律相关的计算题和应用题。

提供拓展资源：提供相关的物理学科网站和视频，供学生深入学习。

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：学生完成作业，巩固课堂学习内容。

拓展学习：学生利用拓展资源进行深入学习。

反思总结：学生对学习过程进行反思，总结学习心得。

-教学方法/手段/资源：

自主学习法：鼓励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进行反思和总结。

-作用与目的：

巩固学生对热力学第一定律和能量守恒定律的理解和应用，拓宽知识视野。拓展与延伸1.拓展阅读材料：

-《物理世界》杂志：该杂志经常发表关于热力学和能量守恒的专题文章，适合高中生阅读，能够帮助学生从不同角度理解热力学第一定律和能量守恒定律。

-《科学美国人》：该杂志的科普文章深入浅出，有时会涉及热力学和能量转换的前沿科学进展，有助于激发学生的科学兴趣。

-《物理的进化》：这本书详细介绍了物理学的发展历程，包括热力学定律的发现和能量守恒观念的建立，适合对物理学史感兴趣的学生阅读。

2.课后自主学习和探究：

-探究不同条件下的能量守恒：鼓励学生课后收集不同物理现象中能量守恒的实例，如机械能守恒、电能转化为热能等，分析这些现象背后的能量转换和守恒规律。

-分析日常生活中的热力学现象：学生可以观察并记录日常生活中的热力学现象，如热水瓶的保温效果、空调的制冷原理等，并尝试用热力学第一定律来解释这些现象。

-设计能量转换实验：学生可以设计简单的实验，如利用电池、电阻和灯泡来探究电能转化为热能的过程，通过实验验证能量守恒定律。

-研究热力学定律的应用：学生可以研究热力学定律在现代科技中的应用，如热泵技术、太阳能电池等，了解这些技术的工作原理和效率。

-探索物理学与生活的联系：学生可以探索物理学中的热力学原理如何应用于日常生活和工业生产中，例如，汽车发动机的热效率、电力发电站的能量转换等。

-深入学习热力学第二定律：虽然本节课主要介绍热力学第一定律和能量守恒定律，但学生可以自主探索热力学第二定律的内容，了解熵的概念和热力学过程的不可逆性。

-参与科学讲座和研讨会：鼓励学生参加学校或社区组织的科学讲座和研讨会，特别是那些涉及热力学和能量守恒主题的活动，以拓宽知识视野。

-阅读科学史相关书籍：学生可以阅读关于热力学定律发现和能量守恒观念形成的科学史书籍，了解这些科学原理的发展过程和背后的科学故事。

-开展科学写作：鼓励学生撰写关于热力学和能量守恒的科学文章，可以是实验报告、科普文章或研究论文，通过写作加深对知识的理解和应用。板书设计1.热力学第一定律

①热力学第一定律公式：ΔU=Q-W

②内能（U）：系统内所有微观粒子的动能和势能的总和

③功（W）：外力对系统做功或系统对外做功

④热量（Q）：系统与外界之间传递的能量

2.能量守恒定律

①能量守恒定律表述：在一个孤立系统中，能量不会凭空产生也不会凭空消失，只会从一种形式转换为另一种形式

②能量转换：机械能、热能、电能等不同形式的能量之间的转换

③能量守恒实例：自由落体运动中动能和势能的转换，电路中的电能转化为热能等

3.相关概念

①系统与外界：明确系统和外界的界限，系统是指研究的对象，外界是指系统之外的部分

②绝对零度：热力学温度的起点，所有物质的分子运动都停止的理论温度

③熵：系统无序程度的量度，反映了能量转换的方向和可能性课堂小结，当堂检测课堂小结：

本节课我们学习了热力学第一定律和能量守恒定律。热力学第一定律告诉我们，系统的内能变化等于外界对系统做的功和系统吸收的热量之差。我们通过公式ΔU=Q-W来表达这一关系。能量守恒定律则强调了在一个孤立系统中，能量不会凭空产生或消失，只会从一种形式转换为另一种形式。通过本节课的学习，我们了解了这两个定律在物理学中的重要性，并且通过实验和实例加深了对这些概念的理解。

1.热力学第一定律：ΔU=Q-W

-ΔU：系统内能的变化

-Q：系统吸收的热量

-W：外界对系统做的功

2.能量守恒定律：在一个孤立系统中，能量不会凭空产生或消失，只会从一种形式转换为另一种形式。

3.实际应用：通过分析气体在等压、等温、绝热过程中的能量变化，理解热力学第一定律的应用。同时，通过观察日常生活中的能量转换现象，如机械能转化为热能，加深对能量守恒定律的理解。

当堂检测：

为了检验大家对本节课内容的掌握情况，下面进行当堂检测。

1.填空题

-热力学第一定律的数学表达式是______。

-能量守恒定律表明______。

2.判断题

-()系统的内能变化等于系统对外做的功。

-()在一个孤立系统中，能量可以凭空消失。

3.计算题

-一个理想气体在等温膨胀过程中，吸收了200J的热量，