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（4）教学实录 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（4）教学实录新人教版选修3-3主备人备课成员设计意图本节课将深入探讨热力学第一定律，即能量守恒定律在热力学中的应用。通过结合实际案例，引导学生理解能量转换和守恒的原理，培养学生的科学思维能力和实践操作技能，为后续学习打下坚实基础。核心素养目标分析培养学生运用物理知识解决实际问题的能力，提升科学探究和创新意识。通过热力学第一定律的学习，引导学生理解能量守恒原理，培养其逻辑思维和批判性思维能力，同时增强对科学本质的认识和科学精神的价值。学习者分析1.学生已经掌握了哪些相关知识：

学生在进入本章节学习之前，已经学习了力学、热学等基础物理知识，对能量、功、热等概念有一定的了解。同时，对热力学第一定律的基本思想有所接触，如能量守恒的观点。

2.学生的学习兴趣、能力和学习风格：

学生对物理学科普遍保持一定兴趣，尤其是与日常生活紧密相关的热学内容。他们的学习能力较强，能够通过课堂讲解和自主探究掌握新知识。学习风格上，部分学生偏好直观形象的学习方式，而另一部分则倾向于通过逻辑推理和抽象思维来理解物理概念。

3.学生可能遇到的困难和挑战：

学生在理解热力学第一定律时可能会遇到以下困难：

-理解能量转化与守恒的关系，将能量概念应用于微观粒子层面。

-掌握内能和功的概念，以及在热力学过程中的区分和应用。

-将抽象的热力学定律应用于具体实际问题，如热机效率的计算。

-在解决实际问题时，如何合理选择和运用适当的物理模型和方程。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-硬件资源：多媒体教学设备（投影仪、计算机）、物理实验器材（温度计、压力计、能量转换器等）。

-软件资源：教学软件（如热力学模拟软件）、电子课本、教学课件。

-课程平台：学校网络教学平台、物理学科教学网站。

-信息化资源：在线物理教学视频、在线讨论区、教育资源数据库。

-教学手段：实物演示、互动实验、小组讨论、案例分析。教学过程一、导入新课

（教师）同学们，今天我们来学习高中物理选修3-3的第十章节，热力学定律中的第三部分——热力学第一定律。首先，让我们回顾一下之前学习的能量守恒定律，它是物理学中非常重要的一个基本原理。今天，我们将深入探讨这个原理在热力学中的应用。

（学生）好的，老师。

二、新课讲授

1.能量守恒定律的回顾

（教师）首先，我们需要回顾一下能量守恒定律的基本内容。这个定律告诉我们，能量既不能被创造，也不能被消灭，它只能从一种形式转化为另一种形式。那么，在热力学中，这个定律是如何体现的呢？

（学生）能量在热力学中可以转化为热能、动能、势能等形式。

（教师）很好，那么接下来，我们将通过一个具体的例子来理解能量守恒定律在热力学中的应用。

2.热力学第一定律的引入

（教师）现在，我们来看一个简单的例子：一个物体从高处落下，重力势能转化为动能。在热力学中，这个过程可以类比为一个热力学系统吸收热量，内能增加，温度升高。

（学生）老师，那么热力学第一定律具体是什么内容呢？

（教师）热力学第一定律可以表述为：一个热力学系统的内能变化等于系统吸收的热量与系统对外做功的代数和。用数学公式表示就是ΔU=Q-W，其中ΔU表示内能变化，Q表示吸收的热量，W表示对外做功。

3.热力学第一定律的应用

（教师）接下来，我们通过几个具体的例子来应用热力学第一定律。首先，我们来看一个理想气体绝热膨胀的过程。

（学生）好的，老师，请开始讲解。

（教师）在这个例子中，系统没有吸收热量（Q=0），但是对外做了功（W>0），因此内能减少（ΔU<0）。这符合热力学第一定律的表述。

4.热力学第一定律的推导

（教师）那么，热力学第一定律是如何推导出来的呢？我们可以从能量守恒定律出发，结合热力学系统的特性进行推导。

（学生）老师，能量守恒定律是如何在热力学系统中体现的呢？

（教师）在热力学系统中，能量守恒定律体现在系统的内能变化等于系统吸收的热量与系统对外做功的代数和。这个推导过程涉及到热力学系统的状态方程和热力学过程。

5.热力学第一定律的实验验证

（教师）为了验证热力学第一定律的正确性，科学家们进行了大量的实验。例如，我们可以通过测量气体在绝热膨胀过程中的温度变化来验证热力学第一定律。

（学生）老师，这个实验是如何进行的呢？

（教师）在这个实验中，我们将一个密闭容器中的气体绝热膨胀，同时测量气体的温度变化。通过实验数据，我们可以验证热力学第一定律的正确性。

三、课堂练习

1.完成课本中的例题

（教师）现在，请大家完成课本中的例题，通过实际计算来加深对热力学第一定律的理解。

（学生）好的，老师。

2.小组讨论

（教师）接下来，我们进行小组讨论，讨论以下问题：

-热力学第一定律在日常生活和工业生产中的应用。

-如何利用热力学第一定律来提高能源利用效率。

（学生）好的，老师。

四、课堂小结

（教师）今天我们学习了热力学第一定律，即能量守恒定律在热力学中的应用。通过具体的例子和实验，我们了解了热力学第一定律的基本内容、推导过程和实验验证。希望大家能够将所学知识应用到实际生活中，提高能源利用效率。

（学生）好的，老师，我们明白了。

五、课后作业

1.完成课本中的习题

（教师）请大家完成课本中的习题，巩固今天所学的知识。

（学生）好的，老师。

2.查阅资料，了解热力学第一定律在工业生产中的应用

（教师）请大家查阅资料，了解热力学第一定律在工业生产中的应用，下节课分享给大家。

（学生）好的，老师。拓展与延伸六、拓展与延伸

1.提供与本节课内容相关的拓展阅读材料：

（1）阅读《热力学史话》：这本书通过讲述热力学发展的历史，让学生了解热力学第一定律的发现过程，以及科学家们在探索这一领域时所遇到的困难和挑战。

（2）查阅《热力学原理》中的相关章节：这本书详细介绍了热力学的基本原理和定律，有助于学生更深入地理解热力学第一定律的内涵。

（3）阅读《能源转换与利用》：这本书探讨了能源转换与利用的原理，特别是热力学第一定律在能源转换过程中的应用，有助于学生将所学知识应用于实际生活。

2.鼓励学生进行课后自主学习和探究：

（1）探究不同类型的热机效率：引导学生了解蒸汽机、内燃机、燃气轮机等不同类型的热机，分析其工作原理和效率，探讨如何提高热机效率。

（2）研究能量守恒定律在其他领域的应用：鼓励学生查阅资料，了解能量守恒定律在生物学、化学、地球科学等领域的应用，拓展学生的知识面。

（3）设计实验验证热力学第一定律：指导学生设计实验，验证热力学第一定律在不同条件下的适用性，提高学生的实验操作能力和科学探究能力。

（4）分析日常生活中能量转换的实例：引导学生观察身边的能量转换现象，如太阳能热水器、电冰箱、空调等，思考能量守恒定律在实际生活中的应用。

（5）讨论环境保护与能源利用的关系：引导学生关注能源利用对环境的影响，探讨如何在满足人类需求的同时，实现可持续发展。反思改进措施反思改进措施（一）教学特色创新

1.引入生活实例，增强学生兴趣：在讲解热力学第一定律时，我尝试结合生活中的实例，如电冰箱的工作原理、太阳能热水器的能量转换等，让学生更容易理解抽象的物理概念，从而提高他们的学习兴趣。

2.实验教学与理论教学相结合：我注重实验教学的开展，通过实际操作让学生直观感受热力学第一定律的应用，同时结合理论讲解，使学生对知识点的理解更加深刻。

反思改进措施（二）存在主要问题

1.部分学生理论基础薄弱：在教学过程中，我发现部分学生对基础物理知识掌握不牢固，这给他们在理解热力学第一定律时带来了困难。

2.学生实践操作能力不足：由于实验课时有限，部分学生在实验操作过程中表现出一定的不足，影响了他们对热力学第一定律的理解和掌握。

3.课堂互动性有待提高：在课堂教学中，我发现部分学生参与度不高，课堂互动性有待加强。

反思改进措施（三）

1.加强基础知识教学：针对部分学生理论基础薄弱的问题，我将加强基础知识的教学，确保学生具备扎实的物理基础，为后续学习打下坚实基础。

2.丰富实验教学内容：为了提高学生的实践操作能力，我将在实验教学中增加实验次数和难度，同时加强对实验操作的指导，让学生在实验中学会发现问题、分析问题、解决问题。

3.创设互动课堂氛围：为了提高课堂互动性，我将采取多种教学手段，如小组讨论、角色扮演等，激发学生的学习兴趣，让他们在轻松愉快的氛围中学习。此外，我还将鼓励学生提问，及时解答他们的疑惑，使课堂成为一个双向互动的平台。作业布置与反馈作业布置：

1.完成课本第十章“热力学第一定律”的课后习题，特别是第1、3、5、7题，这些题目旨在帮助学生巩固对热力学第一定律的理解和应用。

2.设计一个简单的实验方案，用以验证热力学第一定律在理想气体绝热膨胀过程中的应用。实验方案需包括实验目的、原理、步骤、预期结果和数据分析方法。

3.选择一个日常生活中的实例，分析该实例中能量的转换过程，并运用热力学第一定律进行解释。

作业反馈：

1.对学生的作业进行及时批改，确保每位学生都能在下一节课之前收到反馈。

2.对作业中的错误进行详细标注，指出学生理解上的偏差或计算中的错误。

3.对于正确的解答，给予肯定，并鼓励学生继续保持。

4.针对学生的错误，给出具体的改进建议，如提供相关的理论解释、计算步骤的修正或实验设计的优化。

5.对于实验方案，评估其实验设计的合理性和可行性，提出改进意见，如实验步骤的优化、数据记录的准确性等。

6.通过作业反馈，鼓励学生之间的互相学习和讨论，可以组织学生进行小组讨论，共同分析作业中的问题。

7.对于表现突出的作业，可以在课堂上进行展示，以激励其他学生。

8.对于未能按时完成作业或作业质量不高的学生，进行个别辅导，了解其原因并提供必要的帮助。

9.定期收集学生的反馈，了解作业布置和反馈的效果，根据学生的实际情况调整作业难度和反馈方式。

10.在下一节课的开始，简要回顾作业中的重点和难点，帮助学生巩固知识点，并解答他们在作业中遇到的问题。课后拓展1.拓展内容：

（1）阅读材料：《热力学与热机》一书，由著名物理学家撰写，详细介绍了热力学的基本原理和热机的工作原理，有助于学生更全面地理解热力学第一定律及其在实际应用中的重要性。

（2）视频资源：《物理世界》系列视频中的“热力学第一定律”专题，通过生动的动画和实例，帮助学生直观地理解热力学第一定律的物理意义和应用。

2.拓展要求：

（1）鼓励学生利用课后时间阅读上述材料，通过自主学习和拓展，加深对热力学第一定律的理解。

（2）教师可以组织一次小组讨论，让学生分享他们在阅读和学习过程中的心得体会，促进知识的交流和共享。

（3）对于有兴趣的学生，可以进一步研究热力学第一定律在生物系统、地球科学等领域的应用，如研究生物体内的能量转换、地球内部的热力学过程等。

（4）推荐学生观看科普视频，通过视觉化的方式，增强对热力学第一定律的