2024-2025学年高中物理 第十章 热力学定律 2 热和内能（3）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2热和内能（3）教学实录新人教版选修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设计思路本节课以“热和内能”为主题，通过实验演示和理论讲解相结合的方式，引导学生深入理解热力学第一定律。以新人教版选修3-3教材为基础，结合实际生活实例，设计了一系列实验和问题，旨在激发学生的学习兴趣，提高学生的实践能力和思维能力。核心素养目标培养学生科学探究能力，通过实验观察和数据分析，提高学生运用物理知识解决实际问题的能力。增强学生科学思维能力，通过内能和热量的关系，引导学生理解能量守恒原理。提升学生科学态度与责任，认识到物理学在科技发展中的重要作用，激发学生对科学的热爱和追求。教学难点与重点1.教学重点，

①内能的概念及其与温度、状态的关系；

②热力学第一定律的表述和意义，能量守恒在热力学过程中的体现；

③热传递过程中热量和温度变化的关系，比热容的计算和应用。

2.教学难点，

①内能微观本质的理解，分子运动和内能的关系；

②热力学第一定律在不同物理过程中的应用，如等压、等温、等容过程的能量变化；

③热传递过程中能量转换的定量计算，特别是热机效率的计算和实际应用。教学资源软硬件资源：示波器、温度计、压强计、气体发生器、实验台、计算机。

课程平台：学校物理实验室管理系统、在线教学平台。

信息化资源：热力学定律相关的多媒体课件、在线实验视频、模拟实验软件。

教学手段：实物演示、多媒体教学、小组讨论、课堂提问。教学过程一、导入新课

（教师）同学们，我们已经学习了热力学的基本概念，接下来我们将探讨热和内能之间的关系。今天，我们将一起揭开热力学第一定律的神秘面纱，探究能量守恒在热力学过程中的应用。

（学生）老师，什么是内能？它与温度有什么关系呢？

（教师）很好，内能是物体内部所有分子做无规则运动所具有的动能和分子势能的总和。温度越高，分子运动越剧烈，内能越大。接下来，我们将通过实验和理论分析来深入理解这个概念。

二、实验演示

（教师）首先，我们来进行一个简单的实验。请同学们观察实验装置，这是一台气体发生器，通过加热可以改变气体的温度，从而观察内能的变化。

（学生）老师，实验过程中我们应该注意哪些事项？

（教师）请注意安全，实验时要注意避免烫伤。同时，观察气体温度变化时，要注意观察温度计的读数，记录数据。

（学生）好的，我们会注意的。

（教师）接下来，我将点燃气体发生器，加热气体，观察温度计的变化。

（学生）（观察实验现象）老师，气体温度升高了，内能也增加了吗？

（教师）是的，气体温度升高，分子的平均动能增加，内能也随之增加。这个实验验证了温度与内能之间的关系。

三、理论讲解

（教师）通过刚才的实验，我们知道了温度与内能的关系。接下来，我们要探讨热力学第一定律。热力学第一定律告诉我们，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。

（学生）老师，能量守恒定律是什么意思？

（教师）能量守恒定律是指在一个封闭系统中，能量总量保持不变。这意味着，当能量以热的形式传递给系统时，系统的内能会增加。

四、案例分析

（教师）为了更好地理解热力学第一定律，我们来看一个实际案例。假设我们有一个热机，它从热源吸收热量，部分转化为机械能，另一部分散失为热量。

（学生）老师，这个案例中能量的转化过程是怎样的？

（教师）在这个案例中，热机从热源吸收热量Q，其中一部分转化为机械能W，另一部分散失为热量Q'。根据热力学第一定律，我们可以写出能量守恒方程：Q=W+Q'。

五、课堂讨论

（教师）同学们，现在我们来进行课堂讨论。请思考以下问题：

1.热力学第一定律在实际生活中的应用有哪些？

2.如何根据热力学第一定律设计更高效的热机？

（学生）（积极讨论）老师，我认为热力学第一定律可以帮助我们理解能量在热机、发电机等设备中的转化过程。

（学生）是的，通过优化热机的设计，可以提高热机的效率，减少能源浪费。

六、总结与作业

（教师）通过本节课的学习，我们了解了内能的概念、热力学第一定律及其应用。在课后，请大家完成以下作业：

1.回顾本节课所学内容，总结内能、热力学第一定律的关键点。

2.结合实际案例，分析热力学第一定律在生活中的应用。

（学生）好的，我们会认真完成作业。

（教师）今天的学习就到这里，希望大家在课后能够巩固所学知识，积极思考。下节课我们将继续探讨热力学定律的其他内容。下课！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：

-《热力学基础》一书，详细介绍了热力学的基本原理和定律，适合对热力学有进一步学习兴趣的学生。

-《热力学与热工学》教材，结合工程实际，讲解了热力学在工程中的应用，有助于学生理解热力学知识的实用性。

-《热力学史话》一书，通过讲述热力学发展史，让学生了解科学家们如何探索热力学定律，激发学生对科学的兴趣。

2.鼓励学生进行课后自主学习和探究：

-学生可以尝试自己设计一个简单的实验，例如测量不同物质的热容量，以加深对比热容概念的理解。

-鼓励学生阅读有关热力学在日常生活和工业中的应用的文章，如热泵、太阳能热水器等，了解热力学知识在实际生活中的应用。

-学生可以分组讨论，研究热力学第一定律在不同类型热机中的应用，如内燃机、蒸汽机等，分析其效率提升的可能性。

-通过在线课程或视频资源，学习热力学在宇宙学、地球物理学等领域的应用，拓宽学生的知识视野。

-学生可以尝试解决一些开放性问题，如“如何利用热力学原理设计一种节能的空调系统？”或“如何提高热力发电厂的效率？”等问题，培养解决问题的能力。

3.知识点拓展：

-热力学第二定律：探讨熵的概念、热力学第二定律的表述，以及它与能量转化效率的关系。

-热力学势：学习吉布斯自由能、亥姆霍兹自由能等热力学势的概念，理解其在化学反应和热力学过程中的作用。

-热传导：研究热传导的机制，包括傅里叶定律、热阻等概念，以及它们在工程设计和材料科学中的应用。

-热辐射：了解热辐射的基本原理，包括斯特藩-玻尔兹曼定律，以及它在红外技术、太阳能利用等方面的应用。

4.实用性内容：

-学生可以通过实验和计算，了解不同类型的热机（如内燃机、蒸汽机、燃气轮机）的工作原理和效率。

-学习如何使用热力学模型来预测和优化能源系统的性能。

-探讨如何在日常生活中减少能源消耗，提高能源利用效率，如家庭节能措施、绿色出行等。

-分析全球气候变化与热力学原理之间的关系，思考如何通过科学方法应对气候变化。板书设计1.重点知识点：

①内能的定义：物体内部所有分子做无规则运动所具有的动能和分子势能的总和。

②温度与内能的关系：温度越高，分子运动越剧烈，内能越大。

③热力学第一定律：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。

④能量守恒方程：Q=W+Q'，其中Q为吸收的热量，W为转化的机械能，Q'为散失的热量。

2.关键词：

①内能

②温度

③热力学第一定律

④能量守恒

⑤热量

⑥机械能

3.重点句子：

①“内能是物体内部所有分子做无规则运动所具有的动能和分子势能的总和。”

②“热力学第一定律告诉我们，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。”

③“根据热力学第一定律，我们可以写出能量守恒方程：Q=W+Q'。”课后拓展1.拓展内容：

-阅读材料：《热力学原理与应用》这本书，其中包含了一系列关于热力学原理及其在工程中的应用案例，适合对热力学有更深入兴趣的学生。

-视频资源：观看“热力学第一定律的实验演示”视频，通过实际实验观察热量和内能的变化，帮助学生直观理解理论知识。

-在线课程：推荐学生参加“热力学基础”的在线课程，通过系统学习，加深对热力学概念的理解。

2.拓展要求：

-学生在课后可以选择阅读上述材料或观看视频资源，以加深对热力学第一定律的理解。

-鼓励学生记录学习心得，思考如何将所学知识应用于实际问题中。

-教师可以组织讨论小组，让学生分享自己的学习体会和发现，促进知识的交流和深化。

-对于有疑问的学生，教师应提供必要的指导和帮助，解答学生的疑问，并推荐相关的学习资源。

-学生可以尝试自己设计实验，验证热力学第一定律在不同条件下的应用，如改变温度、压力等，观察内能和热量的变化。

-鼓励学生研究热力学在日常生活和科技发展中的应用，如节能技术、新能源汽车等，探讨如何提高能源利用效率。

-学生可以撰写一篇关于热力学第一定律在某个特定领域应用的短文，如热泵工作原理、太阳能热水器的设计等，展示对知识的运用能力。

-通过在线论坛或社交媒体，学生可以与其他同学交流学习心得，分享自己的实验结果和思考，拓宽视野。教学反思与总结今天的课就到这里了，我想和大家分享一下我的教学反思和总结。

首先，我想说，这节课我觉得挺成功的。从学生的反应来看，他们对内能和热力学第一定律的理解有了明显的提高。但是，反思一下，我也发现了一些可以改进的地方。

在教学方法上，我尝试了多种方式来激发学生的学习兴趣。比如，我通过实验演示让学生直观地看到内能的变化，这种直观教学效果还是不错的。但是，我也意识到，有些学生可能对实验过程不太感兴趣，我在讲解实验原理和步骤时可能可以更加简洁明了，减少冗余，让他们更专注于实验结果的分析。

策略方面，我采用了小组讨论的方式，让学生在讨论中学习，这有助于培养学生的合作能力和批判性思维。但是，我发现有些小组讨论的时候，学生可能没有很好地参与到讨论中，或者讨论的方向偏离了主题。因此，我需要在以后的教学中更加细致地指导讨论的方向，确保每个学生都能积极参与。

管理方面，我注意到了课堂纪律的问题。有时候，课堂上的氛围很好，但也有一些学生容易分心。我需要更加严格地管理课堂纪律，同时也要创造一个宽松的学习环境，让学生在轻松的氛围中学习。

至于教学效果，我觉得整体上是满意的。学生在知识方面的收获是明显的，他们对内能和热力学第一定律的理解更加深入了。在技能方面，通过实验和讨论，学生的动手能力和团队合作能力也有所提高。在情感态度方面，学生对物理学科的兴趣似乎也有所提升。

当然，也存在一些不足。比如，我在讲解某些概念时，可能过于注重理论，而忽略了实际应用。这导致一些学生觉得物理知识抽象难懂，与实际生活脱节。为了解决这个问题，我打算在接下来的教学中，更多地结合实际生活中的例子，让学生看到物理知识的应用价值。

改进措施方面，我计划在未来的教学中：

-加强实验教学，让学生通过实验来加深对理论知识的理解。

-优化小组讨论的指导，确保每个学生都能参与到讨论中，并引导讨论方向。

-重视课堂纪律，同时营造一个既严谨又轻松的学习氛围。

-增加实际应用案例，让学生感受到物理知识的实用性和价值。课堂课堂评价是教学过程中非常重要的一环，它帮助我了解学生的学习情况，及时调整教学策略。以下是我在课堂上的评价方法：

1.提问

提问是了解学生学习情况最直接的方式。我在课堂上会提出各种问题，包括事实性问题、分析问题和开放性问题，以此来考察学生对知识的掌握程度。例如，在讲解热力学第一定律时，我会问：“谁能告诉我，当气体膨胀时，它的内能是如何变化的？”这样的问题能够激发学生的思考，同时也能让我了解他们对知识的理解。

2.观察

观察学生在课堂上的表现也是评价的一个重要方面。我会注意学生是否能够积极参与讨论，是否能够正确地完成实验操作，以及他们对新知识的接受程度。例如，在实验环节，我会观察学生是否能够按照实验步骤操作，是否能够正确记录实验数据。

3.小组合作

4.测试

定期进行小测验是评估学生学习效果的有效手段。在讲解完内能和热力学第一定律后，我会出一份简短的测试题，测试学生对这些概念的理解和应用能力。测试题包括选择题、填空题和简答题，涵盖了基础知识、概念应用和问题解决。

5.反馈

在课堂评价中，及时反馈是非常重要的。我会对学生的回