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（1）教学设计 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（1）教学设计新人教版选修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课程基本信息1.课程名称：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（1）教学设计

2.教学年级和班级：高一年级1班

3.授课时间：2024年11月10日上午第二节课

4.教学时数：1课时

同学们，大家好！今天我们要一起走进高中物理的奇妙世界，开启热力学定律的新篇章。让我们一起探讨能量守恒定律的魅力，感受物理的奥妙所在。接下来，就让我们一起踏上这场知识的冒险之旅吧！🚀🌟核心素养目标1.科学思维：理解能量守恒定律，学会从能量转化的角度分析物理现象，发展逻辑推理能力。

2.科学探究：通过实验和理论分析，探究能量守恒定律的应用，提升实验设计和数据分析能力。

3.科学态度与责任：认识到能量守恒定律在自然界和人类生活中的重要性，培养科学精神和责任感。重点难点及解决办法重点：

1.热力学第一定律的理解与应用：重点在于让学生掌握能量守恒定律在热力学中的具体体现，能够应用该定律分析简单热力学过程。

解决方法：通过实例分析，如理想气体等温膨胀和压缩过程，帮助学生建立直观印象。

难点：

1.能量转换过程中的定量计算：难点在于如何正确计算能量在不同形式间的转换量。

解决方法：采用逐步引导的方法，从简单的能量转换开始，逐步增加难度，同时鼓励学生通过小组讨论和合作学习来突破计算难点。教学方法与手段教学方法：

1.讲授法：通过生动的语言和实例，讲解热力学第一定律的基本概念和原理，确保学生理解能量守恒的基本思想。

2.讨论法：组织学生围绕具体的热力学过程进行讨论，激发学生的思考，培养他们的批判性思维。

3.实验法：利用实验室设备进行实验，让学生亲身体验能量守恒定律，增强实践操作能力。

教学手段：

1.多媒体演示：使用PPT展示能量转换的动画，帮助学生直观理解能量守恒的过程。

2.互动软件：利用教学软件进行模拟实验，让学生在虚拟环境中操作，加深对能量守恒定律的理解。

3.课堂练习：通过在线平台提供即时反馈的练习题，巩固学生对能量守恒定律的应用能力。教学过程设计1.导入新课（5分钟）

目标：引起学生对热力学第一定律的兴趣，激发其探索欲望。

过程：

开场提问：“同学们，你们有没有想过，能量到底是从哪里来的？又去向了哪里？”

（展示一些关于能量转换的图片，如太阳能电池板、风力发电机等，让学生直观感受能量的转化。）

“今天，我们就来探索一个神奇的自然法则——热力学第一定律，看看它如何解释能量的奥秘。”

简短介绍热力学第一定律的基本概念和重要性，为接下来的学习打下基础。

2.热力学第一定律基础知识讲解（10分钟）

目标：让学生了解热力学第一定律的基本概念、组成部分和原理。

过程：

讲解热力学第一定律的定义，即能量守恒定律。

详细介绍热力学第一定律的组成部分，如内能、功、热等，使用图表或示意图帮助学生理解。

3.热力学第一定律案例分析（20分钟）

目标：通过具体案例，让学生深入了解热力学第一定律的特性和重要性。

过程：

选择几个典型的热力学过程案例进行分析，如蒸汽机的能量转换、热泵的工作原理等。

详细介绍每个案例的背景、特点和意义，让学生全面了解热力学第一定律的多样性或复杂性。

引导学生思考这些案例对实际生活或学习的影响，以及如何应用热力学第一定律解决实际问题。

4.学生小组讨论（10分钟）

目标：培养学生的合作能力和解决问题的能力。

过程：

将学生分成若干小组，每组选择一个与热力学第一定律相关的主题进行深入讨论，如“如何提高能源利用效率”。

小组内讨论该主题的现状、挑战以及可能的解决方案。

每组选出一名代表，准备向全班展示讨论成果。

5.课堂展示与点评（15分钟）

目标：锻炼学生的表达能力，同时加深全班对热力学第一定律的认识和理解。

过程：

各组代表依次上台展示讨论成果，包括主题的现状、挑战及解决方案。

其他学生和教师对展示内容进行提问和点评，促进互动交流。

教师总结各组的亮点和不足，并提出进一步的建议和改进方向。

6.课堂小结（5分钟）

目标：回顾本节课的主要内容，强调热力学第一定律的重要性和意义。

过程：

简要回顾本节课的学习内容，包括热力学第一定律的基本概念、组成部分、案例分析等。

强调热力学第一定律在现实生活或学习中的价值和作用，鼓励学生进一步探索和应用热力学第一定律。

布置课后作业：让学生撰写一篇关于热力学第一定律的短文或报告，以巩固学习效果。

7.总结与反思（5分钟）

目标：帮助学生回顾教学过程，反思学习效果。

过程：

教师引导学生反思本节课的学习过程，总结自己的收获和不足。

鼓励学生在课后继续思考和探索，提出对下一节课的期待和建议。教学资源拓展1.拓展资源：

-热力学第一定律的历史背景：介绍热力学第一定律的发现历程，包括能量守恒定律的提出者、重要实验和理论突破。

-热力学第一定律在物理学中的应用：探讨热力学第一定律在其他物理领域中的应用，如热力学系统、热机效率等。

-热力学第一定律在工程学中的实际应用：列举一些热力学第一定律在工程实践中的应用案例，如汽车发动机、空调系统等。

2.拓展建议：

-阅读相关书籍：推荐一些关于热力学基础理论和应用的书籍，如《热力学第一定律及其应用》、《热力学原理》等，帮助学生深入理解热力学第一定律。

-观看科普视频：推荐一些优质的科普视频，如国家地理频道的热力学专题节目，通过视觉和听觉的结合，让学生更加直观地了解热力学第一定律。

-参与在线课程：推荐一些在线平台上的热力学相关课程，如Coursera、edX等，学生可以自主选择学习进度，拓宽知识面。

-实验项目设计：鼓励学生设计简单的热力学实验，如测量物体在不同温度下的热膨胀系数，通过实验验证热力学第一定律。

-案例研究：选择一些与热力学第一定律相关的实际案例，如环保能源、节能减排等，让学生分析案例中能量转换的原理和应用。

-科学小组活动：组织学生进行小组研究，针对特定的问题，如如何提高能源利用效率，进行讨论和方案设计，培养学生的团队合作能力。

-学术报告会：邀请相关领域的专家进行学术报告，让学生了解热力学第一定律在科学研究中的应用和发展趋势。

-参加科学竞赛：鼓励学生参加与热力学相关的科学竞赛，如物理竞赛、科技创新大赛等，提高学生的实践能力和创新思维。

-实地考察：组织学生参观能源企业、研究机构等，实地考察热力学第一定律在工业生产和科学研究中的应用，增强学生的实践体验。反思改进措施反思改进措施（一）教学特色创新

1.案例教学法：在讲解热力学第一定律时，我尝试引入实际案例，如家用空调的工作原理，让学生通过案例理解抽象的物理概念，这种教学方法激发了学生的兴趣，提高了他们的学习积极性。

2.多媒体辅助教学：我利用多媒体技术展示能量转换的动态过程，使抽象的概念变得具体形象，帮助学生更好地理解热力学第一定律。

反思改进措施（二）存在主要问题

1.学生对抽象概念的理解困难：部分学生在理解热力学第一定律的抽象概念时存在困难，尤其是在涉及能量转换的具体计算时，容易出现混淆。

2.实验环节的不足：由于实验设备的限制，部分实验环节无法在课堂上完成，这导致学生在实际操作中缺乏足够的练习机会。

3.评价方式单一：目前的评价方式主要依赖于学生的课堂表现和作业完成情况，缺乏对学生实际应用能力的全面评估。

反思改进措施（三）

1.加强概念教学：针对学生对抽象概念的理解困难，我计划在教学中采用更多的直观教具和实例，同时加强课堂讨论，帮助学生逐步建立对热力学第一定律的全面认识。

2.优化实验环节：我计划与学校实验室合作，增加实验课时，确保每个学生都有机会亲自操作实验，通过实践加深对理论知识的理解。

3.丰富评价方式：为了更全面地评估学生的学习成果，我计划引入多种评价方式，如实验报告、小组项目、课堂表现等，以更全面地反映学生的学习能力和应用能力。

4.强化实践应用：鼓励学生参与课外科研活动，如学校举办的物理竞赛或科学俱乐部，通过实际项目让学生将理论知识应用于解决实际问题，提高他们的创新能力和解决问题的能力。

5.加强与学生的沟通：定期与学生交流，了解他们的学习需求和困难，及时调整教学策略，确保教学内容的针对性和有效性。重点题型整理1.题型一：计算内能变化

例题：一个质量为2kg的物体，从20℃加热到80℃，如果物体吸收的热量为5400J，求物体的内能增加了多少？

答案：根据热力学第一定律，内能的变化等于吸收的热量，因此内能增加量ΔU=Q=5400J。

2.题型二：计算做功

例题：一个质量为0.5kg的物体在水平面上受到一个大小为10N的力，物体移动了5m，求这个力对物体做了多少功？

答案：功的计算公式为W=F*s，其中F是力的大小，s是物体移动的距离。所以，W=10N*5m=50J。

3.题型三：热力学第一定律在热机中的应用

例题：一个热机的热效率为30%，如果热机从高温热源吸收了1000J的热量，求热机对外做了多少功？

答案：热效率η=W/Qh，其中W是热机做的功，Qh是热机从高温热源吸收的热量。根据热效率公式，W=η*Qh=0.3*1000J=300J。

4.题型四：热力学第一定律在绝热过程中的应用

例题：一个理想气体在绝热过程中从初始状态P1=100kPa、V1=0.1m³膨胀到P2=50kPa，求气体的温度变化。

答案：在绝热过程中，没有热量交换（Q=0），根据热力学第一定律ΔU=W，且对于理想气体ΔU=nCvΔT。由于没有热量交换，W=-PΔV。结合理想气体状态方程P1V1=P2V2，可以求出温度变化ΔT。

5.题型五：热力学第一定律在等温过程中的应用

例题：一个理想气体在等温过程中从初始状态P1=200kPa、V1=0.2m³压缩到P2=100kPa，求气体对外做了多少功？

答案：在等温过程中，温度保持不变，根据理想气体状态方程P1V1=P2V2，可以求出压缩后的体积V2。由于是等温过程，内能不变（ΔU=0），根据热力学第一定律ΔU=Q-W，可以得出W=Q，其中Q是气体