2024-2025学年高中物理 第10章 热力学定律 3 热力学第一定律 能量守恒定律教学设计2 新人教版选修3-3

2024-2025学年高中物理第10章热力学定律3热力学第一定律能量守恒定律教学设计2新人教版选修3-3课题：科目：班级：课时：计划1课时教师：单位：一、课程基本信息1.课程名称：2024-2025学年高中物理第10章热力学定律3热力学第一定律能量守恒定律教学设计2新人教版选修3-3

2.教学年级和班级：高中三年级，1班

3.授课时间：2024年10月15日，星期一，下午第二节课

4.教学时数：1课时

亲爱的同学们，大家好！今天我们要一起走进物理学中一个充满神奇魅力的领域——热力学。在这节课中，我们将深入探讨热力学第一定律，也就是能量守恒定律。让我们一起揭开这个定律的神秘面纱，感受科学的魅力吧！🌟💡📚二、核心素养目标1.科学探究：培养学生运用实验和数据分析的方法，探究能量转化和守恒的过程，提升科学探究能力。

2.科学思维：引导学生通过逻辑推理，理解能量守恒定律，培养严密的逻辑思维和辩证思维。

3.科学态度与责任：使学生认识到能量守恒定律在自然界和工程技术中的普遍性，增强科学态度和环保意识。

4.科学、技术、社会与环境：引导学生将热力学第一定律应用于实际问题，如节能减排，提升学生对科学与社会关系的认识。三、学情分析同学们，进入高中阶段，大家的物理学习已经积累了一定的基础，对于力学、电磁学等基本概念有了初步的理解。在即将学习的热力学定律这一章节中，学生们普遍具备以下特点：

首先，在知识层面，学生们对能量这一概念已有一定的认识，了解能量转换的基本形式，如机械能、热能等。然而，对于能量守恒定律的理解可能还停留在较为浅显的层面，需要通过深入的学习来加深理解。

其次，在能力方面，学生们在实验操作和数据分析上已有一定的经验，但面对热力学实验时，可能会遇到新的挑战，如温度、压力等变量的控制。此外，学生们在逻辑推理和抽象思维上也需要进一步提升，以更好地理解能量守恒定律的内涵。

在素质方面，同学们具备较强的自主学习能力和团队合作精神，这有助于他们在学习热力学第一定律时，通过小组讨论和合作实验来共同解决问题。

行为习惯上，同学们在课堂上普遍能够积极参与，但有时可能过于依赖教师讲解，缺乏主动探究的意识。这对课程学习有一定的影响，因为热力学定律的学习需要学生主动思考、积极探索。四、教学方法与策略1.我将采用讲授与实验相结合的教学方法，通过生动的讲解引入能量守恒定律的概念，并利用实际实验让学生直观感受能量的转化和守恒。

2.设计互动式教学活动，如小组讨论，让学生分析典型案例，通过角色扮演来模拟热力学过程中的能量传递，提高学生的参与度和互动性。

3.利用多媒体教学，展示动画和视频，帮助学生更直观地理解复杂的热力学现象，并使用互动软件进行模拟实验，让学生在虚拟环境中进行探索和实践。五、教学过程【导入新课】

同学们，我们上一节课学习了热力学的基础知识，今天我们将继续探索热力学中的能量守恒定律。这节课，让我们一起揭开能量守恒的神秘面纱，看看它是如何贯穿于自然界和人类社会的方方面面。

【新课讲授】

1.**能量守恒定律的提出**

-我会从历史上能量守恒定律的提出背景开始，介绍科学家们在探索能量转化和守恒过程中的关键发现。

-同学们，你们知道吗？能量守恒定律的提出是人类对自然规律认识的一个重大突破。它告诉我们，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。

2.**能量守恒定律的表达式**

-接下来，我将展示能量守恒定律的数学表达式，并解释其中各个物理量的含义。

-（展示公式：ΔE=Q-W）

-同学们，这里ΔE代表系统能量的变化，Q代表系统吸收的热量，W代表系统对外做的功。这个公式揭示了能量守恒的数学关系。

3.**能量转化与守恒的实例分析**

-为了让大家更好地理解能量守恒定律，我会通过几个典型的实例进行分析，如热机的能量转化过程。

-（举例：内燃机的能量转化）

-同学们，内燃机在工作过程中，燃料的化学能转化为内能，然后内能转化为机械能。这个过程中，能量的总量保持不变，但形式发生了转化。

4.**热力学第一定律的实验验证**

-为了验证能量守恒定律，我们可以进行一些简单的实验。我会带领大家进行一个实验，观察能量转化的过程。

-（实验：弹簧振子的能量转换）

-同学们，我们通过这个实验可以直观地看到弹簧振子的机械能和势能如何相互转化，同时能量的总量保持不变。

5.**能量守恒定律在实际应用中的意义**

-最后，我会讨论能量守恒定律在科技发展和社会生活中的实际应用，如节能技术、环境保护等。

-（讨论：节能减排的重要性）

-同学们，能量守恒定律不仅是物理学的基本原理，也是我们在日常生活中遵循的重要原则。比如，节能减排就是基于能量守恒的理念，减少能源浪费，保护我们的地球。

【课堂互动】

1.**小组讨论**

-我会提出一些问题，让同学们分组讨论，如“如何判断一个过程中的能量转化？”、“能量守恒定律在日常生活有哪些应用？”

-（问题：如何判断一个过程中的能量转化？）

-同学们，通过小组讨论，我们可以共同探讨能量的转化过程，加深对能量守恒定律的理解。

2.**学生展示**

-每个小组选派代表分享讨论成果，全班同学共同点评，激发学生的表达能力和团队协作精神。

-（学生展示：小组讨论成果）

-同学们，展示你们的讨论成果吧，我相信你们的想法一定很有创意！

【总结与作业】

1.**课堂总结**

-我会总结本节课的重点内容，强调能量守恒定律的重要性。

-同学们，今天我们学习了能量守恒定律，这是自然界的基本规律，我们要牢记在心。

2.**布置作业**

-我会布置一些相关的作业，如完成课后习题、撰写小论文等，巩固所学知识。

-（作业：完成课后习题，撰写关于能量守恒定律在生活中的应用的论文）

-同学们，课后请完成相应的作业，加深对能量守恒定律的理解。

【教学反思】六、教学资源拓展1.**拓展资源：热力学的历史与发展**

-在课堂之外，可以引导学生了解热力学的历史背景和发展历程。介绍热力学三大定律的提出过程，以及这些定律对科学发展的影响。

-提供资源：科学家传记、热力学发展史书籍、相关纪录片。

2.**拓展资源：热力学在现代科技中的应用**

-让学生了解热力学在现代科技中的广泛应用，如热力学在工程、能源、环境科学等领域的应用实例。

-提供资源：科技杂志、学术论文、行业报告。

3.**拓展资源：热力学实验与模拟软件**

-介绍一些热力学实验的原理和操作方法，以及相关的模拟软件，让学生可以通过虚拟实验加深对热力学概念的理解。

-提供资源：热力学实验教程、物理模拟软件介绍。

4.**拓展资源：能量守恒定律在其他学科中的应用**

-探讨能量守恒定律在化学、生物学等其他学科中的应用，如化学反应中的能量变化、生态系统中的能量流动。

-提供资源：跨学科教材、科普文章、相关学科的研究报告。

5.**拓展资源：节能减排与可持续发展的案例研究**

-通过分析节能减排的实际案例，让学生了解如何在日常生活中应用能量守恒定律，促进可持续发展。

-提供资源：环保组织报告、绿色能源案例研究、可持续发展相关书籍。

6.**拓展建议：学生自主探究项目**

-鼓励学生选择一个与热力学相关的主题，进行自主探究项目。例如，设计一个节能的家居环境，或研究可再生能源的利用。

-建议内容：提供项目指导手册，包括项目选题、研究方法、数据收集与分析等。

7.**拓展建议：跨学科学习活动**

-组织跨学科的学习活动，如物理与化学的结合，让学生在实验中探索能量转换的更多可能性。

-建议内容：设计实验方案，包括实验目的、材料准备、实验步骤、预期结果等。

8.**拓展建议：社区服务与实践活动**

-鼓励学生参与社区服务，如参与环保活动，实际操作中应用热力学知识，提高社会责任感。

-建议内容：联系当地环保组织，了解参与项目的流程和注意事项。七、板书设计①热力学第一定律

-能量守恒定律

-ΔE=Q-W

-系统能量变化（ΔE）

-系统吸收的热量（Q）

-系统对外做的功（W）

②能量转化与守恒

-能量形式：机械能、热能、电能等

-能量转化：化学能转化为热能、热能转化为机械能等

-能量守恒：能量总量不变，形式转化

③实验验证

-弹簧振子实验

-机械能和势能的相互转化

-能量守恒定律的直观展示

④应用实例

-热机能量转化

-节能减排技术

-可再生能源利用

⑤能量守恒定律的意义

-自然界普遍规律

-科学研究基础

-社会发展指导原则八、反思改进措施反思改进措施（一）教学特色创新

1.**案例教学法的应用**

-在本节课中，我尝试了通过案例教学来引导学生理解能量守恒定律。我发现这种方法能够让学生更加贴近实际，通过分析真实案例，他们能够更好地理解抽象的概念。未来，我计划进一步丰富案例库，涵盖更多领域的实例，以增强学生的实际应用能力。

2.**互动式实验设计**

-我设计了一些互动式实验，让学生在实验过程中亲自操作，观察能量转化的现象。这种设计不仅提高了学生的参与度，还增强了他们的动手能力和观察能力。接下来，我打算进一步优化实验设计，确保每个学生都有机会亲自参与实验，并从中获得深刻的体验。

反思改进措施（二）存在主要问题

1.**学生基础差异较大**

-在教学过程中，我发现学生的物理基础存在较大差异，这导致了一些学生在理解能量守恒定律时遇到困难。为了解决这个问题，我计划在课前进行基础知识的摸底，并根据学生的实际情况调整教学进度和难度。

2.**课堂互动不足**

-虽然我尝试了小组讨论和角色扮演等活动，但感觉课堂互动还不够充分。有些学生可能因为害羞或缺乏自信而不愿意积极参与。为了改善这一点，我打算在课堂上创造更多的互动机会，鼓励学生提问和表达自己的观点。

3.**教学评价单一**

-我发现教学评价主要依赖于课堂表现和作业完成情况，缺乏对学生实际应用能力的评估。为了更全面地评价学生的学习成果，我计划引入更多的评价方式，如实验报告、项目展示等。

反思改进措施（三）改进措施

1.**分层教学**

-针对学生基础差异，我将实施分层教学，为不同层次的学生提供个性化的学习材料和指导，确保每个学生都能跟上教学进度。

2.**增强课堂互动**

-我将设计更多互动环节，如小组竞赛、问答游戏等，以激发学生的兴趣和参与度，同时鼓励学生之间的合作与交流。

3.**多元化教学评价**

-为了更全面地评价学生的学习成果，我将引入多元化的评价方式，包括实验报告、项目展示、口头报告等，以评估学生的知识掌握、技能应用和创新能力。典型例题讲解1.**例题**：一个理想气体从初态P1、V1、T1经过等温膨胀到P2、V2，然后等压膨胀到T2，最后等容降温回到初态。求整个过程中气体对外做的功W、吸收的热量Q和内能的变化ΔU。

**解答**：

-等温膨胀过程：W1=nRT1ln(V2/V1)，Q1=W1（等温过程，内能不变）。

-等压膨胀过程：W2=P(V2-V1)，Q2=W2（等压过程，吸收的热量等于对外做的功）。

-等容降温过程：W3=0，Q3=-ΔU3（等容过程，不对外做功，吸收的热量等于内能的减少）。

-整个过程：W=W1+W2+W3=nRT1ln(V2/V1)+P(V2-V1)，Q=Q1+Q2+Q3=W1+W2-ΔU3。

-内能的变化：ΔU=Q-W=W1+W2-(W1+W2)=0。

2.**例题**：一个物体在水平面上受到一个恒力F的作用，从静止开始沿直线运动，摩擦系数为μ。求物体在F作用下运动了s距离后，物体克服摩擦力所做的功Wf。

**解答**：

-物体克服摩擦力所做的功：Wf=Ff*s=μmg*s。

3.**例题**：一个理想气体在等压过程中，温度从T1升高到T2，求气体的体积变化ΔV。

**解答**：

-根据查理定律（等压过程），V1/T1=V2/T2。

-体积变化：ΔV=V2-V1=V1(1/T2-1/T1)。

4.**例题**：一个物体在竖直方向上受到重力