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（3）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（3）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教学内容本节课为“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（3）教学设计”，主要内容包括：1.热力学第一定律的数学表达式；2.热力学第一定律在理想气体状态变化中的应用；3.热力学第一定律与其他物理定律的关系。核心素养目标教学难点与重点1.教学重点

-热力学第一定律的数学表达式：理解并掌握能量守恒定律在热力学中的具体表现形式，即ΔU=Q-W，其中ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外做的功。

-理想气体状态变化中的应用：学会应用热力学第一定律分析理想气体在等压、等温、等体条件下的内能变化和做功情况，例如在等压膨胀过程中，气体对外做功，内能增加，温度升高。

2.教学难点

-热力学第一定律的物理意义：理解能量守恒定律在热力学系统中的具体体现，即系统内能的变化等于系统吸收的热量与系统对外做的功的代数和。

-热力学第一定律与热力学第二定律的结合：在分析实际问题时，能够将热力学第一定律与热力学第二定律结合起来，理解熵的概念和热力学第二定律在能量转化和传递中的限制作用。

-复杂热力学过程的分析：对于非理想气体或复杂的热力学过程，如相变过程，学生需要能够运用热力学第一定律进行定量分析，这要求学生对公式有深刻的理解和灵活的应用能力。例如，在分析液态水蒸发成水蒸气的过程时，需要考虑相变潜热的影响。教学资源-软硬件资源：物理实验设备（气体传感器、温度计、压力计等）、电脑、投影仪

-课程平台：高中物理教学平台、在线学习资源库

-信息化资源：热力学第一定律相关教学视频、动画模拟软件

-教学手段：多媒体课件、板书、实物演示实验、小组讨论教学过程1.导入（约5分钟）

-激发兴趣：展示一段关于能量守恒定律在日常生活中的应用视频，如水坝发电、太阳能热水器等，引导学生思考能量守恒在自然界和人类生活中的重要性。

-回顾旧知：简要回顾能量守恒定律的基本概念和热力学第一定律的基本形式，引导学生回忆已学过的热力学知识。

2.新课呈现（约20分钟）

-讲解新知：

a.详细讲解热力学第一定律的数学表达式ΔU=Q-W，强调内能、热量和功之间的关系。

b.介绍热力学第一定律在理想气体状态变化中的应用，如等压、等温、等体条件下的内能变化和做功情况。

c.讲解热力学第一定律与其他物理定律的关系，如热力学第二定律和能量守恒定律的联系。

-举例说明：

a.以理想气体等压膨胀为例，说明气体对外做功，内能增加，温度升高的过程。

b.通过实例分析，如汽车发动机工作原理，展示热力学第一定律在实际中的应用。

-互动探究：

a.引导学生讨论热力学第一定律在自然界中的体现，如地球上的能量流动。

b.设置问题，如“如何利用热力学第一定律设计一个节能方案？”，鼓励学生发挥创意。

3.巩固练习（约15分钟）

-学生活动：

a.学生独立完成课后习题，巩固对热力学第一定律的理解和应用。

b.分组讨论，分析实际案例，如太阳能热水器的工作原理，加深对热力学第一定律的认识。

-教师指导：

a.教师巡视课堂，解答学生在练习过程中遇到的问题。

b.针对学生的讨论，给予指导和点评，确保学生正确理解知识点。

4.总结与拓展（约5分钟）

-总结本节课的主要内容，强调热力学第一定律在物理学习和生活中的重要性。

-拓展延伸：

a.引导学生思考热力学第一定律在其他学科领域的应用，如化学、生物学等。

b.鼓励学生关注能源利用和环境保护，提出自己的见解和建议。

5.作业布置（约2分钟）

-布置课后作业，要求学生完成以下任务：

a.复习本节课所学内容，整理笔记。

b.完成课后习题，巩固所学知识。

c.思考并撰写一篇关于热力学第一定律在现实生活中的应用的文章。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

-《热力学与热平衡》：介绍热力学的基本概念和原理，以及热平衡状态下的能量分布。

-《能源与可持续发展》：探讨能源的类型、利用和节约，以及可持续发展的重要性。

-《热力学在工程中的应用》：分析热力学原理在工程领域的应用，如热机、制冷和空调系统。

-《热力学与日常生活》：通过实例说明热力学原理在日常生活中的应用，如烹饪、取暖和制冷。

2.鼓励学生进行课后自主学习和探究

-学生可以进一步研究热力学第一定律在不同物理系统中的应用，如热力学循环、热泵和热交换器。

-探究热力学第二定律与熵的关系，理解熵增原理在自然界中的作用。

-分析实际生活中的节能措施，如建筑物的隔热设计、汽车的节能技术等。

-通过实验探究，设计实验验证热力学第一定律，如测量不同条件下气体的内能变化。

-研究热力学在生物体中的应用，如细胞内的能量转换和生物体的温度调节。

-查阅相关资料，了解热力学在新能源开发中的应用，如太阳能电池、风能转换等。

-思考热力学原理在环境保护和气候变化研究中的作用，提出自己的观点和建议。教学评价与反馈1.课堂表现：

-学生在课堂上的参与度：观察学生在课堂讨论中的发言频率和积极性，评价学生是否能够主动参与讨论，提出问题和观点。

-学生对知识的理解程度：通过提问和回答问题的方式，评估学生对热力学第一定律的理解深度，包括对公式ΔU=Q-W的应用能力。

-学生对复杂问题的解决能力：通过解决实际问题的案例，如设计节能方案，评价学生能否将理论知识应用于实际情境。

2.小组讨论成果展示：

-小组讨论的参与度：评估每个学生在小组讨论中的参与程度，包括提出问题、分享观点和合作解决问题的能力。

-小组讨论的成果质量：评价小组讨论的结果是否具有创新性、逻辑性和实用性，是否能够解决提出的问题。

-小组展示的清晰度：评估小组在展示讨论成果时的表达是否清晰、有条理，是否能够有效地传达信息。

3.随堂测试：

-测试覆盖的知识点：通过随堂测试，检查学生对热力学第一定律相关概念和公式的掌握情况。

-测试难度与区分度：测试题目的难度应适中，能够区分学生的理解程度和掌握水平。

-学生测试表现：分析学生在测试中的得分情况，了解学生对知识点的掌握程度。

4.学生自评与互评：

-学生自评：鼓励学生在课后进行自我反思，评价自己在课堂上的表现和学习效果。

-互评：组织学生之间进行互评，通过同伴的评价来促进学生之间的相互学习和成长。

5.教师评价与反馈：

-针对课堂表现：教师根据学生的课堂参与度和讨论表现，给予具体的评价和反馈，鼓励学生的积极参与和深入思考。

-针对学习效果：教师根据学生的随堂测试成绩和作业完成情况，评价学生的学习效果，并提供个性化的指导和建议。

-针对教学改进：教师根据学生的反馈和评价，反思教学方法和内容，及时调整教学策略，以提高教学效果。内容逻辑关系①热力学第一定律的数学表达式

-ΔU=Q-W

-ΔU：系统内能的变化

-Q：系统吸收的热量

-W：系统对外做的功

②热力学第一定律在理想气体状态变化中的应用

-等压过程：ΔU=Q-PΔV

-等温过程：ΔU=0（理想气体）

-等体过程：ΔU=Q-W=Q

③热力学第一定律与其他物理定律的关系

-热力学第一定律与能量守恒定律的关系

-热力学第一定律与热力学第二定律的关系（熵增原理）

-热力学第一定律与热力学第三定律的关系（绝对零度）教学反思教学反思

今天这节课，我们学习了热力学第一定律，也就是能量守恒定律在热力学中的具体应用。我觉得这节课的开展还是蛮顺利的，但也有些地方我觉得可以改进。

首先，我觉得在导入环节，我通过实际生活中的例子来引入课题，比如水坝发电、太阳能热水器等，这些例子贴近学生的生活，能够激发他们的兴趣。但是，我发现有些学生对于这些例子背后的物理原理理解还不够深入，他们在讨论时更多的是停留在表面，没有深入挖掘。所以，我以后可能会在导入环节增加一些互动，让学生参与到讨论中来，引导他们思考这些例子背后的科学原理。

在举例说明部分，我选择了理想气体等压膨胀的例子，这个例子比较直观，学生也比较容易理解。但是，我也注意到，有些学生对于等温过程和等体过程的理解相对较浅。这可能是因为我没有足够的时间去详细讲解这些特殊情况下的内能变化和做功情况。因此，我打算在接下来的教学中，对于这些特殊情况，我会安排更多的课堂时间来进行讲解和练习。

在小组讨论环节，我看到了学生们的积极参与，他们能够提出一些有创意的问题，并尝试用所学知识来解决这些问题。这让我很高兴，因为这说明他们已经掌握了基本的物理思维方法。但是，我也发现，在讨论过程中，有些小组的讨论不够深入，他们更多的是在重复课堂上的内容，而没有进行更多的思考和拓展。为了解决这个问题，我计划在未来的教学中，提供更多的引导性问题，帮助学生深入思考，并鼓励他们进行更多的自主探究。

最后，在总结与拓展环节，我布置了一些课后作业，让学生进一步巩固所学知识。同时，我也提供了一些拓展阅读材料，鼓励学生进行课后自主学习和探究。我希望通过这些方式，能够帮助学生更全面地理解热力学第一定律。典型例题讲解1.例题：一个理想气体从初态P1、V1、T1变化到末态P2、V2、T2。已知初态下气体的内能U1，求末态下气体的内能U2。

解答：根据热力学第一定律，ΔU=Q-W。由于是理想气体，内能仅与温度有关，因此ΔU=C_v*ΔT，其中C_v是气体的定容比热容，ΔT是温度变化。

首先，我们需要根据理想气体状态方程P1V1/T1=P2V2/T2来求解温度变化ΔT。通过变形得到ΔT=(P1V1/P2V2)*(T2/T1)。

然后，假设过程是等压的，那么对外做功W=PΔV=P(V2-V1)。如果是等体过程，那么W=0。

假设我们有一个等压过程，那么ΔU=C_v*ΔT=C_v*(P1V1/P2V2)*(T2/T1)。

答案：U2=U1+C_v*(P1V1/P2V2)*(T2/T1)。

2.例题：一个系统吸收了200J的热量，同时对外做了150J的功。求系统内能的变化量。

解答：根据热力学第一定律，ΔU=Q-W。

ΔU=200J-150J=50J。

答案：系统内能增加了50J。

3.例题：一个容器内装有1mol理想气体，在等温过程中体积从V1膨胀到V2。如果气体吸收了QJ的热量，求对外做的功。

解答：对于等温过程，内能不变，ΔU=0，因此Q=W。

W=Q=V2-V1*P。

答案：对外做的功W=V2-V1*P。

4.例题：一个热机在一个循环过程中，从高温热源吸收了500J的热量，对外做了300J的功，最终向低温热源放出了200J的热量。求热机的效率。

解答：热机的效率η=W/Q_in，其中Q_in是热机从高温热源吸收的热量。

η=300J/500J=0