“熱學(xué)”專題分析及熱學(xué)教學(xué)與信息技術(shù)融合

專題五“熱學(xué)”專題分析及“熱學(xué)”教學(xué)與信息技術(shù)融合高中物理第一講“熱學(xué)”內(nèi)容梳理及核心內(nèi)容專題分析

一、“熱學(xué)”內(nèi)容梳理二、“熱學(xué)”核心內(nèi)容專題分析（一）“熱學(xué)”中的物理觀念及教育價(jià)值

“物理觀念”包括物質(zhì)觀念、運(yùn)動(dòng)觀念、相互作用觀念、能量觀念及其應(yīng)用等要素。

它是物理思想、物理知識(shí)的集合體，它是具體物理知識(shí)在學(xué)生頭腦中的提煉與升華。是從物理學(xué)視角解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問(wèn)題的基礎(chǔ)。

能量守恒定律是十九世紀(jì)自然科學(xué)三大發(fā)現(xiàn)之一，是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。1.能量的轉(zhuǎn)化與守恒思想

從對(duì)機(jī)械能和內(nèi)能的研究開(kāi)始，逐步發(fā)展到其他的物理現(xiàn)象中能量的轉(zhuǎn)化與守恒，能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律是一個(gè)普適的定律，它是自然界中的基本定律之一。

從日常生活到科學(xué)研究、工程技術(shù)應(yīng)用，能量守恒定律這一規(guī)律都發(fā)揮著重要的作用。能量守恒定律是人們認(rèn)識(shí)自然和利用自然的有力武器。2．統(tǒng)計(jì)規(guī)律

在氣體分子速率的描述上，是以統(tǒng)計(jì)規(guī)律為前提的。

高中物理有關(guān)統(tǒng)計(jì)規(guī)律的內(nèi)容包括測(cè)量中的偶然誤差問(wèn)題，半衰期等。學(xué)生用統(tǒng)計(jì)規(guī)律的思想去看待事物，可以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的方法和態(tài)度。

統(tǒng)計(jì)規(guī)律對(duì)于人們?cè)谏钪械臎Q策等問(wèn)題具有重大的指導(dǎo)意義。3.宏觀過(guò)程不可逆

自然界一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過(guò)程都是不可逆的，這是熱力學(xué)第二定律的核心思想。

自然界的一切變化，都伴隨著能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化。能量在數(shù)量上雖然守恒，但其轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化卻是具有方向性的。（二）“熱學(xué)”教學(xué)中的物理科學(xué)方法教育1.建立宏觀和微觀之間的聯(lián)系。

通過(guò)阿伏加德羅常數(shù)的學(xué)習(xí)，可以把摩爾質(zhì)量、摩爾體積這些宏觀物理量與分子的質(zhì)量、分子的大小等微觀物理量聯(lián)系起來(lái)；通過(guò)對(duì)擴(kuò)散現(xiàn)象、布朗運(yùn)動(dòng)、氣體壓強(qiáng)等現(xiàn)象的解釋可以把握宏觀現(xiàn)象的微觀實(shí)質(zhì)。2.建立物理模型的方法

抓住研究對(duì)象的主要特征，忽略次要因素，對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行理想化處理，這是物理研究的重要方法。運(yùn)用這種方法，可以用模型來(lái)表示研究對(duì)象，使得研究變得簡(jiǎn)單、有效，從而便于人們?nèi)フJ(rèn)識(shí)和把握問(wèn)題的本質(zhì)，尋求事物發(fā)展的內(nèi)在規(guī)律。理想氣體微觀模型的幾個(gè)要點(diǎn)：

分子本身的大小比它們之間的平均距離可以忽略不計(jì)。

除了短暫的碰撞過(guò)程外，分子間的相互作用可以忽略。

分子間的碰撞是完全彈性的。

第二講

“熱學(xué)”中的物理學(xué)史與教學(xué)

（一）對(duì)溫度的研究一、高中“熱學(xué)”中的物理學(xué)史

伽利略1593年利用空氣熱脹冷縮的性質(zhì)，制成了溫度計(jì)的雛形。

華倫海特1724年建立了華氏溫標(biāo)，首先使用水銀代替酒精制成溫度計(jì)。

攝爾修斯1742年定義水的沸點(diǎn)和熔點(diǎn)，后由施勒默爾建立攝氏溫標(biāo)。

開(kāi)爾文1848年提出熱力學(xué)溫標(biāo)。（二）熱力學(xué)第一定律的建立

邁爾在1845年的論文中明確寫(xiě)道：“無(wú)不能生有，有不能變無(wú)?！?/p>

亥姆霍茲1847年發(fā)表論文把能量概念從機(jī)械運(yùn)動(dòng)推廣到普遍的能量守恒，第一次將能量守恒定律以數(shù)學(xué)形式提出來(lái)。

焦耳用了三十多年，付出大量的辛勤勞動(dòng)測(cè)量熱功當(dāng)量。

克勞修斯建立了理想氣體分子模型和壓強(qiáng)公式，引入了平均自由程的概念。麥克斯韋第一次用概率的思想，建立了麥克斯韋分子速率分布律。玻爾茲曼提出了更全面的玻爾茲曼分布律，建立了玻爾茲曼熵公式。吉布斯建立了完整的“系綜理論”。（三）分子運(yùn)動(dòng)論的發(fā)展二、“熱學(xué)”基本概念和理論的建立過(guò)程（一）對(duì)于熱的本質(zhì)的認(rèn)識(shí)

“熱質(zhì)說(shuō)”認(rèn)為熱是一種看不見(jiàn)的、沒(méi)有質(zhì)量的流質(zhì)，叫熱質(zhì)。熱質(zhì)可以滲透在一切物體之中，物體的冷熱取決于它所含熱質(zhì)的多少。

“熱動(dòng)說(shuō)”認(rèn)為熱量是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種表現(xiàn)。它的本質(zhì)就是物質(zhì)內(nèi)部大量實(shí)物粒子的雜亂無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。（二）能量守恒定律的建立

邁爾最早提出“守恒”的觀點(diǎn)。

焦耳通過(guò)實(shí)驗(yàn)，測(cè)得大量熱功當(dāng)量的數(shù)據(jù)。使熱的運(yùn)動(dòng)說(shuō)確立在堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上。

亥姆霍茲總結(jié)了許多人的工作，提出了普遍的能量守恒原理，為深入地理解自然界的統(tǒng)一性提供了有力的理論武器。三、在“熱學(xué)”教學(xué)中應(yīng)用物理

學(xué)史的教學(xué)策略

第三講“熱學(xué)”的跨學(xué)科綜合問(wèn)題及在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用一、生活中的“熱學(xué)”現(xiàn)象及其解釋（一）表面張力

表面張力是作用于液體表面的切面上使液體表面具有收縮趨勢(shì)的力。

表面張力的成因是由于液體的表面層分子間平均距離略大于平衡距離，分子間的相互作用力表現(xiàn)為引力。平行于液面的引力在宏觀上的表現(xiàn)即為表面張力。（二）浸潤(rùn)和不浸潤(rùn)

在液體和固體相接觸的面內(nèi)，有薄薄的一層，稱為附著層。附著層中液體分子既受要到液體分子的作用力，還要受到外面固體分子的吸引力。如果受到固體分子的吸引較強(qiáng)，附著層里的分子比液體內(nèi)部更密，在附著層里就出現(xiàn)相互排斥的力，這時(shí)跟固體接觸的液體表面有擴(kuò)張的趨勢(shì)，就形成浸潤(rùn)現(xiàn)象，反之就是不浸潤(rùn)現(xiàn)象。（三）毛細(xì)現(xiàn)象

浸潤(rùn)液體在細(xì)管里上升，不浸潤(rùn)液體在細(xì)管里下降的現(xiàn)象，叫毛細(xì)現(xiàn)象。能夠發(fā)生毛細(xì)現(xiàn)象的細(xì)管叫做毛細(xì)管。（四）溫度的測(cè)量1．溫標(biāo)的建立

處于同一熱平衡狀態(tài)的所有熱力學(xué)系統(tǒng)都具有某一共同的宏觀性質(zhì)，我們把表證這種宏觀性質(zhì)的物理量叫做溫度，當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡時(shí)，它們的溫度具有相同的量值。

熱力學(xué)第零定律為溫度的測(cè)量提供了客觀依據(jù)。一切互為熱平衡物體都具有相同溫度，可以用某一裝置作為共同的標(biāo)準(zhǔn)，用它與被測(cè)物體接觸并達(dá)到熱平衡時(shí)自身性質(zhì)的變化，反映出被測(cè)物體的溫度，這個(gè)裝置就是溫度計(jì)。

要想確定物體的溫度是多少，需要標(biāo)定溫度的數(shù)值，溫度的數(shù)值表示方法稱為溫標(biāo)。

2．常見(jiàn)的溫度計(jì)（1）膨脹式溫度計(jì)膨脹式溫度計(jì)是利用物體受熱膨脹的原理制成的溫度計(jì)。主要有液體膨脹式溫度計(jì)、固體膨脹式溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)三種。（2）熱電偶溫度計(jì)（3）熱電阻溫度計(jì)（4）液晶溫度計(jì)（5）紅外測(cè)溫儀

常見(jiàn)的有紅外熱成像儀和紅外測(cè)溫儀（點(diǎn)溫儀）（五）玻璃防霧劑

第四講“熱學(xué)”教學(xué)與信息技術(shù)的深度融合一、教師應(yīng)具備的數(shù)字素養(yǎng)

了解教與學(xué)適用的信息技術(shù)設(shè)備及工具類型，能熟練操作常用信息技術(shù)設(shè)備。能從多種合法途徑獲得資源，并根據(jù)需要進(jìn)行選擇、改造或構(gòu)建。能在不同的設(shè)備、工具與平臺(tái)之間，流暢地轉(zhuǎn)換和銜接。對(duì)新媒體、新技術(shù)，具備自學(xué)能力。具有信息道德與信息安全意識(shí)，并能指導(dǎo)學(xué)生的行為。二、信息技術(shù)在“熱學(xué)”課堂情境

創(chuàng)設(shè)中的應(yīng)用

隨著手機(jī)等電子設(shè)備的普及，使我們有機(jī)會(huì)隨時(shí)捕捉生活中的“熱學(xué)”現(xiàn)象并隨時(shí)記錄，教師應(yīng)具有隨時(shí)觀察記錄的意識(shí)，不斷積累素材。也有一些自己不容易實(shí)現(xiàn)，但可以在網(wǎng)上找到的視頻材料作為創(chuàng)設(shè)情境的素材。與“熱學(xué)”教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的現(xiàn)象“熱學(xué)”內(nèi)容物理規(guī)律生活中的現(xiàn)象分子動(dòng)理論的基本內(nèi)容布朗運(yùn)動(dòng)，擴(kuò)散現(xiàn)象

茉莉花開(kāi)，滿屋香氣

清水里滴入一滴墨水，會(huì)慢慢散開(kāi)和水完全混合

把表面光滑潔凈的鉛板緊緊壓在金板上面，幾個(gè)月以后就可以發(fā)現(xiàn)鉛分子跑到了金板里，金分子也跑到了鉛板里

存放煤的墻角和地面，有相當(dāng)厚的一層都變成了黑色溫度和溫標(biāo)溫度計(jì)與溫標(biāo)形形色色的溫度計(jì)氣體性質(zhì)氣體狀態(tài)變化實(shí)驗(yàn)定律

籃球打氣

壓縮空氣式水槍噴射

水火箭

熱氣球

空氣壓縮機(jī)

暖氣片的安裝

拔火罐

城市熱島效應(yīng)

孔明燈固體性質(zhì)晶體，非晶體，各向同性，各向異性，液晶

晶體圖片

各向異性實(shí)驗(yàn)

液晶顯示器液體性質(zhì)表面張力

荷葉上的露珠

硬幣不沉

昆蟲(chóng)在水面上跑浸潤(rùn)現(xiàn)象，不浸潤(rùn)現(xiàn)象，毛細(xì)現(xiàn)象

雨傘、鳥(niǎo)類羽毛不易被浸濕

毛巾、棉花、粉筆、土壤吸水

植物生長(zhǎng)熱力學(xué)第一定律能量守恒定律

各種不同形式的能量以及對(duì)應(yīng)的機(jī)器設(shè)備【案例】表面張力的新課引入三、多屏互動(dòng)技術(shù)在“熱學(xué)”

教學(xué)中的應(yīng)用（一）利用數(shù)碼顯微鏡觀察布朗運(yùn)動(dòng)（二）利用電子白板的傳屏功能直觀展