2024-2025學年高中物理 第十章 熱力學定律 3 熱力學第一定律 能量守恒定律（1）教案 新人教版選修3-3

2024-2025學年高中物理第十章熱力學定律3熱力學第一定律能量守恒定律（1）教案新人教版選修3-3授課內(nèi)容授課時數(shù)授課班級授課人數(shù)授課地點授課時間教材分析《2024-2025學年高中物理第十章熱力學定律3熱力學第一定律能量守恒定律（1）教案新人教版選修3-3》教材以熱力學第一定律為核心，深入闡述能量守恒定律在熱力學領(lǐng)域的應用。本章節(jié)通過系統(tǒng)講解熱力學第一定律的內(nèi)涵、表達式及物理意義，使學生理解能量守恒在熱力學過程中的重要性。教學內(nèi)容與課本緊密關(guān)聯(lián)，注重理論聯(lián)系實際，以生活中典型實例為引導，激發(fā)學生興趣，培養(yǎng)科學思維。課程圍繞能量守恒定律，引導學生探討熱力學過程中的能量轉(zhuǎn)換與守恒問題，旨在提高學生分析問題、解決問題的能力，為后續(xù)學習熱力學第二定律打下堅實基礎(chǔ)。核心素養(yǎng)目標培養(yǎng)學生通過熱力學第一定律的學習，強化物理觀念，深刻理解能量守恒這一物理核心素養(yǎng)。使學生能夠運用能量守恒原理，分析熱力學過程中能量的轉(zhuǎn)化與守恒，提高科學推理和問題解決的能力。進一步，通過實例探究，激發(fā)學生創(chuàng)新思維，培養(yǎng)科學探究和團隊合作的核心素養(yǎng)。課程旨在幫助學生建立熱力學基本概念，提升科學素養(yǎng)，為終身學習和未來發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。教學難點與重點1.教學重點

（1）熱力學第一定律的表達式及其物理意義，強調(diào)能量守恒在熱力學過程中的應用。

（2）能量形式的分類與轉(zhuǎn)化，特別是內(nèi)能、熱量和功之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系。

（3）實際熱力學過程中能量守恒的具體案例分析，如等壓過程、等溫過程等。

舉例：講解等壓過程中，氣體對外做功與吸收熱量的關(guān)系，使學生掌握熱力學第一定律在實際過程中的應用。

2.教學難點

（1）能量守恒定律在熱力學中的具體體現(xiàn)，如何從微觀角度理解能量守恒。

（2）熱力學第一定律中各能量形式的定量計算，尤其是內(nèi)能的變化量計算。

（3）結(jié)合實際案例分析，如何運用熱力學第一定律解決實際問題。

舉例：

（1）難點突破：通過分子動理論，解釋氣體在等溫過程中，分子動能與勢能的轉(zhuǎn)化，從而理解能量守恒的微觀機制。

（2）難點突破：針對內(nèi)能的變化量計算，引導學生運用熱力學第一定律的公式，結(jié)合具體實例進行計算，如氣體膨脹對外做功，內(nèi)能如何變化。

（3）難點突破：選取實際熱力學過程，如熱機工作循環(huán)，分析各階段的能量守恒，指導學生運用所學知識解決實際問題，提高問題解決能力。教學方法與策略1.選擇適合教學目標和學習者特點的教學方法

-講授法：以講解熱力學第一定律的基本概念和理論為主，通過清晰、簡明的語言向?qū)W生闡述能量守恒定律在熱力學中的應用。

-討論法：針對熱力學過程中的具體案例，組織學生進行小組討論，鼓勵學生發(fā)表見解，共同分析能量守恒問題。

-案例研究：選擇具有代表性的實際熱力學過程，如空調(diào)工作原理、內(nèi)燃機循環(huán)等，引導學生深入研究，提高問題解決能力。

-項目導向?qū)W習：將學生分組進行項目研究，要求學生自主設(shè)計實驗方案，探究熱力學第一定律在實際過程中的應用。

2.設(shè)計具體的教學活動

-角色扮演：讓學生扮演熱力學過程中的不同角色，如氣體分子、熱機等，通過情景劇的形式，生動展示能量守恒過程。

-實驗：組織學生進行熱力學實驗，如氣體等溫膨脹實驗、熱機工作循環(huán)演示等，讓學生親身體驗能量守恒的原理。

-游戲：設(shè)計熱力學相關(guān)的互動游戲，如能量轉(zhuǎn)化大挑戰(zhàn)、熱力學知識競賽等，激發(fā)學生學習興趣，提高課堂趣味性。

3.確定教學媒體和資源的使用

-PPT：制作精美的PPT課件，展示熱力學第一定律的基本概念、公式和案例，便于學生理解和記憶。

-視頻：播放與熱力學過程相關(guān)的教學視頻，如氣體等溫過程、熱機工作循環(huán)等，幫助學生直觀感受能量守恒過程。

-在線工具：利用網(wǎng)絡資源，如在線模擬實驗、熱力學知識問答等，為學生提供豐富的學習資料，拓展學習渠道。教學流程（一）課前準備（預計用時：5分鐘）

學生預習：

發(fā)放預習材料，引導學生提前了解熱力學第一定律的學習內(nèi)容，標記出有疑問或不懂的地方。

設(shè)計預習問題，如“能量守恒定律在熱力學中是如何體現(xiàn)的？”激發(fā)學生思考，為課堂學習熱力學第一定律做好準備。

教師備課：

深入研究教材，明確教學目標和重難點。

準備教學用具和多媒體資源，確保教學過程的順利進行。

設(shè)計課堂互動環(huán)節(jié)，提高學生學習熱力學第一定律的積極性。

（二）課堂導入（預計用時：3分鐘）

激發(fā)興趣：

提出問題或設(shè)置懸念，如“在沒有外部能量輸入的情況下，一個系統(tǒng)的能量會如何變化？”引發(fā)學生的好奇心和求知欲，引導學生進入學習狀態(tài)。

回顧舊知：

簡要回顧上節(jié)課學習的能量守恒概念，幫助學生建立知識之間的聯(lián)系。

提出問題，檢查學生對舊知的掌握情況，為學習新課打下基礎(chǔ)。

（三）新課呈現(xiàn)（預計用時：25分鐘）

知識講解：

清晰、準確地講解熱力學第一定律的知識點，結(jié)合實例幫助學生理解。

突出重點，強調(diào)難點，通過對比、歸納等方法幫助學生加深記憶。

互動探究：

設(shè)計小組討論環(huán)節(jié)，讓學生圍繞熱力學第一定律的應用問題展開討論，培養(yǎng)學生的合作精神和溝通能力。

鼓勵學生提出自己的觀點和疑問，引導學生深入思考，拓展思維。

技能訓練：

設(shè)計實踐活動或?qū)嶒?，讓學生在實踐中體驗知識的應用，提高實踐能力。

在新課呈現(xiàn)結(jié)束后，對熱力學第一定律的知識點進行梳理和總結(jié)。

強調(diào)重點和難點，幫助學生形成完整的知識體系。

（四）鞏固練習（預計用時：5分鐘）

隨堂練習：

隨堂練習題，讓學生在課堂上完成，檢查學生對知識點的掌握情況。

鼓勵學生相互討論、互相幫助，共同解決問題。

錯題訂正：

針對學生在隨堂練習中出現(xiàn)的錯誤，進行及時訂正和講解。

引導學生分析錯誤原因，避免類似錯誤再次發(fā)生。

（五）拓展延伸（預計用時：3分鐘）

知識拓展：

介紹與熱力學第一定律相關(guān)的拓展知識，如現(xiàn)代熱力學研究的前沿動態(tài)。

引導學生關(guān)注學科前沿動態(tài)，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和探索精神。

情感升華：

結(jié)合熱力學第一定律，引導學生思考學科與生活的聯(lián)系，培養(yǎng)學生的社會責任感。

鼓勵學生分享學習心得和體會，增進師生之間的情感交流。

（六）課堂小結(jié)（預計用時：2分鐘）

簡要回顧本節(jié)課學習的熱力學第一定律內(nèi)容，強調(diào)重點和難點。

肯定學生的表現(xiàn)，鼓勵他們繼續(xù)努力。

布置作業(yè)：

根據(jù)本節(jié)課學習的內(nèi)容，布置適量的課后作業(yè)，鞏固學習效果。

提醒學生注意作業(yè)要求和時間安排，確保作業(yè)質(zhì)量。知識點梳理1.熱力學第一定律的基本概念

-能量守恒定律在熱力學領(lǐng)域的應用。

-系統(tǒng)內(nèi)能、外界對系統(tǒng)做功和系統(tǒng)吸收熱量的關(guān)系。

2.熱力學第一定律的表達式

-ΔU=W+Q，其中ΔU表示系統(tǒng)內(nèi)能的變化量，W表示外界對系統(tǒng)做的功，Q表示系統(tǒng)吸收的熱量。

3.能量形式的分類與轉(zhuǎn)化

-內(nèi)能：系統(tǒng)內(nèi)部所有微觀粒子的動能和勢能之和。

-功：系統(tǒng)與外界之間因體積變化而交換的能量。

-熱量：系統(tǒng)與外界之間因溫度差異而交換的能量。

4.實際熱力學過程中的能量守恒

-等壓過程：氣體對外做功，內(nèi)能減小，溫度降低。

-等溫過程：系統(tǒng)吸收熱量，內(nèi)能增加，溫度保持不變。

-等體過程：系統(tǒng)不與外界交換物質(zhì)，內(nèi)能變化等于吸收的熱量。

5.熱力學第一定律的應用案例

-空調(diào)工作原理：制冷劑在壓縮機、膨脹閥、冷凝器和蒸發(fā)器之間的循環(huán)過程中，能量守恒定律的體現(xiàn)。

-內(nèi)燃機循環(huán)：燃料燃燒產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)化為機械功，能量守恒定律的體現(xiàn)。

6.熱力學第一定律與實際問題的結(jié)合

-分析實際熱力學過程中各能量形式的轉(zhuǎn)化與守恒。

-運用熱力學第一定律解決實際問題，如熱機效率的計算、能量損失的評估等。

7.熱力學第一定律的微觀解釋

-從分子動理論角度理解能量守恒定律。

-分子間的碰撞、勢能變化等對系統(tǒng)內(nèi)能的影響。

8.熱力學第一定律的定量計算

-內(nèi)能變化量的計算。

-功和熱量的定量關(guān)系。

9.熱力學第一定律與學科交叉

-與化學、生物學等學科的結(jié)合，探討能量守恒定律在其他領(lǐng)域的應用。

-能量守恒與環(huán)境保護、節(jié)能減排等方面的聯(lián)系。課堂小結(jié)，當堂檢測課堂小結(jié)：

1.熱力學第一定律的基本概念：本節(jié)課我們學習了熱力學第一定律的基本原理，即能量守恒定律在熱力學領(lǐng)域的應用。重點理解了系統(tǒng)內(nèi)能、外界對系統(tǒng)做功和系統(tǒng)吸收熱量之間的關(guān)系。

2.熱力學第一定律的表達式：通過公式ΔU=W+Q，深入了解了內(nèi)能變化量、外界做功和吸收熱量的定量關(guān)系。

3.能量形式的分類與轉(zhuǎn)化：學習了內(nèi)能、功和熱量三種能量形式，并探討了它們在熱力學過程中的相互轉(zhuǎn)化。

4.實際熱力學過程中的能量守恒：分析了等壓、等溫、等體等不同熱力學過程中的能量守恒現(xiàn)象。

5.熱力學第一定律的應用案例：通過空調(diào)工作原理、內(nèi)燃機循環(huán)等實際案例，理解了熱力學第一定律在現(xiàn)實中的應用。

當堂檢測：

一、選擇題

1.以下哪個選項正確描述了熱力學第一定律的原理？

A.系統(tǒng)內(nèi)能的變化等于外界對系統(tǒng)做的功

B.系統(tǒng)內(nèi)能的變化等于系統(tǒng)吸收的熱量

C.系統(tǒng)內(nèi)能的變化等于外界對系統(tǒng)做的功加上系統(tǒng)吸收的熱量

D.系統(tǒng)內(nèi)能的變化等于外界對系統(tǒng)做的功減去系統(tǒng)吸收的熱量

2.在等壓過程中，以下哪個說法是正確的？

A.氣體對外做功，內(nèi)能增加

B.氣體吸收熱量，內(nèi)能減小

C.氣體對外做功，內(nèi)能減小

D.氣體吸收熱量，內(nèi)能增加

二、填空題

1.熱力學第一定律的表達式為：______=______+______。

2.在等溫過程中，系統(tǒng)吸收熱量，內(nèi)能______，溫度______。

三、解答題

1.請簡述熱力學第一定律的基本原理。

2.請舉例說明熱力學第一定律在實際熱力學過程中的應用。

四、應用題

1.某熱機在一個工作循環(huán)中，從高溫熱源吸收了1000J的熱量，對外做功800J。求該熱機內(nèi)能的變化量。

2.一臺空調(diào)的制冷劑在壓縮機中吸收了200J的熱量，同時外界對壓縮機做了100J的功。求制冷劑內(nèi)能的變化量。反思改進措施（一）教學特色創(chuàng)新

1.案例教學法：通過引入實際案例，如空調(diào)工作原理和內(nèi)燃機循環(huán)，使學生在理解熱力學第一定律的同時，也能感受到物理學的實際應用，增強了學生的學習興趣。

2.實驗教學：通過組織學生進行熱力學實驗，如氣體等溫膨脹實驗，讓學生在實踐中體驗能量守恒的原理，提高了學生的實踐能力。

（二）存在主要問題

1.教學組織：在教學過程中，我發(fā)現(xiàn)部分學生對熱力學第一定律的理解還不夠深入，可能是因為我對某些概念的解釋不夠清晰。

2.教學評價：在課堂小結(jié)和當堂檢測中，我發(fā)現(xiàn)部分學生對熱力學第一定律的應用能力還有待提高，可能是因為我對他們的訓練還不夠。

（三）改進措施

1.針對教學組織問題，我將在今后的教學中，更加注重對熱力學第一定律概念的深入解釋，確保學生能夠充分理解。

2.針對教學評價問題，我將在課堂小結(jié)和當堂檢測中，加強對學生應用能力的訓練，例如設(shè)計更多與實際應用相關(guān)的習題，提高學生的應用能力。同時，我也會在課后及時與學生溝通，了解他們的學習情況，以便更好地指導他們的學習。課后拓展1.拓展內(nèi)容：

-閱讀材料：推薦學生閱讀與熱力學第一定律相關(guān)的科普文章，如《能量守恒定律的奧秘》、《熱力學第一定律在實際生活中的應用》等，以加深對能量守恒定律的理解。

-視頻資源：向?qū)W生推薦與熱力學第一定律相關(guān)的教學視頻，如《熱力學