2024-2025學(xué)年高中物理 第四章 能量守恒與熱力學(xué)定律 2 熱力學(xué)第一定律教案3 教科版選修3-3

2024-2025學(xué)年高中物理第四章能量守恒與熱力學(xué)定律2熱力學(xué)第一定律教案3教科版選修3-3授課內(nèi)容授課時(shí)數(shù)授課班級(jí)授課人數(shù)授課地點(diǎn)授課時(shí)間課程基本信息1.課程名稱：高中物理——能量守恒與熱力學(xué)定律

2.教學(xué)年級(jí)和班級(jí)：高二年級(jí)1班

3.授課時(shí)間：2024年10月10日

4.教學(xué)時(shí)數(shù)：45分鐘

二、教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)

1.教學(xué)內(nèi)容：

-熱力學(xué)第一定律的表述和意義

-內(nèi)能的概念及其與溫度、體積、壓強(qiáng)的關(guān)系

-做功和熱傳遞在能量轉(zhuǎn)換和能量傳遞中的作用

-熱力學(xué)第一定律在實(shí)際問(wèn)題中的應(yīng)用

2.教學(xué)目標(biāo)：

-學(xué)生能夠理解并準(zhǔn)確描述熱力學(xué)第一定律的基本內(nèi)容

-學(xué)生能夠運(yùn)用熱力學(xué)第一定律分析實(shí)際問(wèn)題，如熱機(jī)效率的計(jì)算

-學(xué)生能夠通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察和理解做功和熱傳遞對(duì)系統(tǒng)內(nèi)能的影響

三、教學(xué)方法和手段

1.教學(xué)方法：

-講授法：講解熱力學(xué)第一定律的理論基礎(chǔ)和內(nèi)能的概念

-實(shí)驗(yàn)法：通過(guò)熱機(jī)實(shí)驗(yàn)觀察做功和熱傳遞對(duì)內(nèi)能的影響

-案例分析法：分析實(shí)際問(wèn)題，運(yùn)用熱力學(xué)第一定律進(jìn)行解答

2.教學(xué)手段：

-多媒體課件：展示熱力學(xué)第一定律的圖示和動(dòng)畫，增強(qiáng)直觀理解

-實(shí)驗(yàn)器材：熱機(jī)模型等，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和觀察

-練習(xí)題：提供相關(guān)的練習(xí)題，鞏固所學(xué)知識(shí)

四、教學(xué)過(guò)程

1.導(dǎo)入：

-通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的日常生活中的例子，如燒水的過(guò)程，引發(fā)學(xué)生對(duì)能量轉(zhuǎn)換和能量傳遞的思考

2.新課講解：

-講解熱力學(xué)第一定律的內(nèi)容和表述

-介紹內(nèi)能的概念及其與溫度、體積、壓強(qiáng)的關(guān)系

3.實(shí)驗(yàn)觀察：

-分組進(jìn)行熱機(jī)實(shí)驗(yàn)，觀察做功和熱傳遞對(duì)系統(tǒng)內(nèi)能的影響

-討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生理解熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用

4.案例分析：

-提供幾個(gè)實(shí)際問(wèn)題，讓學(xué)生運(yùn)用熱力學(xué)第一定律進(jìn)行分析和解答

5.總結(jié)和復(fù)習(xí)：

-對(duì)本節(jié)課的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，強(qiáng)調(diào)熱力學(xué)第一定律的重要性

-提供一些復(fù)習(xí)題，讓學(xué)生鞏固所學(xué)知識(shí)

六、作業(yè)布置

-請(qǐng)學(xué)生總結(jié)熱力學(xué)第一定律的概念和應(yīng)用，并在下一節(jié)課上進(jìn)行分享核心素養(yǎng)目標(biāo)1.物理觀念：通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，使學(xué)生建立正確的物理觀念，理解熱力學(xué)第一定律的含義，認(rèn)識(shí)內(nèi)能的概念及其與溫度、體積、壓強(qiáng)的關(guān)系。

2.科學(xué)思維：培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用熱力學(xué)第一定律分析實(shí)際問(wèn)題的能力，學(xué)會(huì)從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中提煉出物理規(guī)律，發(fā)展科學(xué)思維。

3.實(shí)驗(yàn)操作：通過(guò)熱機(jī)實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力，培養(yǎng)觀察、記錄、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的能力。

4.科學(xué)態(tài)度與價(jià)值觀：通過(guò)學(xué)習(xí)熱力學(xué)第一定律，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到物理知識(shí)在生活中的重要性，增強(qiáng)對(duì)科學(xué)的熱愛(ài)和好奇心，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與價(jià)值觀。教學(xué)難點(diǎn)與重點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)

（1）熱力學(xué)第一定律的基本內(nèi)容：能量不能被創(chuàng)造或者消滅，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，能量的總量不變。

（2）內(nèi)能的概念及其與溫度、體積、壓強(qiáng)的關(guān)系：內(nèi)能是指物體內(nèi)部所有分子做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)所具有的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和。溫度是物體內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)的激烈程度的量度，體積是物體所占空間的大小，壓強(qiáng)是單位面積上受到的力的大小。內(nèi)能與溫度、體積、壓強(qiáng)有直接的關(guān)系。

（3）做功和熱傳遞在能量轉(zhuǎn)換和能量傳遞中的作用：做功和熱傳遞是能量轉(zhuǎn)換和能量傳遞的兩種方式，它們?cè)诟淖兾矬w的內(nèi)能方面起著重要作用。

（4）熱力學(xué)第一定律在實(shí)際問(wèn)題中的應(yīng)用：通過(guò)實(shí)際問(wèn)題，如熱機(jī)效率的計(jì)算，理解熱力學(xué)第一定律在解釋和解決實(shí)際問(wèn)題中的應(yīng)用。

2.教學(xué)難點(diǎn)

（1）熱力學(xué)第一定律的微觀解釋：熱力學(xué)第一定律的微觀解釋涉及到分子運(yùn)動(dòng)和能量轉(zhuǎn)換，學(xué)生可能難以理解和接受。

（2）內(nèi)能與溫度、體積、壓強(qiáng)的關(guān)系：學(xué)生可能難以理解內(nèi)能與溫度、體積、壓強(qiáng)之間的具體關(guān)系，需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)和實(shí)例進(jìn)行講解和分析。

（3）做功和熱傳遞的計(jì)算：學(xué)生可能對(duì)做功和熱傳遞的計(jì)算方法不熟悉，需要通過(guò)練習(xí)和實(shí)例進(jìn)行講解和分析。

（4）熱力學(xué)第一定律在實(shí)際問(wèn)題中的應(yīng)用：學(xué)生可能難以將熱力學(xué)第一定律應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題的分析和解決，需要通過(guò)案例分析和練習(xí)進(jìn)行講解和分析。教學(xué)方法與策略1.教學(xué)方法

（1）問(wèn)題驅(qū)動(dòng)法：通過(guò)提出與生活實(shí)際相關(guān)的問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生對(duì)熱力學(xué)第一定律的興趣和探究欲望，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)。

（2）案例分析法：提供幾個(gè)與熱力學(xué)第一定律相關(guān)的實(shí)際案例，讓學(xué)生分析案例中涉及的能量轉(zhuǎn)換和能量傳遞過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

（3）討論法：組織學(xué)生分組討論實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和案例分析結(jié)果，促進(jìn)學(xué)生之間的交流與合作，提高學(xué)生的科學(xué)思維能力。

（4）任務(wù)驅(qū)動(dòng)法：設(shè)置一些具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，如設(shè)計(jì)一個(gè)熱機(jī)模型，讓學(xué)生動(dòng)手操作和觀察，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神。

2.教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

（1）導(dǎo)入：通過(guò)展示一個(gè)燒水的過(guò)程動(dòng)畫，提問(wèn)“水燒開后，為什么壺蓋會(huì)被推起來(lái)？”引發(fā)學(xué)生對(duì)能量轉(zhuǎn)換和能量傳遞的思考。

（2）新課講解：采用PPT展示熱力學(xué)第一定律的圖示和動(dòng)畫，講解熱力學(xué)第一定律的含義和表述，介紹內(nèi)能的概念及其與溫度、體積、壓強(qiáng)的關(guān)系。

（3）實(shí)驗(yàn)觀察：學(xué)生分組進(jìn)行熱機(jī)實(shí)驗(yàn)，觀察做功和熱傳遞對(duì)系統(tǒng)內(nèi)能的影響，討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生理解熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用。

（4）案例分析：提供幾個(gè)實(shí)際問(wèn)題，讓學(xué)生運(yùn)用熱力學(xué)第一定律進(jìn)行分析和解答，分享解題過(guò)程和結(jié)果。

（5）總結(jié)與拓展：總結(jié)本節(jié)課的主要內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)熱力學(xué)第一定律在生活中的應(yīng)用，布置一些拓展性任務(wù)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.教學(xué)媒體和資源

（1）PPT：制作精美的PPT，展示熱力學(xué)第一定律的圖示和動(dòng)畫，增強(qiáng)學(xué)生的直觀感受。

（2）實(shí)驗(yàn)器材：準(zhǔn)備熱機(jī)模型等實(shí)驗(yàn)器材，為學(xué)生提供動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)。

（3）網(wǎng)絡(luò)資源：搜集一些與熱力學(xué)第一定律相關(guān)的視頻資料，如熱機(jī)工作原理的視頻，為學(xué)生提供更多的學(xué)習(xí)資源。

（4）在線工具：利用在線工具，如數(shù)學(xué)軟件、物理模擬器等，輔助學(xué)生進(jìn)行計(jì)算和模擬，提高學(xué)生的實(shí)踐能力。教學(xué)流程-通過(guò)提問(wèn)方式引導(dǎo)學(xué)生回顧上一節(jié)課的內(nèi)容，并引出本節(jié)課的主題：能量守恒與熱力學(xué)定律。

-提問(wèn)學(xué)生對(duì)于能量守恒的理解，并引導(dǎo)學(xué)生思考在日常生活中能遇到哪些能量守恒的例子。

2.新課講授

-講解熱力學(xué)第一定律的表述和意義，通過(guò)圖示和動(dòng)畫等形式展示內(nèi)能的概念及其與溫度、體積、壓強(qiáng)的關(guān)系。

-通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察和案例分析，使學(xué)生理解做功和熱傳遞在能量轉(zhuǎn)換和能量傳遞中的作用。

3.教學(xué)難點(diǎn)與重點(diǎn)解析

-解析熱力學(xué)第一定律的難點(diǎn)內(nèi)容，如內(nèi)能的定義和計(jì)算方法。

-通過(guò)舉例和比較，幫助學(xué)生理解熱力學(xué)第一定律的實(shí)際應(yīng)用，如熱機(jī)效率的計(jì)算。

4.實(shí)踐活動(dòng)

-學(xué)生分組討論熱力學(xué)第一定律在實(shí)際問(wèn)題中的應(yīng)用，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理等。

-每組選擇一名代表來(lái)分享他們的討論成果，其他小組成員可以提問(wèn)和討論。

5.總結(jié)回顧

-總結(jié)本節(jié)課的主要內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)熱力學(xué)第一定律在生活中的應(yīng)用。

-鼓勵(lì)學(xué)生在日常生活中靈活運(yùn)用熱力學(xué)第一定律的知識(shí)，并解答他們的疑問(wèn)。

教學(xué)流程的每一步都要緊密結(jié)合課本內(nèi)容，符合教學(xué)實(shí)際，注重學(xué)生的參與和互動(dòng)，以提高他們的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)踐能力。教學(xué)資源拓展一、拓展資源

1.科普書籍：

-《熱力學(xué)的世界》（TheWorldofThermodynamics）

-《熱機(jī)與熱力學(xué)》（HeatEnginesandThermodynamics）

2.在線課程：

-MITOpenCourseWare：ThermodynamicsandKinetics

-Coursera：Thermodynamics:AnEngineeringApproach

3.學(xué)術(shù)期刊：

-"InternationalJournalofThermodynamics"

-"JournalofThermalEngineering"

4.教育網(wǎng)站：

-PhysicsClassroom：ThermodynamicsTutorial

-HyperPhysics：ThermodynamicsbyGeorgiaStateUniversity

二、拓展建議

1.學(xué)生可以閱讀上述科普書籍，以深入理解熱力學(xué)的基本原理和應(yīng)用。

2.參加在線課程，如MITOpenCourseWare和Coursera提供的熱力學(xué)課程，以獲得更系統(tǒng)的熱力學(xué)知識(shí)。

3.閱讀學(xué)術(shù)期刊，了解熱力學(xué)的最新研究和進(jìn)展。

4.利用PhysicsClassroom和HyperPhysics提供的教育網(wǎng)站，進(jìn)行熱力學(xué)知識(shí)的自我學(xué)習(xí)和測(cè)試。

5.學(xué)生可以嘗試參加一些科學(xué)競(jìng)賽或項(xiàng)目，如科學(xué)奧林匹克、青少年科技創(chuàng)新大賽等，將所學(xué)的熱力學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題的解決。

6.學(xué)生可以嘗試進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的家庭實(shí)驗(yàn)，如制作一個(gè)簡(jiǎn)單的熱機(jī)模型，觀察和記錄其工作過(guò)程，以加深對(duì)熱力學(xué)原理的理解。

7.學(xué)生可以閱讀一些與熱力學(xué)相關(guān)的科普文章，如《自然》、《科學(xué)美國(guó)人》等雜志中關(guān)于熱力學(xué)的文章，以拓寬視野，了解熱力學(xué)在生活中的應(yīng)用。

8.學(xué)生可以參加學(xué)?；蛏鐓^(qū)組織的一些科學(xué)講座或研討會(huì)，聽取專家對(duì)熱力學(xué)的講解和分享，以提高自己的科學(xué)素養(yǎng)。板書設(shè)計(jì)①本節(jié)課的核心內(nèi)容：熱力學(xué)第一定律的基本概念，內(nèi)能的概念及其與溫度、體積、壓強(qiáng)的關(guān)系，做功和熱傳遞在能量轉(zhuǎn)換和能量傳遞中的作用，熱力學(xué)第一定律在實(shí)際問(wèn)題中的應(yīng)用。

②重點(diǎn)詞句：內(nèi)能（internalenergy）、做功（work）、熱傳遞（heattransfer）、熱力學(xué)第一定律（firstlawofthermodynamics）。

③藝術(shù)性和趣味性：板書設(shè)計(jì)中可以采用圖形、顏色、符號(hào)等元素，以增強(qiáng)視覺(jué)效果和記憶效果。例如，可以用溫度計(jì)、熱機(jī)模型等圖形來(lái)表示內(nèi)能與溫度、體積、壓強(qiáng)的關(guān)系，用箭頭來(lái)表示做功和熱傳遞的方向，用彩色粉筆來(lái)突出重點(diǎn)詞句等。

④激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性：在板書設(shè)計(jì)中，可以設(shè)置一些互動(dòng)環(huán)節(jié)，如提問(wèn)、討論、游戲等，引導(dǎo)學(xué)生積極參與課堂活動(dòng)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性。例如，可以在板書上設(shè)置一些問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生思考和討論，或者設(shè)置一些與熱力學(xué)第一定律相關(guān)的游戲，讓學(xué)生在游戲中學(xué)習(xí)和應(yīng)用知識(shí)。教學(xué)評(píng)價(jià)與反饋1.課堂表現(xiàn)：觀察學(xué)生在課堂上的表現(xiàn)，包括學(xué)生的參與度、提問(wèn)情況、回答問(wèn)題的準(zhǔn)確性和積極性等，以評(píng)估學(xué)生對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解和掌握程度。

2.小組討論成果展示：評(píng)估學(xué)生分組討論的成果，包括討論的主題、討論的深度和廣度、小組成員之間的合作和溝通情況等，以了解學(xué)生對(duì)熱力學(xué)第一定律的實(shí)際應(yīng)用和理解程度。

3.隨堂測(cè)試：通過(guò)隨堂測(cè)試，了解學(xué)生對(duì)熱力學(xué)第一定律的掌握程度，包括對(duì)基本概念的理解、對(duì)公式和公式的應(yīng)用能力等。

4.實(shí)驗(yàn)操作：觀察學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作中的表現(xiàn)，包括實(shí)驗(yàn)的操作技能、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄和處理、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析等，以評(píng)估學(xué)生對(duì)熱力學(xué)第一定律的實(shí)際應(yīng)用能力。

5.教師評(píng)價(jià)與反饋：針對(duì)學(xué)生在課堂表現(xiàn)、小組討論成果展示、隨堂測(cè)試和實(shí)驗(yàn)操作中的表現(xiàn)，給予學(xué)生及時(shí)的反饋和評(píng)價(jià)，指出學(xué)生的優(yōu)點(diǎn)和需要改進(jìn)的地方，鼓勵(lì)學(xué)生繼續(xù)努力。

6.學(xué)生自我評(píng)價(jià)：鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行自我評(píng)價(jià)，讓學(xué)生自己總結(jié)自己在課堂學(xué)習(xí)中的收獲和不足，以促進(jìn)學(xué)生自我反思和自我提升。課后作業(yè)1.請(qǐng)解釋熱力學(xué)第一定律的基本內(nèi)容，并用自己的話總結(jié)其意義。

2.請(qǐng)舉例說(shuō)明內(nèi)能的概念及其與溫度、體積、壓強(qiáng)的關(guān)系。

3.請(qǐng)計(jì)算一個(gè)理想氣體從初狀態(tài)(T1,V1)變化到末狀態(tài)(T2,V2)時(shí)，其內(nèi)能的變化量。

4.請(qǐng)分析一個(gè)熱機(jī)的工作過(guò)程，并運(yùn)用熱力學(xué)第一定律解釋其效率的計(jì)算方法。

5.請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證熱力學(xué)第一定律的原理。

題目1答案：熱力學(xué)第一定律的基本內(nèi)容是能量不能被創(chuàng)造或者消滅，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，能量的總量不變。其意義在于揭示了能量守恒的普遍性，為物理學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

題目2答案：內(nèi)能是物體內(nèi)部所有分子做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)所具有的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和。內(nèi)能與溫度、體積、壓強(qiáng)有關(guān)。例如，當(dāng)溫度升高時(shí)，物體的內(nèi)能增加，因?yàn)榉肿拥倪\(yùn)動(dòng)更加激烈；當(dāng)體積增加時(shí)，物體的內(nèi)能增加，因?yàn)榉肿娱g的勢(shì)能增加；當(dāng)壓強(qiáng)增加時(shí)，物體的內(nèi)能增加，因?yàn)榉肿娱g作用力增加。

題目3答案：設(shè)理想氣體初狀態(tài)為(T1,V1)，末狀態(tài)為(T2,V2)，則內(nèi)能的變化量為：ΔU=(3/2)nR(T2-T1)。其中，n為氣體的物質(zhì)的量，R為理想氣體