《熱力學(xué)第一定律》教學(xué)設(shè)計(jì)教案

1、熱 力 學(xué) 第教學(xué)設(shè)計(jì)與反思課題：熱力學(xué)第f律科目：物理教學(xué)對(duì)象：高二選用教材：人教版選修3-3第十章第3節(jié)教師：師范班林琬晴一、教學(xué)內(nèi)容分析本節(jié)內(nèi)容選自人教版選修3-3第十章熱力學(xué)定律的第3節(jié)熱力學(xué)第f 律能量 守恒定律。從教材結(jié)構(gòu)上來(lái)看，本章從研究絕熱過程中功和內(nèi)能關(guān)系開始，到討論單純的熱傳遞 過程中熱與內(nèi)能的關(guān)系，逐步剖析功、熱量以及內(nèi)能三者之間的關(guān)系，引出了熱力學(xué)第 一定律以及能量守恒定律的內(nèi)容（能量守恒定律在人教版必修2第七章第10節(jié)已學(xué)習(xí)，因此并未在本課的設(shè)計(jì)范圍內(nèi)）。在學(xué)習(xí)了守恒律后，學(xué)生能夠通過學(xué)習(xí)熱力學(xué)第二定 律來(lái)了解自然過程的/、可逆性，認(rèn)識(shí)自然界的一切自發(fā)過程都是朝著嫡增

2、大的方向進(jìn)行 的這一規(guī)律。從課程標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看熱力學(xué)第f律在高考中是 I級(jí)要求，了解其內(nèi)容及含義并且能進(jìn)行 簡(jiǎn)單運(yùn)用即可。熱力學(xué)第f律為同學(xué)們建立了 “做功與傳熱在改變系統(tǒng)內(nèi)能方面是等 價(jià)的”這一圖像，是高中教學(xué)的重點(diǎn)但非難點(diǎn)。從教材內(nèi)容來(lái)看，教材的思路是從焦耳的實(shí)驗(yàn)出發(fā)得到“做功與傳熱在改變系統(tǒng)內(nèi)能 方面是等價(jià)的”的觀念，從而總結(jié)出？u = Q十皿的規(guī)律，進(jìn)而推廣得到能量守恒定律， 并介紹永動(dòng)機(jī)的不可能性。而本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)是在教材的基礎(chǔ)上，用一個(gè)新穎的實(shí)驗(yàn) 作為引入，承接原來(lái)學(xué)過的“單純做功/熱傳遞改變系統(tǒng)內(nèi)能”引出“做功與傳熱在改變系統(tǒng)內(nèi)能方面的等價(jià)性”，激發(fā)學(xué)生樂趣，有助學(xué)生理解物理圖像。從

3、功能上講，學(xué)習(xí)熱力學(xué)第f律完善了學(xué)生對(duì)于能量及其規(guī)律的知識(shí)體系，且讓學(xué) 生能更深一步了解熱與內(nèi)能，并且為下T學(xué)習(xí)嫡的原理打下基礎(chǔ)。二、教學(xué)目標(biāo)物理觀念1 .能夠從能量轉(zhuǎn)化的角度理解熱力學(xué)第f 律的形式和內(nèi)涵。2 .理解、掌握能量守恒定律，會(huì)用能量守恒的觀點(diǎn)分析物理現(xiàn)象， 明確其優(yōu)越性。3 . 了解第一類永動(dòng)機(jī)不能制成的原因?？茖W(xué)思維會(huì)用婚一 Q+皿解決一些簡(jiǎn)單的問題。了解建立熱力學(xué)第一定律的歷史過程、事實(shí)依據(jù)以及科學(xué)方法。通過教材中J.R邁爾船醫(yī)的故事讓學(xué)生對(duì)創(chuàng)造性思維中最活躍因素 猜想與假設(shè)”有f 的啟 發(fā)。鍛煉學(xué)生能從抽象公式內(nèi)化為思維從而解釋生活中現(xiàn)象的能力， 讓學(xué)生能夠?qū)W以致用?？茖W(xué)探

4、究通過獨(dú)立分析和思考，理解 W、Q、A U正負(fù)號(hào)的意義。能將其運(yùn) 用到生活實(shí)際，結(jié)合自身體會(huì)，理解能量守恒定律。從實(shí)際出發(fā)體 會(huì)永動(dòng)機(jī)的/、可能性?？茖W(xué)態(tài)度與貝任學(xué)習(xí)科學(xué)家們探索自然規(guī)律的精神，增強(qiáng)學(xué)生開發(fā)新能源、合理利 用能源、發(fā)展節(jié)能技術(shù)的責(zé)任感。同時(shí)在學(xué)習(xí)了第一類永動(dòng)機(jī)不可 行后，學(xué)生能夠建立健康積極的科學(xué)觀。三、學(xué)習(xí)者特征分析1 .知識(shí)層向：1）學(xué)生已掌握了內(nèi)能的定義及其微觀解釋。2）本章前兩節(jié)已經(jīng)學(xué)習(xí)了在絕熱過程中pu一爐，以及在單純的熱傳遞過程中的關(guān)系。且建立了在改變系統(tǒng)內(nèi)能上做功和熱傳遞是等價(jià)的觀念。3）學(xué)生在必修2已經(jīng)學(xué)習(xí)了能量守恒定律，對(duì)于能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化已經(jīng)肩較成熟的 理解

5、。2 .能力層向：符號(hào)的規(guī)定是本節(jié)學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，而高二學(xué)生在學(xué)習(xí)加速度、力時(shí)就掌握了用符號(hào)來(lái)表 示方向的技巧，為本節(jié)學(xué)習(xí)弗卜.了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。高中的知識(shí)規(guī)律較初中而言普遍更為抽 象和偏向解題技巧，而本節(jié)學(xué)習(xí)的精髓應(yīng)是讓學(xué)生能夠從抽象的公式回歸到生活中的 物理現(xiàn)象，學(xué)以致用。所以需要教師帶領(lǐng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)熱學(xué)的樂趣。3 .認(rèn)知困難：第一類永動(dòng)機(jī)的/、可能性。四、教學(xué)方法及策略教學(xué)方法：談話法、討論法、講授法、觀察法、閱讀法。 教學(xué)策略：實(shí)驗(yàn)總結(jié)法、理論歸納法。五、教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)【教學(xué)重點(diǎn)】（1）用熱力學(xué)第f 律分析內(nèi)能改變的問題。（2）掌握？U = Q + W的符號(hào)法則并熟練應(yīng)用?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】（1

6、）表達(dá)式?u = Q + w中各物理量的符號(hào)及其物理意義。（2）第一類永動(dòng)機(jī)的/、可能性。六、教學(xué)過程教學(xué)內(nèi)容教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖（一）引入：在本書第一章，我們學(xué)習(xí)了分子動(dòng)理 論，知道任何系統(tǒng)都具有內(nèi)能，且永不為零， 它的大小可以由溫度、體積影響。那在實(shí)際 操作中，我們可以采用哪些方式來(lái)改變系統(tǒng) 的內(nèi)能呢？接卜來(lái)我們來(lái)看兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，在觀 察過程中，大家注意思考它們分別是采用什 么方式改變系統(tǒng)內(nèi)能的。教師播放熱刀切乒乓球?qū)嶒?yàn)和演示往 塑料瓶中加壓造云”實(shí)驗(yàn)。由上述兩個(gè)實(shí)驗(yàn)我們知道，做功和熱傳 遞都可以改變系統(tǒng)內(nèi)能。【提問】那如果系統(tǒng)在跟外界同時(shí)發(fā)生做功 和熱傳遞，內(nèi)能的變化與熱量及做功之間有

7、什么關(guān)系呢？這就是我們這節(jié)課要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。播放視頻、 做實(shí)驗(yàn)、 寫板書（標(biāo) 題）、 提出問題思考教師提 出的問題激發(fā)學(xué)生興 趣，承上啟 下(二)新課教學(xué)：1、熱力學(xué)第一定律早在19世紀(jì)，克勞修斯就在熱力學(xué)理論研究方面建樹卓著，更在1850年在他發(fā) 表的論文中首次用數(shù)學(xué)的形式表達(dá)了內(nèi)能 與熱量及做功的關(guān)系，這就是熱力學(xué)第一定 律。(1)內(nèi)容：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它 傳遞的熱量與外界對(duì)它所做的功之和。(2)表達(dá)式：？U = Q十皿其中A U表示系統(tǒng)內(nèi)能的增量，Q表示系統(tǒng) 吸收的熱量，W表示外界對(duì)系統(tǒng)做的功?！咎釂枴空?qǐng)同學(xué)們思考：一定量的氣體膨脹， 是氣體對(duì)外界做功，還是外界對(duì)氣體做功

8、？ 那如何表示這個(gè)方向問題？答：正負(fù)符號(hào)。我們知道功有正負(fù)，且正負(fù)號(hào)所代表的物理 意義不同，那么上式中A U和Q是否又有正 負(fù)之分呢？如果有正負(fù)號(hào)代表的物理意義 相同嗎？(3)對(duì)公式A U、Q、W符號(hào)的規(guī)定：教師引導(dǎo)學(xué)生從熱力學(xué)第一定律的內(nèi)容來(lái)分析上述三物理量的符號(hào)的規(guī)定。具體如 下：內(nèi)容中的提到的是內(nèi)能的增加量，如果 系統(tǒng)的內(nèi)能是減少，則A U的符號(hào)為“-”， 相反則為“+” ；同理，系統(tǒng)放出熱量，Q 符號(hào)取“-”，吸收熱量則取“ +” ；氣體對(duì) 外界做功，W符號(hào)取“-"，外界對(duì)系統(tǒng)做 的功則取“ +”?？偠灾?，與定律內(nèi)容相 反的取“-”號(hào)，否則取“+”號(hào)。詳見下表：扃格內(nèi)的愛豪

9、金整寸.次匕值*4*藉界*物業(yè)時(shí)功，AttO -ttA*煒*樸F柱功,2、氣體狀態(tài)變化與物理量對(duì)應(yīng)方法問題的設(shè)置與解決有助于培養(yǎng)學(xué)生利用熱力學(xué)第f律解決問題的思維。符號(hào)規(guī)則的本質(zhì)是不難寫板書、的，但是學(xué)提出問題生很容易被聯(lián)系所做制思考問題、表豕早自畀云”實(shí)驗(yàn)以及【回答】利子走，死記教材思考與用符號(hào)表示硬背。所以討論例子給方向要幫助學(xué)生學(xué)生講解符號(hào)閱讀教材思抓住其根的規(guī)定以及物考與討論卜本，利用直埋忠義。記筆記觀的表格幫聯(lián)系所做制記筆記助學(xué)生理清云”實(shí)驗(yàn)給同同學(xué)們聽故規(guī)律。學(xué)們拓展氣體事，思維可該部分屬于狀態(tài)變化與物稍放松。拓展內(nèi)容，理里:對(duì)應(yīng)力計(jì)算課件上有助于同學(xué)法。例題將實(shí)際問題寫板書模型化

10、，抽寫板書象化，對(duì)解題能力有所提圖?；仡櫮芰渴睾愣?。培養(yǎng)同學(xué)們健康的科學(xué)觀念?；貧w課標(biāo)，回歸局考,給出一般解 題步驟后例 題加以鞏 固。并檢測(cè) 教學(xué)效果。(1)絕熱過程：過程是絕熱的，則Q=0,W= A U,外界對(duì)系統(tǒng)做的功等于系統(tǒng)內(nèi)能的增 加。(2)等容過程：無(wú)做功過程，即W=0,則 Q=A U,系統(tǒng)吸收的熱量等于系統(tǒng)內(nèi)能的增 加。(3)等溫過程：在過程的始末狀態(tài)，系統(tǒng) 的內(nèi)能不變，即A U=0,則W+Q=0或W=-Q,表 示吸收的熱量全部用來(lái)做功或外界對(duì)氣體 所做的功全部轉(zhuǎn)換為熱量放出。學(xué)習(xí)完熱力學(xué)第一定律后歸納到能量守 恒定律，從而提出與能量守恒定律相違背的 第一類永動(dòng)機(jī)。3、能量守恒

11、定律和第一類永動(dòng)機(jī)(1).能量守恒定律：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生， 也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為 另一種形式，或者從一個(gè)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到別的系 統(tǒng)，在轉(zhuǎn)移過程中其總量保持不變。回憶能 量守恒定律的內(nèi)容，再引入第一類永動(dòng)機(jī)問 題。.第一類永動(dòng)機(jī)：在17-18世紀(jì)，資本主 義發(fā)展初期，為了滿足生產(chǎn)對(duì)于動(dòng)力日益增 加的需求，許多人致力于制造一種機(jī)器，它 不需要任何動(dòng)力或燃料卻能不斷對(duì)外做功， 稱其為第一類永動(dòng)機(jī)如圖是最早的永動(dòng)機(jī)，設(shè)計(jì)于13世紀(jì)的法以順勢(shì)引出第二類永動(dòng)機(jī)，為下節(jié)課熱力學(xué)第二定律的學(xué)習(xí)做鋪墊。講述了趣味性較強(qiáng)的物理學(xué)史之后需要讓 同學(xué)們回歸課標(biāo)與高考，總結(jié)解題步驟并利 用例題檢驗(yàn)。4、應(yīng)

12、用熱力學(xué)第f律解題的一般步驟： (1)首先選定研究對(duì)象是哪個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)。(2)根據(jù)符號(hào)法則判斷已知量的正、負(fù)。(3)根據(jù)方程?U = Q + W求出未知量。(4)再根據(jù)未知量結(jié)果的正、負(fù)來(lái)確定熱傳 遞或做功方向的情況。(三)課堂小結(jié)：本節(jié)課的主要內(nèi)容是熱力學(xué)第f律 及其運(yùn)用，該內(nèi)容在同英的3-3選差就中， 出現(xiàn)的概率非常局，屬于本書比較重要的內(nèi) 容。布置作業(yè)檢測(cè)教學(xué)效 果。七、教學(xué)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)八、板書設(shè)計(jì)熱力學(xué)第f律一、熱力學(xué)第f律1、內(nèi)容：一個(gè)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于系統(tǒng)吸收的熱量與外界對(duì)系統(tǒng)所做的功之和。2、表達(dá)式：？u = Q + ”3、對(duì)公式A U、Q、W符號(hào)的規(guī)定：二、氣體狀態(tài)變化與物理量對(duì)應(yīng)方法三、能量守恒定律及第一類永動(dòng)機(jī)四、應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題的一般步驟：九.教學(xué)反思1 .請(qǐng)簡(jiǎn)單描述這節(jié)課的教學(xué)或?qū)W習(xí)流程；2 .有哪些精彩的瞬間；這節(jié)課中你最滿意的地方或者讓您最興奮的