高中物理選修《熱力學定律》主題單元設計

《熱力學定律》主題單元設計主題單元標題熱力學定律作者姓名所屬單位聯(lián)系地址聯(lián)系電話電子郵箱郵政編碼

學科領域（在FORMCHECKBOX內(nèi)打√表示主屬學科，打+表示相關學科）FORMCHECKBOX思想品德FORMCHECKBOX音樂FORMCHECKBOX化學FORMCHECKBOX信息技術FORMCHECKBOX勞動與技術FORMCHECKBOX語文FORMCHECKBOX美術FORMCHECKBOX生物FORMCHECKBOX科學FORMCHECKBOX數(shù)學FORMCHECKBOX外語FORMCHECKBOX歷史FORMCHECKBOX社區(qū)服務FORMCHECKBOX體育eq\o\ac(□,√)物理FORMCHECKBOX地理FORMCHECKBOX社會實踐FORMCHECKBOX其他（請列出）：適用年級高中二年級所需時間4課時主題學習概述(簡述單元在課程中的地位和作用、單元的組成情況，解釋專題的劃分和專題之間的關系，主要的學習方式和預期的學習成果，字數(shù)300-500)熱力學最基本的規(guī)律是熱力學第一定律和熱力學第二定律（或熵增加原理）。內(nèi)能和熵是與這兩個基本定律相聯(lián)系的兩個重要物理量。利用這些物理概念、物理規(guī)律，能更加合理、有效地開發(fā)和使用蘊藏在物體內(nèi)部的能量。此外，由于熱力學理論的普遍性，一切運動變化過程，包括物理、化學、生命和宇宙中的變化過程都必須遵循熱力學基本規(guī)律。近半個世紀來關于能量和熵的概念已廣泛應用于物質(zhì)結構、凝聚態(tài)物理、低溫物理、化學反應、生命現(xiàn)象、宇宙和恒星演化等領域，取得了巨大成就。熱力學第一定律是能量守恒在涉及熱現(xiàn)象宏觀過程中的具體表現(xiàn)，要將熱力學第一定律精確的表述出來，需要內(nèi)能、功和熱量的概念。能量和守恒定律是是自然界中普遍適用的規(guī)律。熱力學第二定律反映了宏觀過程的方向性。從微觀上看熱力學第二定律是一個統(tǒng)計規(guī)律，也可用熵的概念來表示熱力學第二定律。本章的學習重點應放在熱力學第一定律、能量轉(zhuǎn)化和能量守恒定律及熱力學第二定律的理解上，注意歸納法和概括法的運用。主題學習目標（描述該主題學習所要達到的主要目標）知識與技能理解熱力學第一定律。知道熱學所研究的對象是由大量分子組成的物質(zhì)系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)具有內(nèi)能。理解物質(zhì)系統(tǒng)內(nèi)能的變化是與外界（通過做功和傳熱的方式）交換能量的結果，熱力學第一定律反映了這種能量交換和能量變化過程中的規(guī)律性2．知道熱力學第二定律，知道熵是反映系統(tǒng)無序程度的物理量。過程與方法1．關注熱力學第一、第二定律的建立過程，認識以實驗為基礎，通過分析、歸納、推理等方法得出規(guī)律的科學研究方法。2．通過熱力學第二定律的三種表述方式的學習，感受從不同角度認識事物的本質(zhì)和規(guī)律的方法。情感態(tài)度與價值觀1．通過熱力學第一定律和熱力學第二定律的學習，了解這些定律的意義及其在科學史上的重要地位。2．通過熱力學第一定律和熱力學第二定律對熱機的應用，體驗物理學對技術進步和社會發(fā)展的影響；懂得節(jié)能和有效利用能源的意義；感悟遵循科學規(guī)律的重要性，自覺抵制違背科學規(guī)律的行為。對應課標1．通過有關史實，了解熱力學第一定律和能量守恒定律的發(fā)展過程。體會科學探索中的挫折和失敗對科學發(fā)展的意義。2．認識熱力學第一定律。理解能量守恒定律。用能量守恒觀點解釋自然現(xiàn)象。體會能量守恒定律是最基本、最普遍的自然規(guī)律之一。3．通過自然界中宏觀過程的方向性，了解熱力學第二定律，初步了解熵是反映系統(tǒng)無序程度的物理量。4．認識能源和環(huán)境與人類生存的關系，知道可持續(xù)發(fā)展的重大意義。5．討論能源開發(fā)和利用帶來的問題及應該采取的對策。具有保護環(huán)境的意識。主題單元問題設計熱力學第一定律中各物理量的符合含義，第一永動機為什么制不成？明確熱力學第二定律的兩種表述的內(nèi)容，第二類永動機違背了什么原則？專題劃分專題一：熱力學第一定律（2課時）專題二：熱力學第二定律（2課時）專題一熱力學第一定律所需課時2課時專題一概述(介紹本專題在整個單元中的作用，以及本專題的主要學習內(nèi)容、學習活動和學習成果)本節(jié)內(nèi)容是在前面學習分子動理論及物體內(nèi)能的知識的基礎上，及對物體內(nèi)能的改變的進一步量化研究而進行編寫的，得出了熱力學第一定律，并歸納得出了能量守恒定律。熱力學第一定律是熱學中的一個重要定律，而能量守恒定律是整個物理學的一個重要定律。本專題學習目標（描述該學習所要達到的主要目標）知識與技能1．理解物體的內(nèi)能跟做功和傳熱的關系及W、Q、ΔU的物理意義。2．理解熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，會用ΔU＝W＋Q分析和計算有關問題。3．掌握能量守恒定律，會用能量守恒的觀點分析、解決有關問題。過程與方法1．在上一節(jié)學習了功和能的關系，熱和能的關系的基礎上，得出了熱力學第一定律的表達式，這種方法比較自然，容易被學生接受。

2．通過介紹能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)歷程，使學生知道歸納和概括是一種非常重要的科學方法。3．本節(jié)還利用了一個反例“永動機不可能制成”來加深學生對能量守恒定律的理解。情感、態(tài)度與價值觀1．通過學習能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)歷程，可以使學生增強團隊精神和團結協(xié)作意識?？茖W史上每一項重大的發(fā)明或發(fā)現(xiàn)，都是許多科學家，甚至是幾代科學家共同努力的結果。2．“永動機不可能制成”從反面告訴學生做違背自然規(guī)律的事情是徒勞的，毫無意義的。在生活和學習中，要學會按規(guī)律辦事。本專題問題設計1．熱力學第一定律的內(nèi)容以及各物理量的符合含義2．第一永動機為什么制不成？所需教學材料和資源(在此列出學習過程中所需的各種支持資源)信息化資源視頻、圖片、多媒體課件常規(guī)資源粉筆、黑板、三角板等教學支撐環(huán)境具有多媒體操作平臺的教室其他學習活動設計（針對該專題所選擇的活動形式及過程）（一）引入新課我們在前面學習了改變內(nèi)能的兩種方法：做功和熱傳遞，即通過對物體做功或者經(jīng)過熱傳遞的過程都能改變物體內(nèi)能，即由做功和熱傳遞均能改變物體的內(nèi)能入手，提出“它們間有何數(shù)量關系”的設問來引入熱力學第一定律。再以“以前學習過的電能、化學能等各種形式的能，它們在轉(zhuǎn)化過程中遵守什么樣的規(guī)律”來引入能量守恒定律。（二）新課教學（一）熱力學第一定律1.內(nèi)容：一個熱力學系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和。2.

數(shù)學表達式：△U=W+Q3.

各量的物理意義及正負號確定：(1)當外界對物體做功時，W＞0;當物體對外界做功時，W＜0.（2）當物體從外界吸熱時，Q＞0;當物體向外界放熱時，Q＜0.（3）當物體的內(nèi)能增加時，△U＞0，當物體的內(nèi)能減少時，△U＜0。（二）能量守恒定律1.

內(nèi)容：能量既不會被消滅，也不會被創(chuàng)生，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，在能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中總量保持不變。2.

第一類永動機不可能制成（三）例題與練習例題1：空氣壓縮機在一次壓縮中，空氣向外界傳遞的熱量2.0×105J，同時空氣的內(nèi)能增加了1.5×105J.這時空氣對外做了多少功？解：根據(jù)熱力學第一定律△U=W+Q知

W=1.5×105J-2.0×105J=-0.5×105J所以此過程中空氣對外做了0.5×105J的功．說明：運用此公式時，需要注意各物理量的符號練習1：一定量的氣體從外界吸收了2.6×105J的熱量，內(nèi)能增加了4.2×105J．是氣體對外界做了功，還是外界對氣體做了功？做了多少焦耳的功？{答案W＝1.6×105J，W為正值，說明是外界對氣體做了1.6×105J的功．}練習2：下列說法中正確的是：A、物體吸收熱量，其內(nèi)能必增加B、外界對物體做功，物體內(nèi)能必增加C、物體吸收熱量，同時對外做功，其內(nèi)能可能減少D、物體溫度不變，其內(nèi)能也一定不變（答案：C）說明：通過對例題與練習的分析，加深學生對熱力學第一定律及能量守恒定律的理解和運用。教學評價可評價的學習要素1．正確說出熱力學第一定律。2．通過舉例，說明各物理量符號的含義。評價方法：現(xiàn)場評價評價指標：①參與程度、積極程度②舉例恰當程度③課前材料的準備情況3．當堂達標練習評價方法：測驗評價指標：①答題時間②每題答對率③及格人數(shù)（60---74分）④良好人數(shù)（75---84分以上）⑤優(yōu)秀人數(shù)（85分以上）⑥平均分4．學習活動過程評價方法：量規(guī)①參與程度、積極程度②思維邏輯、嚴密性③表達展示④協(xié)作精神專題二熱力學第二定律【教學目標】知識與技能1.了解熱傳遞過程的方向性。2.知道熱力學第二定律的兩種不同的表述，以及這兩種表述的物理實質(zhì)。3.知道什么是第二類永動機，為什么第二類永動機不可能制成。過程與方法1．熱力學第二定律的表述方式與其他物理定律的表述方式有一個顯著不同，它是用否定語句表述的。2．熱力學第二定律的表述不只一種，對任何一類宏觀自然過程進行方向的說明，都可以作為熱力學第二定律的表述，學習本節(jié)時注意這一方法。情感、態(tài)度與價值觀通過學習熱力學第二定律，可以使學生明白熱機的效率不會達到100%，我們只能想辦法盡量提高熱機的效率，但不能渴求達到100%。自然界發(fā)生的一切過程中的能量都是守恒的，但不違背能量守恒定律的宏觀過程并都能發(fā)生?！局攸c、難點分析】：重點：熱力學第二定律兩種常見的表述。難點：1.熱力學第二定律的開爾文表述。2.自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性?！菊n前準備】：教師：多媒體課件，一個電冰箱模型，一盆涼水，準備一個酒精燈和一個鐵塊，鐵鉗。學生：課前預習課文，在家觀察自家的電冰箱?！窘虒W設計】：引入新課：【問題】我們在初中學過，當物體溫度升高時，就要吸收熱量；當物體溫度降低時，就要放出熱量。而且熱量公式Q=cm△t，這里有一個有趣的問題：地球上有大量的海水,它的總質(zhì)量約為1.4×1018t,如果這些海水的溫度降低0.1oC,將要放出多少焦耳的熱量?海水的比熱容為C=4.2×103J/(kg·℃)。下面請大家計算一下。學生計算：Q=4.2×103×1.4×1018×103×0.1J=5.8×1023J這相當于1800萬個功率為100萬千瓦的核電站一年的發(fā)電量。為什么人們不去研究這“新能源”呢？原來，這樣做是不可能的，這涉及物理學的一個基本定律，這就是本節(jié)要討論的熱力學第二定律?！驹O計意圖】：從實際問題入手，喚起學生對學習的興趣。從學生已有的熱學知識出發(fā)引入新的知識，使過渡自然，減少學生對新知識的唐突性?！景鍟康谒墓?jié)熱力學第二定律【板書】一、熱傳遞的方向性教師實驗，點燃酒精燈，用鉗夾住事先準備好的鐵塊，在火焰上灼燒一段時間后，問學生現(xiàn)在如果用手摸會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？下面把灼熱的鐵塊放入冷水中，過一段時間，拿出鐵塊現(xiàn)在你們敢用手摸嗎？通過這個實驗說明什么問題？學生思考，教師給予啟發(fā)學生答：熱量從溫度高的物體自發(fā)地傳給溫度低的物體再讓學生列舉一些這樣的例子，例如：雪花落在手上就融化，挨著火爐就溫暖等等。利用課本中“思考與討論”開展小組討論并進行對話交流。教師反問學生：有沒有可能發(fā)生這樣地現(xiàn)象，熱量自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體，使低溫物體的溫度越來越低，高溫物體的溫度越來越高。這里所說的“自發(fā)地”，指的是沒有任何外界的影響或幫助。學生思考討論一會后，有的同學可能產(chǎn)生疑問：電冰箱內(nèi)部的溫度比外部低，為什么致冷系統(tǒng)還能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳給外界的空氣？事前我們讓大家觀察自家的電冰箱，請同學做簡要的回答，教師進行點撥。然后，展示電冰箱模型給學生簡要講解(多媒體課件)。這是因為電冰箱消耗了電能，對致冷系統(tǒng)做了功。一旦切斷電源，電冰箱就不能把其內(nèi)部的熱量傳給外界的空氣了。相反，外界的熱量會自發(fā)地傳給電冰箱，使其溫度逐漸升高?！緦W生總結】熱傳導的方向性：兩個溫度不同的物體相互接觸時，熱量會自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體。要實現(xiàn)相反過程，必須借助外界的幫助，因而產(chǎn)生其他影響或引起其他變化?！景鍟拷Y論:熱力學第二定律的一種表述:熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。這是熱力學第二定律的克勞修斯表述。老師講解對定律的理解:這里闡述的是熱傳遞的方向性.在這個表述中,“自發(fā)”二字指的是:當兩個物體接觸時,不需要任何第三者的介入、不會對任何第三者產(chǎn)生任何影響,熱量就能從一個物體傳向另一個物體.當兩個溫度不同的物體接觸時,這個“自發(fā)”的方向是從高溫物體指向低溫物體的。教師指出：熱力學第二定律的克勞修斯表述實質(zhì)上就是：熱傳遞過程是不可逆的?！驹O計意圖】：聯(lián)系學生熟悉的，身邊的生活現(xiàn)象，使知識的學習貼近學生的生活，使學生感受物理知識就在身邊，存在于生活，強化學生的實踐意識，使情感成為學習動力。通過師生的對話交流，在互動中實現(xiàn)思維的碰撞，突出學生的學習過程，體現(xiàn)以學生為中心的原則，從自己的學習體驗和感悟中獲得知識，向?qū)W生學習活動要效益。熱力學第二定律的克勞修斯表述中的“自發(fā)”是定律表述的關鍵詞，教師要引導學生作深刻理解?！窘虒W內(nèi)容】1.可逆與不可逆過程（1）熱傳導的方向性熱傳導的過程可以自發(fā)地由高溫物體向低溫物體進行，但相反方向卻不能自發(fā)地進行，即熱傳導具有方向性，是一個不可逆過程。熱量Q能自發(fā)傳給低溫物體高溫物體熱量Q不能自發(fā)傳給(2)說明：①“自發(fā)地”過程就是在不受外來干擾的條件下進行的自然過程。②熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳向低溫物體，熱量卻不能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體。③要將熱量從低溫物體傳向高溫物體，必須有“外界的影響或幫助”，就是要由外界對其做功才能完成。電冰箱、空調(diào)就是例子。2.熱力學第二