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 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)第一定律教案教科版選修3-3課題：科目：班級(jí)：課時(shí)：計(jì)劃1課時(shí)教師：?jiǎn)挝唬阂弧⒔虒W(xué)內(nèi)容分析本節(jié)課的主要教學(xué)內(nèi)容為熱力學(xué)第一定律。熱力學(xué)第一定律是能量守恒與轉(zhuǎn)換定律在熱現(xiàn)象中的具體表現(xiàn)，其表述為：一個(gè)系統(tǒng)的內(nèi)能變化等于外界向系統(tǒng)傳遞的熱量與外界對(duì)系統(tǒng)所做的功的代數(shù)和。

教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生已有知識(shí)的聯(lián)系：學(xué)生在之前的學(xué)習(xí)中已經(jīng)掌握了能量守恒與轉(zhuǎn)換定律，對(duì)于系統(tǒng)、外界、內(nèi)能等基本概念也有了一定的理解。本節(jié)課的內(nèi)容是在已有知識(shí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探討熱現(xiàn)象中的能量守恒問(wèn)題，從而加深學(xué)生對(duì)能量守恒定律的理解。

本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容與教科版選修3-3的第四章能量守恒與熱力學(xué)定律第二節(jié)熱力學(xué)第一定律緊密關(guān)聯(lián)，通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生將能夠掌握熱力學(xué)第一定律的表述、意義及其在實(shí)際問(wèn)題中的應(yīng)用。同時(shí)，本節(jié)課的內(nèi)容也為后續(xù)學(xué)習(xí)熱力學(xué)第二定律和熱力學(xué)第三定律打下基礎(chǔ)。二、核心素養(yǎng)目標(biāo)本節(jié)課的核心素養(yǎng)目標(biāo)包括：

1.科學(xué)思維：通過(guò)探究熱力學(xué)第一定律，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力、批判性思維能力和創(chuàng)新思維能力。

2.科學(xué)探究：引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用實(shí)驗(yàn)、觀察、分析等方法，主動(dòng)探究熱力學(xué)第一定律的表述和意義，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力。

3.科學(xué)交流：鼓勵(lì)學(xué)生參與課堂討論，學(xué)會(huì)用清晰、準(zhǔn)確的語(yǔ)言表達(dá)自己的觀點(diǎn)，提高學(xué)生的科學(xué)交流能力。

4.科學(xué)態(tài)度：培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理學(xué)科的興趣和好奇心，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神、自律性和自信心，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中保持積極的態(tài)度。三、重點(diǎn)難點(diǎn)及解決辦法重點(diǎn)：

1.熱力學(xué)第一定律的表述及其物理意義。

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

難點(diǎn)：

1.理解并掌握熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。

2.如何在實(shí)際問(wèn)題中正確運(yùn)用熱力學(xué)第一定律。

解決辦法：

1.對(duì)于熱力學(xué)第一定律的表述及其物理意義，可以通過(guò)舉例、動(dòng)畫(huà)演示等方式，讓學(xué)生形象直觀地理解。

2.對(duì)于熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，可以通過(guò)公式推導(dǎo)、案例分析等方式，幫助學(xué)生理解和掌握。

3.對(duì)于如何在實(shí)際問(wèn)題中正確運(yùn)用熱力學(xué)第一定律，可以設(shè)計(jì)一些具有代表性的例題，讓學(xué)生通過(guò)解答問(wèn)題，掌握運(yùn)用熱力學(xué)第一定律的方法。

4.鼓勵(lì)學(xué)生在課堂上積極提問(wèn)，及時(shí)解答學(xué)生的疑問(wèn)，幫助學(xué)生克服難點(diǎn)。四、教學(xué)方法與策略1.選擇適合教學(xué)目標(biāo)和學(xué)習(xí)者特點(diǎn)的教學(xué)方法

本節(jié)課的教學(xué)方法主要包括講授、討論、案例研究和項(xiàng)目導(dǎo)向?qū)W習(xí)等。通過(guò)講授，為學(xué)生提供熱力學(xué)第一定律的基本概念和理論；通過(guò)討論，促進(jìn)學(xué)生對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解和思考；通過(guò)案例研究，讓學(xué)生將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題；通過(guò)項(xiàng)目導(dǎo)向?qū)W習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作、創(chuàng)新能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

2.設(shè)計(jì)具體的教學(xué)活動(dòng)

（1）熱力學(xué)第一定律的發(fā)現(xiàn)歷程：通過(guò)介紹熱力學(xué)第一定律的發(fā)現(xiàn)歷程，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)探究的熱愛(ài)。

（2）實(shí)驗(yàn)探究：安排一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，如熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生直觀地感受熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用。

（3）小組討論：讓學(xué)生分組討論實(shí)際問(wèn)題，如汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用熱力學(xué)第一定律解決問(wèn)題。

（4）課堂提問(wèn)：設(shè)置一些有關(guān)熱力學(xué)第一定律的問(wèn)題，鼓勵(lì)學(xué)生積極思考、提問(wèn)，提高學(xué)生的科學(xué)思維能力。

3.確定教學(xué)媒體和資源的使用

（1）PPT：制作精美的PPT，展示熱力學(xué)第一定律的基本概念、公式及實(shí)際應(yīng)用，幫助學(xué)生更好地理解和掌握知識(shí)。

（2）視頻：播放一些與熱力學(xué)第一定律相關(guān)的實(shí)驗(yàn)視頻，讓學(xué)生更直觀地了解實(shí)驗(yàn)過(guò)程，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（3）在線工具：利用在線工具，如仿真實(shí)驗(yàn)軟件，讓學(xué)生自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力。

（4）教材和輔導(dǎo)資料：為學(xué)生提供豐富的教材和輔導(dǎo)資料，方便學(xué)生課后復(fù)習(xí)和拓展知識(shí)。五、教學(xué)流程一、導(dǎo)入新課（用時(shí)5分鐘）

同學(xué)們，今天我們將要學(xué)習(xí)的是《熱力學(xué)第一定律》這一章節(jié)。在開(kāi)始之前，我想先問(wèn)大家一個(gè)問(wèn)題：“你們?cè)谌粘Ｉ钪惺欠裼龅竭^(guò)能量轉(zhuǎn)化的情況？”例如，當(dāng)我們使用電風(fēng)扇時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為風(fēng)能。這個(gè)問(wèn)題與我們將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容密切相關(guān)。通過(guò)這個(gè)問(wèn)題，我希望能夠引起大家的興趣和好奇心，讓我們一同探索熱力學(xué)第一定律的奧秘。

二、新課講授（用時(shí)10分鐘）

1.理論介紹：首先，我們要了解熱力學(xué)第一定律的基本概念。熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在熱現(xiàn)象中的具體表現(xiàn)，表述為：一個(gè)系統(tǒng)的內(nèi)能變化等于外界向系統(tǒng)傳遞的熱量與外界對(duì)系統(tǒng)所做的功的代數(shù)和。它是熱力學(xué)的基本原理之一，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。

2.案例分析：接下來(lái)，我們來(lái)看一個(gè)具體的案例。這個(gè)案例展示了熱力學(xué)第一定律在實(shí)際中的應(yīng)用，以及它如何幫助我們解決問(wèn)題。

3.重點(diǎn)難點(diǎn)解析：在講授過(guò)程中，我會(huì)特別強(qiáng)調(diào)內(nèi)能變化、熱量傳遞和功的概念以及它們的數(shù)學(xué)表達(dá)式。對(duì)于難點(diǎn)部分，我會(huì)通過(guò)舉例和比較來(lái)幫助大家理解。

三、實(shí)踐活動(dòng)（用時(shí)10分鐘）

1.分組討論：學(xué)生們將分成若干小組，每組討論一個(gè)與熱力學(xué)第一定律相關(guān)的實(shí)際問(wèn)題。

2.實(shí)驗(yàn)操作：為了加深理解，我們將進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)操作。這個(gè)操作將演示熱力學(xué)第一定律的基本原理。

3.成果展示：每個(gè)小組將向全班展示他們的討論成果和實(shí)驗(yàn)操作的結(jié)果。

四、學(xué)生小組討論（用時(shí)10分鐘）

1.討論主題：學(xué)生將圍繞“熱力學(xué)第一定律在實(shí)際生活中的應(yīng)用”這一主題展開(kāi)討論。他們將被鼓勵(lì)提出自己的觀點(diǎn)和想法，并與其他小組成員進(jìn)行交流。

2.引導(dǎo)與啟發(fā)：在討論過(guò)程中，我將作為一個(gè)引導(dǎo)者，幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題并解決問(wèn)題。我會(huì)提出一些開(kāi)放性的問(wèn)題來(lái)啟發(fā)他們的思考。

3.成果分享：每個(gè)小組將選擇一名代表來(lái)分享他們的討論成果。這些成果將被記錄在黑板上或投影儀上，以便全班都能看到。

五、總結(jié)回顧（用時(shí)5分鐘）

今天的學(xué)習(xí)，我們了解了熱力學(xué)第一定律的基本概念、重要性和應(yīng)用。同時(shí)，我們也通過(guò)實(shí)踐活動(dòng)和小組討論加深了對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解。我希望大家能夠掌握這些知識(shí)點(diǎn)，并在日常生活中靈活運(yùn)用。最后，如果有任何疑問(wèn)或不明白的地方，請(qǐng)隨時(shí)向我提問(wèn)。六、知識(shí)點(diǎn)梳理本節(jié)課的主要教學(xué)內(nèi)容為熱力學(xué)第一定律，具體包括以下幾個(gè)知識(shí)點(diǎn)：

1.內(nèi)能的概念：內(nèi)能是指物體內(nèi)部所有分子由于熱運(yùn)動(dòng)而具有的動(dòng)能和分子之間勢(shì)能的總和。內(nèi)能與物體的溫度和質(zhì)量有關(guān)。

2.熱量傳遞：熱量是指由于溫度差引起的熱能傳遞現(xiàn)象。熱量傳遞有三種方式：傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。

3.功的概念：功是指力對(duì)物體作用產(chǎn)生的效果，等于力與物體位移的乘積。功有正負(fù)之分，正功表示能量的增加，負(fù)功表示能量的減少。

4.熱力學(xué)第一定律的表述：一個(gè)系統(tǒng)的內(nèi)能變化等于外界向系統(tǒng)傳遞的熱量與外界對(duì)系統(tǒng)所做的功的代數(shù)和。

5.熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式：ΔU=Q-W，其中ΔU表示系統(tǒng)內(nèi)能的變化，Q表示系統(tǒng)吸收的熱量，W表示外界對(duì)系統(tǒng)所做的功。

6.熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用：熱力學(xué)第一定律在實(shí)際生活中有廣泛的應(yīng)用，如汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、空調(diào)、熱機(jī)等。

7.能量守恒定律：能量不能創(chuàng)造也不能消失，只能從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式，或從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體。在轉(zhuǎn)換或轉(zhuǎn)移過(guò)程中，能量的總量保持不變。

8.熱力學(xué)第一定律與能量守恒定律的關(guān)系：熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在熱現(xiàn)象中的具體表現(xiàn)，強(qiáng)調(diào)的是能量的轉(zhuǎn)換和傳遞過(guò)程中能量守恒的原理。

9.實(shí)際問(wèn)題中的熱力學(xué)第一定律：在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)，如何正確地應(yīng)用熱力學(xué)第一定律，包括確定系統(tǒng)邊界、分析能量轉(zhuǎn)換和傳遞過(guò)程、計(jì)算內(nèi)能變化等。

10.熱力學(xué)第一定律的局限性：熱力學(xué)第一定律適用于封閉系統(tǒng)，對(duì)于開(kāi)放系統(tǒng)或非平衡過(guò)程，需要借助其他熱力學(xué)定律進(jìn)行分析。七、教學(xué)評(píng)價(jià)與反饋1.課堂表現(xiàn)：評(píng)價(jià)學(xué)生在課堂上的參與程度、提問(wèn)回答、互動(dòng)交流等情況。鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)參與課堂討論，提出問(wèn)題，表達(dá)自己的觀點(diǎn)。

2.小組討論成果展示：評(píng)價(jià)學(xué)生在分組討論中的表現(xiàn)，包括參與程度、合作能力、問(wèn)題解決能力等。鼓勵(lì)學(xué)生積極與小組成員交流，共同完成討論任務(wù)。

3.隨堂測(cè)試：通過(guò)隨堂測(cè)試評(píng)估學(xué)生對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解和掌握程度。測(cè)試題目的設(shè)計(jì)應(yīng)涵蓋本節(jié)課的主要知識(shí)點(diǎn)，包括概念理解、公式運(yùn)用和實(shí)際問(wèn)題解決等。

4.作業(yè)完成情況：評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)課后作業(yè)的完成質(zhì)量，包括題目解答的準(zhǔn)確性、解題思路的清晰性以及問(wèn)題解決的完整性等。

5.教師評(píng)價(jià)與反饋：針對(duì)學(xué)生的課堂表現(xiàn)、小組討論成果、隨堂測(cè)試和作業(yè)完成情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，給予學(xué)生積極的反饋和建議。鼓勵(lì)學(xué)生認(rèn)識(shí)到自己的優(yōu)點(diǎn)和需要改進(jìn)的地方，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)動(dòng)力和自信心。同時(shí)，教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)，及時(shí)調(diào)整教學(xué)方法和策略，以提高教學(xué)效果。八、反思改進(jìn)措施（一）教學(xué)特色創(chuàng)新

1.引入實(shí)際案例：在教學(xué)中，引入與熱力學(xué)第一定律相關(guān)的實(shí)際案例，如汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理、空調(diào)的熱交換過(guò)程等，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)際應(yīng)用能力。

2.運(yùn)用多媒體資源：利用多媒體資源，如視頻、動(dòng)畫(huà)等，形象生動(dòng)地展示熱力學(xué)第一定律的原理和應(yīng)用，幫助學(xué)生更好地理解和掌握知識(shí)。

3.開(kāi)展小組討論：組織學(xué)生進(jìn)行小組討論，鼓勵(lì)他們提出問(wèn)題、分享觀點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作和科學(xué)交流能力。

（二）存在主要問(wèn)題

1.課堂參與度不足：部分學(xué)生在課堂上參與度不高，缺乏主動(dòng)提問(wèn)和積極回答問(wèn)題的意識(shí)。

2.部分學(xué)生對(duì)公式和概念的理解不夠深入：在實(shí)際問(wèn)題解決中，部分學(xué)生對(duì)熱力學(xué)第一定律的公式和概念理解不夠深入，影響了解決問(wèn)題的能力。

3.課堂管理需要加強(qiáng)：在課堂討論和小組活動(dòng)中，需要加強(qiáng)課堂管理，確保學(xué)生能夠有序地進(jìn)行學(xué)習(xí)和交流。

（三）改進(jìn)措施

1.提高課堂參與度：通過(guò)設(shè)置問(wèn)題、鼓勵(lì)提問(wèn)、組織討論等方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與熱情，提高課堂參與度。

2.加強(qiáng)公式和概念的講解和練習(xí)：在教學(xué)中，加強(qiáng)對(duì)熱力學(xué)第一定律公式和概念的講解和練習(xí)，通過(guò)實(shí)例分析和問(wèn)題解決，幫助學(xué)生深入理解并熟練掌握。

3.優(yōu)化課堂管理：制定明確的課堂規(guī)則和活動(dòng)安排，確保學(xué)生能夠有序地進(jìn)行學(xué)習(xí)和交流，提高課堂管理的有效性。內(nèi)容邏輯關(guān)系①概念與理論：

重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)：內(nèi)能、熱量傳遞、功、熱力學(xué)第一定律、能量守恒定律。

板書(shū)設(shè)計(jì)：

1.內(nèi)能：物體內(nèi)所有分子動(dòng)能和勢(shì)能的總和。

2.熱量傳遞：因溫度差引起的熱能傳遞，包括傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。

3.功：力對(duì)物體作用產(chǎn)生的效果，等于力與位移的乘積。

4.熱力學(xué)第一定律：系統(tǒng)內(nèi)能變化等于外界傳遞的熱量和外界所做的功之和。

5.能量守恒定律：能量不能創(chuàng)造也不能消失，只能從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式。

②應(yīng)用與實(shí)例：

重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)：熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用、實(shí)際問(wèn)題解決。

板書(shū)設(shè)計(jì)：

1.熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用：汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、空調(diào)、熱機(jī)等。

2.實(shí)際問(wèn)題解決：確定系統(tǒng)邊界、分析能量轉(zhuǎn)換和傳遞、計(jì)算內(nèi)能變化。

③方法與策略：

重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)：教學(xué)方法、實(shí)踐活動(dòng)、小組討論。

板書(shū)設(shè)計(jì)：

1.教學(xué)方法：講授、討論、案例研究、項(xiàng)目導(dǎo)向?qū)W習(xí)。

2.實(shí)踐活動(dòng)：實(shí)驗(yàn)操作、分組討論、成果展示。

3.小組討論：討論主題、引導(dǎo)與啟發(fā)、成果分享。課后拓展1.拓展內(nèi)容：

-閱讀材料：《熱力學(xué)原理與應(yīng)用》（作者：李春陽(yáng)）、《熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)》（作者：楊振寧、吳大猷）

-視頻資源：《熱力學(xué)第一定律的原理與應(yīng)用》（YouTube）、《熱力學(xué)第二定律的原理與應(yīng)用》（YouTube）

-網(wǎng)絡(luò)資源：《熱力學(xué)第一定律的原理與應(yīng)用》（Wikipedia）、《熱力學(xué)第二定律的原理與應(yīng)用》（Wikipedia）

2.拓展要求：

-鼓勵(lì)學(xué)生利用課后時(shí)間進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和拓展，加深對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解和應(yīng)用。

-教師可提供必要的指導(dǎo)和幫助，如推薦閱讀材料、解答疑問(wèn)等。

-學(xué)生可以結(jié)合閱讀材料和視頻資源，深入研究熱力學(xué)第一定律的原理和應(yīng)用。

-學(xué)生可以利用網(wǎng)絡(luò)資源，了解熱力學(xué)第一定律在其他領(lǐng)域的應(yīng)用，如工程、環(huán)境科學(xué)等。

-學(xué)生可以嘗試解決一些與熱力學(xué)第一定律相關(guān)的實(shí)際問(wèn)題，如計(jì)算汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率、分析空調(diào)系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換等。

-學(xué)生可以與同學(xué)進(jìn)行討論和交流，分享自己的學(xué)習(xí)心得和問(wèn)題解決經(jīng)驗(yàn)。

-學(xué)生可以參加相關(guān)的學(xué)術(shù)活動(dòng)或競(jìng)賽，如物理競(jìng)賽、科技創(chuàng)新大賽等，展示自己的學(xué)習(xí)和研究成果。

-學(xué)生可以嘗試將熱力學(xué)第一定律應(yīng)用于自己的興趣愛(ài)好或生活中，如制作太陽(yáng)能熱水器、設(shè)計(jì)節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品等。

-學(xué)生可以關(guān)注相關(guān)的科學(xué)研究和前沿技術(shù)，如熱力學(xué)第二定律的研究、熱力學(xué)在納米技術(shù)中的應(yīng)用等。

-學(xué)生可以利用課后時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，如制作熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置、進(jìn)行熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析等。

-學(xué)生可以參與相關(guān)的社會(huì)實(shí)踐，如參觀熱力發(fā)電廠、與熱力學(xué)專(zhuān)家交流等。

-學(xué)生可以利用課