2024-2025學(xué)年高中物理 第10章 熱力學(xué)定律 2 熱和內(nèi)能教案4 新人教版選修3-3

2024-2025學(xué)年高中物理第10章熱力學(xué)定律2熱和內(nèi)能教案4新人教版選修3-3學(xué)校授課教師課時授課班級授課地點教具教學(xué)內(nèi)容本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容來自2024-2025學(xué)年高中物理第10章“熱力學(xué)定律”的第2節(jié)“熱和內(nèi)能”，教案為新人教版選修3-3。本節(jié)課的主要內(nèi)容包括：

1.熱力學(xué)第一定律：能量守恒定律，即系統(tǒng)內(nèi)能的變化等于外界對系統(tǒng)做的功和系統(tǒng)吸收的熱量的和。

2.熱力學(xué)第二定律：熵增原理，即孤立系統(tǒng)的總熵不會自發(fā)減少，熱力學(xué)過程總是向熵增的方向進行。

3.熱力學(xué)第三定律：絕對零度的不可達到性，即在熱力學(xué)過程中，系統(tǒng)的熵不可能自發(fā)減少到零。

4.內(nèi)能的計算：分子動能和分子勢能的總和，內(nèi)能與溫度、體積和物質(zhì)的量有關(guān)。

5.熱量傳遞的方式：傳導(dǎo)、對流和輻射。

6.熱效率的計算：熱機效率等于做功的熱量與吸收的熱量的比值。核心素養(yǎng)目標(biāo)分析本節(jié)課的核心素養(yǎng)目標(biāo)分析如下：

1.科學(xué)思維：通過學(xué)習(xí)熱力學(xué)定律，培養(yǎng)學(xué)生運用科學(xué)思維方法分析和解決問題的能力，使其能夠從實驗和理論上理解和掌握熱力學(xué)基本原理。

2.科學(xué)探究：培養(yǎng)學(xué)生運用觀察、實驗、分析和推理等方法進行科學(xué)探究的能力，使其能夠通過實驗驗證熱力學(xué)定律，提高學(xué)生的實踐操作能力。

3.科學(xué)態(tài)度與價值觀：通過學(xué)習(xí)熱力學(xué)定律，使學(xué)生認識到自然界的規(guī)律性，增強學(xué)生對科學(xué)的熱愛和好奇心，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和團隊協(xié)作精神。

4.科學(xué)知識與技能：使學(xué)生掌握熱力學(xué)基本定律和內(nèi)能的概念，培養(yǎng)學(xué)生運用物理知識解決實際問題的能力，為其進一步學(xué)習(xí)物理學(xué)其他分支打下基礎(chǔ)。

5.數(shù)學(xué)運用：通過熱力學(xué)定律的學(xué)習(xí)，提高學(xué)生運用數(shù)學(xué)工具解決物理問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生將數(shù)學(xué)知識應(yīng)用于物理領(lǐng)域的意識。學(xué)情分析針對2024-2025學(xué)年高中物理第10章“熱力學(xué)定律”的第2節(jié)“熱和內(nèi)能”，本節(jié)課的學(xué)情分析如下：

1.學(xué)生層次：根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，可以將學(xué)生分為三個層次。第一層次為優(yōu)秀生，他們對物理知識有較深入的理解和掌握，學(xué)習(xí)主動性強，具備一定的探究能力；第二層次為中等生，他們對物理知識有一定的理解，但掌握程度一般，學(xué)習(xí)積極性一般，需要老師在教學(xué)中給予一定程度的引導(dǎo)和激勵；第三層次為學(xué)困生，他們對物理知識理解不足，學(xué)習(xí)積極性低，需要在教學(xué)中給予更多的關(guān)注和支持。

2.知識、能力、素質(zhì)方面：在知識方面，學(xué)生已經(jīng)掌握了熱力學(xué)基本概念和能量守恒定律，為本節(jié)課的熱力學(xué)定律和內(nèi)能的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。在能力方面，學(xué)生具備一定的實驗操作能力和物理思維能力，但部分學(xué)生在解決復(fù)雜物理問題時仍存在困難。在素質(zhì)方面，學(xué)生具備一定的科學(xué)素養(yǎng)，但部分學(xué)生在團隊合作和溝通表達方面有待提高。

3.行為習(xí)慣：學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中，部分學(xué)生聽課認真，積極參與討論，但部分學(xué)生課堂注意力不集中，容易走神。在作業(yè)完成方面，大部分學(xué)生能夠按時完成作業(yè)，但部分學(xué)生對作業(yè)中的難題缺乏獨立思考和解決問題的能力。在自主學(xué)習(xí)方面，優(yōu)秀生能夠主動預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，但學(xué)困生往往缺乏自主學(xué)習(xí)的能力和習(xí)慣。

4.對課程學(xué)習(xí)的影響：針對不同層次的學(xué)生，課程學(xué)習(xí)的影響因素有所不同。優(yōu)秀生在學(xué)習(xí)過程中容易產(chǎn)生自滿情緒，需要老師在教學(xué)中設(shè)置一定難度的任務(wù)，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣；中等生在學(xué)習(xí)過程中缺乏自信，老師需要給予鼓勵和指導(dǎo)，幫助他們建立自信；學(xué)困生在學(xué)習(xí)過程中容易放棄，老師需要關(guān)注他們的學(xué)習(xí)狀態(tài)，耐心解答他們的疑問，提高他們的學(xué)習(xí)積極性。

5.教學(xué)策略：針對不同層次的學(xué)生和他們的學(xué)習(xí)需求，老師應(yīng)采取不同的教學(xué)策略。對于優(yōu)秀生，老師可以設(shè)置挑戰(zhàn)性的任務(wù)，引導(dǎo)他們深入探究；對于中等生，老師可以給予更多的關(guān)注和鼓勵，幫助他們提高學(xué)習(xí)積極性；對于學(xué)困生，老師需要耐心解答他們的疑問，提高他們的學(xué)習(xí)自信心。同時，老師還應(yīng)關(guān)注學(xué)生的行為習(xí)慣，培養(yǎng)他們良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，提高他們的學(xué)習(xí)效果。教學(xué)資源1.軟硬件資源：多媒體教室、物理實驗室、計算器、白板、投影儀、實驗器材（如溫度計、熱量計等）。

2.課程平臺：學(xué)校教學(xué)管理系統(tǒng)、物理學(xué)科教學(xué)平臺。

3.信息化資源：教學(xué)課件、視頻教程、在線習(xí)題庫、學(xué)術(shù)期刊論文、互聯(lián)網(wǎng)資源（如科學(xué)新聞、實驗案例等）。

4.教學(xué)手段：講授法、實驗法、討論法、小組合作學(xué)習(xí)、問題驅(qū)動學(xué)習(xí)、在線學(xué)習(xí)平臺。

5.輔助材料：教材、教輔資料、實驗指導(dǎo)書、學(xué)習(xí)手冊、歷年高考題庫。教學(xué)流程（一）課前準(zhǔn)備（預(yù)計用時：5分鐘）

學(xué)生預(yù)習(xí)：

發(fā)放預(yù)習(xí)材料，引導(dǎo)學(xué)生提前了解熱力學(xué)定律和內(nèi)能的學(xué)習(xí)內(nèi)容，標(biāo)記出有疑問或不懂的地方。

設(shè)計預(yù)習(xí)問題，激發(fā)學(xué)生思考，為課堂學(xué)習(xí)熱力學(xué)定律和內(nèi)能做好準(zhǔn)備。

教師備課：

深入研究教材，明確熱力學(xué)定律和內(nèi)能教學(xué)目標(biāo)和重難點。

準(zhǔn)備教學(xué)用具和多媒體資源，確保熱力學(xué)定律和內(nèi)能教學(xué)過程的順利進行。

設(shè)計課堂互動環(huán)節(jié)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)熱力學(xué)定律和內(nèi)能的積極性。

（二）課堂導(dǎo)入（預(yù)計用時：3分鐘）

激發(fā)興趣：

提出問題或設(shè)置懸念，引發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，引導(dǎo)學(xué)生進入熱力學(xué)定律和內(nèi)能學(xué)習(xí)狀態(tài)。

回顧舊知：

簡要回顧上節(jié)課學(xué)習(xí)的能量守恒定律，幫助學(xué)生建立知識之間的聯(lián)系。

提出問題，檢查學(xué)生對舊知的掌握情況，為熱力學(xué)定律和內(nèi)能新課學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

（三）新課呈現(xiàn)（預(yù)計用時：25分鐘）

知識講解：

清晰、準(zhǔn)確地講解熱力學(xué)定律和內(nèi)能的知識點，結(jié)合實例幫助學(xué)生理解。

突出重點，強調(diào)難點，通過對比、歸納等方法幫助學(xué)生加深記憶。

互動探究：

設(shè)計小組討論環(huán)節(jié)，讓學(xué)生圍繞熱力學(xué)定律和內(nèi)能問題展開討論，培養(yǎng)學(xué)生的合作精神和溝通能力。

鼓勵學(xué)生提出自己的觀點和疑問，引導(dǎo)學(xué)生深入思考，拓展思維。

技能訓(xùn)練：

設(shè)計實踐活動或?qū)嶒?，讓學(xué)生在實踐中體驗熱力學(xué)定律和內(nèi)能知識的應(yīng)用，提高實踐能力。

在熱力學(xué)定律和內(nèi)能新課呈現(xiàn)結(jié)束后，對知識點進行梳理和總結(jié)。

強調(diào)重點和難點，幫助學(xué)生形成完整的知識體系。

（四）鞏固練習(xí)（預(yù)計用時：5分鐘）

隨堂練習(xí)：

隨堂練習(xí)題，讓學(xué)生在課堂上完成，檢查學(xué)生對熱力學(xué)定律和內(nèi)能知識的掌握情況。

鼓勵學(xué)生相互討論、互相幫助，共同解決熱力學(xué)定律和內(nèi)能問題。

錯題訂正：

針對學(xué)生在隨堂練習(xí)中出現(xiàn)的錯誤，進行及時訂正和講解。

引導(dǎo)學(xué)生分析錯誤原因，避免類似錯誤再次發(fā)生。

（五）拓展延伸（預(yù)計用時：3分鐘）

知識拓展：

介紹與熱力學(xué)定律和內(nèi)能內(nèi)容相關(guān)的拓展知識，拓寬學(xué)生的知識視野。

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

情感升華：

結(jié)合熱力學(xué)定律和內(nèi)能內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生思考學(xué)科與生活的聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感。

鼓勵學(xué)生分享學(xué)習(xí)熱力學(xué)定律和內(nèi)能的心得和體會，增進師生之間的情感交流。

（六）課堂小結(jié)（預(yù)計用時：2分鐘）

簡要回顧本節(jié)課學(xué)習(xí)的熱力學(xué)定律和內(nèi)能內(nèi)容，強調(diào)重點和難點。

肯定學(xué)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(xué)習(xí)的熱力學(xué)定律和內(nèi)能內(nèi)容，布置適量的課后作業(yè)，鞏固學(xué)習(xí)效果。

提醒學(xué)生注意作業(yè)要求和時間安排，確保作業(yè)質(zhì)量。拓展與延伸1.提供與本節(jié)課內(nèi)容相關(guān)的拓展閱讀材料：

《熱力學(xué)導(dǎo)論》（IntroductiontoThermodynamics）：該書詳細介紹了熱力學(xué)的基本概念、定律和應(yīng)用，適合作為本節(jié)課的拓展閱讀材料。

《熱能工程》（ThermalEngineering）：該書涵蓋了熱能轉(zhuǎn)換、熱力學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計和分析等內(nèi)容，有助于學(xué)生深入了解熱力學(xué)在工程領(lǐng)域的應(yīng)用。

《分子熱力學(xué)》（MolecularThermodynamics）：該書介紹了分子水平上的熱力學(xué)原理，有助于學(xué)生理解熱力學(xué)現(xiàn)象的微觀機制。

2.鼓勵學(xué)生進行課后自主學(xué)習(xí)和探究：

（1）讓學(xué)生結(jié)合教材和拓展閱讀材料，深入研究熱力學(xué)定律和內(nèi)能的原理，理解其在工作和生活中的應(yīng)用。

（2）鼓勵學(xué)生參加學(xué)術(shù)講座、研討會等，了解熱力學(xué)領(lǐng)域的前沿動態(tài)和研究進展。

（3）引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注熱力學(xué)在能源、環(huán)保等領(lǐng)域的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感。

（4）組織學(xué)生進行熱力學(xué)實驗和項目研究，提高學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力。

（5）鼓勵學(xué)生撰寫科普文章，分享熱力學(xué)知識，提高學(xué)生的溝通能力和影響力。

（6）建議學(xué)生參加物理競賽、創(chuàng)新項目等，提升自己的物理素養(yǎng)和綜合素質(zhì)。板書設(shè)計①藝術(shù)性：

1.使用彩色粉筆區(qū)分熱力學(xué)定律的不同部分，如用藍色表示能量守恒定律，紅色表示熵增原理等。

2.采用圖表、圖示等視覺元素，以直觀的方式呈現(xiàn)熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)變化。

3.設(shè)計具有美觀性的板書布局，使得板書既清晰又吸引學(xué)生的注意力。

②趣味性：

1.通過有趣的熱力學(xué)現(xiàn)象或?qū)嶒灒鐭崤蛎?、冰塊融化等，引發(fā)學(xué)生的興趣。

2.以故事形式引入熱力學(xué)定律的發(fā)現(xiàn)過程，如焦耳實驗、卡諾循環(huán)等。

3.設(shè)計互動環(huán)節(jié)，如學(xué)生上臺演示熱力學(xué)實驗，讓學(xué)生親身體驗熱力學(xué)原理。

③重點知識點：

1.能量守恒定律：系統(tǒng)內(nèi)能的變化等于外界對系統(tǒng)做的功和系統(tǒng)吸收的熱量的和。

2.熵增原理：孤立系統(tǒng)的總熵不會自發(fā)減少，熱力學(xué)過程總是向熵增的方向進行。

3.熱力學(xué)第三定律：絕對零度的不可達到性，即在熱力學(xué)過程中，系統(tǒng)的熵不可能自發(fā)減少到零。

4.內(nèi)能的計算：分子動能和分子勢能的總和，內(nèi)能與溫度、體積和物質(zhì)的量有關(guān)。

5.熱量傳遞的方式：傳導(dǎo)、對流和輻射。

6.熱效率的計算：熱機效率等于做功的熱量與吸收的熱量的比值。典型例題講解1.例題1：一個封閉系統(tǒng)，在恒溫恒壓條件下，吸收了Q的熱量，系統(tǒng)對外做功W，求系統(tǒng)的內(nèi)能變化ΔU。

答案：ΔU=Q-W

2.例題2：一個理想氣體在等溫膨脹過程中，如果外力對氣體做的功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，求氣體的內(nèi)能變化。

答案：ΔU=W

3.例題3：一個絕熱容器中的理想氣體，從初態(tài)P1、V1、T1變化到末態(tài)P2、V2、T2，求氣體的內(nèi)能變化。

答案：ΔU=0

4.例題4：一個系統(tǒng)在恒溫恒壓條件下，吸收了Q的熱量，系統(tǒng)對外做功W，求系統(tǒng)的熵變ΔS。

答案：ΔS=Q/T

5.例題5：一個封閉系統(tǒng)，在恒溫恒壓條件下，吸收了Q的熱量，系統(tǒng)對外做功W，求系統(tǒng)的熵變ΔS。

答案：ΔS=Q-W/T

6.例題6：一個理想氣體在等溫壓縮過程中，如果外力對氣體做的功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，求氣體的熵變。

答案：ΔS=0

7.例題7：一個絕熱容器中的理想氣體，從初態(tài)P1、V1、T1變化到末態(tài)P2、V2、T2，求氣體的熵變。

答案：ΔS=0

8.例題8：一個封閉系統(tǒng)，在恒溫恒壓條件下，吸收了Q的熱量，系統(tǒng)對外做功W，求系統(tǒng)的熵變ΔS。

答案：ΔS=Q/T-W/T

9.例題9：一個絕熱過程，系統(tǒng)的內(nèi)能不變，求系統(tǒng)的熵變。

答案：ΔS=0

10.例題10：一個等壓過程，系統(tǒng)的內(nèi)能不變，求系統(tǒng)的熵變。

答案：ΔS=0

11.例題11：一個等體過程，系統(tǒng)的內(nèi)能不變，求系統(tǒng)的熵變。

答案：ΔS=0

12.例題12：一個封閉系統(tǒng)，在恒溫恒壓條件下，吸收了Q的熱量，系統(tǒng)對外做功W，求系統(tǒng)的熵變ΔS。

答案：ΔS=Q/T-W/T

13.例題13：一個理想氣體在等溫膨脹過程中，如果外力對氣體做的功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，求氣體的熵變。

答案：ΔS=0

14.例題14：一個絕熱容器中的理想氣體，從初態(tài)P1、V1、T1變化到末態(tài)P2、V2、T2，求氣體的熵變。

答案：ΔS=0

15.例題15：一個封閉系統(tǒng)，在恒溫恒壓條件下，吸收了Q的熱量，系統(tǒng)對外做功W，求系統(tǒng)的熵變ΔS。

答案：ΔS=Q/T-W/T

16.例題16：一個理想氣體在等溫壓縮過程中，如果外力對氣體做的功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，求氣體的熵變。

答案：ΔS=0

17.例題17：一個絕熱過程，系統(tǒng)的內(nèi)能不變，求系統(tǒng)的熵變。

答案：ΔS=0

18.例題18：一個等壓過程，系統(tǒng)的內(nèi)能不變，求系統(tǒng)的熵變。

答案：ΔS=0

19.例題19：一個等體過程，系統(tǒng)的內(nèi)能不變，求系統(tǒng)的熵變。

答案：ΔS=0

20.例題20：一個封閉系統(tǒng)，在恒溫恒壓條件下，吸收了Q的熱量，系統(tǒng)對外做功W，求系統(tǒng)的熵變ΔS。

答案：ΔS=Q/T-W/T課堂小結(jié)，當(dāng)堂檢測課堂小結(jié)：

1.總結(jié)本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容：熱力學(xué)定律和內(nèi)能的概念，以及如何通過熱力學(xué)定律和內(nèi)能來分析和解決問題。

2.強調(diào)重點和難點：能量守恒定律、熵增原理、內(nèi)能的計算方法、熱量傳遞的方式、熱效率的計算。

3.提醒學(xué)生注意：內(nèi)能的變化等于外界對系統(tǒng)做的功和系統(tǒng)吸收的熱量的和，熵增原理說明孤立系統(tǒng)的總熵不會自發(fā)減少，熱力學(xué)過程總是向熵增的方向進行。

4.鼓勵學(xué)生積極思考，將所學(xué)知識應(yīng)用到實際問題中，提高解決實際問題的能力。

當(dāng)堂檢測：

1.請簡述能量守恒定律的含義及其在實際中的應(yīng)用。

答案：能量守恒定律指出，在一個封閉系統(tǒng)中，能量不會憑空產(chǎn)生或消失，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。這一定律在許多實際問題中都有應(yīng)用，例如，在化學(xué)反應(yīng)中，反應(yīng)前后的總能量是相等的；在物理運動中，物體的動能和勢能之和保持不變。

2.請解釋熵增原理的含義，并給出一個例子說明。

答案：熵增原理指出，在孤立系統(tǒng)中，總熵不會自發(fā)減少。這是一個熱力學(xué)定律，說明自然過程總是向熵增的方向進行。例如，在一個封閉的房間里，如果沒有任何外界干預(yù)，房間的溫度會逐漸升高，這是因為熱量從高溫物體傳遞到低溫物體，導(dǎo)致系統(tǒng)的熵增加。

3.請計算一個理想氣體在等溫膨脹過程中，如果外力對氣體做的功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，氣體的內(nèi)能變化。

答案：氣體的內(nèi)能變化=功=P1*V1*T1/T2-P2*V2*T2/T1

4.請解釋內(nèi)能的計算方法，并給出一個具體的例子。

答案：內(nèi)能的計算方法是分子動能和分子勢能的總和。例如，一個理想氣體的內(nèi)能可以通過以下公式計算：

內(nèi)能=(3/2)nRT

其中，n是氣體的物質(zhì)的量，R是理想氣體常數(shù)，T是氣體的溫度。

5.請說明熱量傳遞的方式，并給出一個例子。

答案：熱量傳遞的方式有三種：傳導(dǎo)、對流和輻射。例如，在金屬中，熱量可以通過原子之間的振動傳遞，這就是傳導(dǎo)；在水面上，熱量可以通過水分子之間的對流傳遞，這就是對流；在太空中，熱量可以通過電磁波的輻射傳遞，這就是輻射。

6.請計算一個封閉系統(tǒng)在恒溫恒壓條件下，吸收了Q的熱量，系統(tǒng)對外做功W，系統(tǒng)的熵變ΔS。

答案：系統(tǒng)的熵變=Q/T-W/T

7.請解釋熱效率的計算方法，并給出一個具體的例子。

答案：熱效率的計算方法是做功的熱量與吸收的熱量的比值。例如，一個熱機在吸收了Q的熱量后，對外做功W，熱效率可以通過以下公式計算：

熱效率=W/Q

8.請簡述本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容，并談?wù)勀銓崃W(xué)定律和內(nèi)能的理