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2 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2教科版選修3-3主備人備課成員教學(xué)內(nèi)容分析本節(jié)課的主要教學(xué)內(nèi)容是熱力學(xué)第一定律。這部分內(nèi)容是高中物理第四章能量守恒與熱力學(xué)定律的第二節(jié)，也是教科版選修3-3的教學(xué)內(nèi)容。具體包括以下幾個(gè)方面：

1.熱力學(xué)第一定律的表述：能量不能被創(chuàng)造或消滅，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(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，能量的總值保持不變。

2.內(nèi)能的概念：內(nèi)能是指物體內(nèi)部所有分子由于無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)而具有的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和。

3.熱量與功的轉(zhuǎn)換：熱量是一種能量形式，可以通過(guò)熱傳遞的方式從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體。功也可以轉(zhuǎn)化為熱量。

4.熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用：通過(guò)計(jì)算物體在吸熱或放熱過(guò)程中的內(nèi)能變化，可以解釋一些熱現(xiàn)象，如熱機(jī)的工作原理、熱膨脹等。

教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生已有知識(shí)的聯(lián)系：學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中已經(jīng)掌握了能量的守恒定律，對(duì)于能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移有一定的了解。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生將進(jìn)一步深入理解熱力學(xué)第一定律，并將已有知識(shí)應(yīng)用到新的領(lǐng)域。核心素養(yǎng)目標(biāo)分析本節(jié)課的核心素養(yǎng)目標(biāo)主要從以下三個(gè)方面展開(kāi)：

1.科學(xué)思維：通過(guò)學(xué)習(xí)熱力學(xué)第一定律，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)思維方法分析和解決問(wèn)題的能力。學(xué)生需要理解能量守恒的概念，并能將其應(yīng)用到熱力學(xué)問(wèn)題的分析中，培養(yǎng)邏輯推理和科學(xué)論證的能力。

2.科學(xué)探究：在教學(xué)過(guò)程中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察和數(shù)據(jù)分析，探究熱量與功的轉(zhuǎn)換關(guān)系。學(xué)生通過(guò)實(shí)踐操作，培養(yǎng)觀察、實(shí)驗(yàn)、分析和解決問(wèn)題的能力，提高實(shí)踐操作技能。

3.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)到自然界中能量守恒的重要性，培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)和可持續(xù)發(fā)展觀念。同時(shí)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中能夠體驗(yàn)到科學(xué)研究的方法和過(guò)程，培養(yǎng)對(duì)科學(xué)的熱愛(ài)和追求真理的態(tài)度。學(xué)情分析本節(jié)課的對(duì)象是高中物理選修3-3的學(xué)生，他們已經(jīng)完成了初中物理的學(xué)習(xí)，具有一定的物理基礎(chǔ)知識(shí)。在學(xué)習(xí)本節(jié)課之前，學(xué)生已經(jīng)掌握了能量守恒定律和一些基本的熱學(xué)知識(shí)，如溫度的概念和熱傳遞的方式。這些知識(shí)為本節(jié)課的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。

在知識(shí)層面，學(xué)生對(duì)于能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移有一定的理解，但可能對(duì)于內(nèi)能的概念和熱量與功的轉(zhuǎn)換關(guān)系還不夠清晰。因此，在教學(xué)過(guò)程中，教師需要幫助學(xué)生進(jìn)一步鞏固這些知識(shí)點(diǎn)，并將其與熱力學(xué)第一定律相結(jié)合。

在能力層面，大部分學(xué)生具備一定的邏輯推理和科學(xué)論證能力，能夠進(jìn)行簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)觀察和數(shù)據(jù)分析。然而，在運(yùn)用科學(xué)思維方法解決復(fù)雜物理問(wèn)題時(shí)，部分學(xué)生可能存在一定的困難。因此，教師在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用已有的知識(shí)解決新的問(wèn)題。

在素質(zhì)方面，大部分學(xué)生對(duì)于物理學(xué)科具有一定的興趣和好奇心，希望能夠通過(guò)學(xué)習(xí)了解到更多的物理現(xiàn)象和規(guī)律。然而，部分學(xué)生可能對(duì)于物理學(xué)習(xí)存在恐懼心理，認(rèn)為物理難以理解和掌握。因此，教師在教學(xué)過(guò)程中需要關(guān)注學(xué)生的情感態(tài)度，鼓勵(lì)他們積極參與課堂討論和實(shí)踐活動(dòng)，培養(yǎng)他們對(duì)物理學(xué)科的興趣和自信心。

在行為習(xí)慣方面，學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣和學(xué)習(xí)態(tài)度對(duì)于課程學(xué)習(xí)有很大的影響。部分學(xué)生可能存在拖延、課堂注意力不集中等問(wèn)題，這會(huì)影響他們對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握。因此，教師在教學(xué)過(guò)程中需要注重培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣，提高他們的學(xué)習(xí)效率。學(xué)具準(zhǔn)備多媒體課型新授課教法學(xué)法講授法課時(shí)第一課時(shí)師生互動(dòng)設(shè)計(jì)二次備課教學(xué)資源準(zhǔn)備1.教材：確保每位學(xué)生都有本節(jié)課所需的教科版選修3-3教材，以便他們能夠在課堂上跟隨教師的講解進(jìn)行學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)。

2.輔助材料：準(zhǔn)備與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的圖片、圖表、視頻等多媒體資源，以便在課堂上進(jìn)行直觀展示和解釋。這些資源可以幫助學(xué)生更好地理解和記憶熱力學(xué)第一定律的相關(guān)概念。

3.實(shí)驗(yàn)器材：本節(jié)課可能涉及一些實(shí)驗(yàn)操作，如熱量傳遞實(shí)驗(yàn)、熱機(jī)工作原理實(shí)驗(yàn)等。需要提前準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)所需的器材，并確保其完整性和安全性。同時(shí)，教師還需要制定實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程和安全注意事項(xiàng)，以確保學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的安全和正確操作。

4.教室布置：根據(jù)教學(xué)需要，對(duì)教室進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟贾??？梢栽O(shè)置分組討論區(qū)，供學(xué)生進(jìn)行小組討論和合作學(xué)習(xí)；還可以設(shè)置實(shí)驗(yàn)操作臺(tái)，供學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。通過(guò)合理的教室布置，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效果。

5.教學(xué)工具：準(zhǔn)備好教學(xué)所需的黑板、投影儀、電腦等教學(xué)工具，以便教師在課堂上進(jìn)行講解和演示。

6.教學(xué)反饋問(wèn)卷：準(zhǔn)備一份教學(xué)反饋問(wèn)卷，以便在課程結(jié)束后收集學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容和學(xué)習(xí)效果的評(píng)價(jià)和建議。這有助于教師了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，進(jìn)一步改進(jìn)教學(xué)方法和策略。教學(xué)流程（一）課前準(zhǔn)備（預(yù)計(jì)用時(shí)：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)第一定律的學(xué)習(xí)內(nèi)容，標(biāo)記出有疑問(wèn)或不懂的地方。

設(shè)計(jì)預(yù)習(xí)問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生思考，為課堂學(xué)習(xí)熱力學(xué)第一定律內(nèi)容做好準(zhǔn)備。

教師備課：

深入研究教材，明確熱力學(xué)第一定律教學(xué)目標(biāo)和熱力學(xué)第一定律重難點(diǎn)。

準(zhǔn)備教學(xué)用具和多媒體資源，確保熱力學(xué)第一定律教學(xué)過(guò)程的順利進(jìn)行。

設(shè)計(jì)課堂互動(dòng)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)熱力學(xué)第一定律的積極性。

（二）課堂導(dǎo)入（預(yù)計(jì)用時(shí)：3分鐘）

激發(fā)興趣：

提出問(wèn)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(jìn)入熱力學(xué)第一定律學(xué)習(xí)狀態(tài)。

回顧舊知：

簡(jiǎn)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(shí)之間的聯(lián)系。

提出問(wèn)題，檢查學(xué)生對(duì)舊知的掌握情況，為熱力學(xué)第一定律新課學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

（三）新課呈現(xiàn)（預(yù)計(jì)用時(shí)：25分鐘）

知識(shí)講解：

清晰、準(zhǔn)確地講解熱力學(xué)第一定律知識(shí)點(diǎn)，結(jié)合實(shí)例幫助學(xué)生理解。

突出熱力學(xué)第一定律重點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)熱力學(xué)第一定律難點(diǎn)，通過(guò)對(duì)比、歸納等方法幫助學(xué)生加深記憶。

互動(dòng)探究：

設(shè)計(jì)小組討論環(huán)節(jié)，讓學(xué)生圍繞熱力學(xué)第一定律問(wèn)題展開(kāi)討論，培養(yǎng)學(xué)生的合作精神和溝通能力。

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

技能訓(xùn)練：

設(shè)計(jì)實(shí)踐活動(dòng)或?qū)嶒?yàn)，讓學(xué)生在實(shí)踐中體驗(yàn)熱力學(xué)第一定律知識(shí)的應(yīng)用，提高實(shí)踐能力。

在熱力學(xué)第一定律新課呈現(xiàn)結(jié)束后，對(duì)熱力學(xué)第一定律知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行梳理和總結(jié)。

強(qiáng)調(diào)熱力學(xué)第一定律的重點(diǎn)和難點(diǎn)，幫助學(xué)生形成完整的知識(shí)體系。

（四）鞏固練習(xí)（預(yù)計(jì)用時(shí)：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(duì)熱力學(xué)第一定律知識(shí)的掌握情況。

鼓勵(lì)學(xué)生相互討論、互相幫助，共同解決熱力學(xué)第一定律問(wèn)題。

錯(cuò)題訂正：

針對(duì)學(xué)生在隨堂練習(xí)中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，進(jìn)行及時(shí)訂正和講解。

引導(dǎo)學(xué)生分析錯(cuò)誤原因，避免類似錯(cuò)誤再次發(fā)生。

（五）拓展延伸（預(yù)計(jì)用時(shí)：3分鐘）

知識(shí)拓展：

介紹與熱力學(xué)第一定律內(nèi)容相關(guān)的拓展知識(shí)，拓寬學(xué)生的知識(shí)視野。

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

情感升華：

結(jié)合熱力學(xué)第一定律內(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(huì)責(zé)任感。

鼓勵(lì)學(xué)生分享學(xué)習(xí)熱力學(xué)第一定律的心得和體會(huì)，增進(jìn)師生之間的情感交流。

（六）課堂小結(jié)（預(yù)計(jì)用時(shí)：2分鐘）

簡(jiǎn)要回顧本節(jié)課學(xué)習(xí)的熱力學(xué)第一定律內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)熱力學(xué)第一定律重點(diǎn)和難點(diǎn)。

肯定學(xué)生的表現(xiàn)，鼓勵(lì)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)第一定律內(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(shí)間安排，確保作業(yè)質(zhì)量。拓展與延伸（一）拓展閱讀材料

1.《熱力學(xué)第二定律》：介紹熱力學(xué)第二定律的概念和內(nèi)容，讓學(xué)生深入了解熱力學(xué)的基本規(guī)律。

2.《熱機(jī)的工作原理》：深入剖析熱機(jī)的工作原理，讓學(xué)生了解熱機(jī)效率的計(jì)算方法及其影響因素。

3.《生活中的熱力學(xué)現(xiàn)象》：通過(guò)生活中的實(shí)例，闡述熱力學(xué)定律在實(shí)際應(yīng)用中的重要性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱力學(xué)的興趣。

4.《熱力學(xué)在工程中的應(yīng)用》：介紹熱力學(xué)在各個(gè)工程領(lǐng)域中的應(yīng)用，如空調(diào)、冰箱等，幫助學(xué)生了解熱力學(xué)在實(shí)際生活中的重要作用。

（二）課后自主學(xué)習(xí)與探究

1.讓學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源，查找熱力學(xué)定律在現(xiàn)代科技領(lǐng)域中的應(yīng)用，如新能源開(kāi)發(fā)、環(huán)保技術(shù)等，培養(yǎng)學(xué)生關(guān)注社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題的意識(shí)。

2.設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)，如自制一個(gè)熱機(jī)，讓學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐，加深對(duì)熱力學(xué)定律的理解。

3.鼓勵(lì)學(xué)生參加物理學(xué)術(shù)競(jìng)賽，如全國(guó)中學(xué)生物理競(jìng)賽等，提高學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)。

4.引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注物理學(xué)家的生平事跡，了解物理學(xué)的發(fā)展歷程，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神。

5.組織學(xué)生參觀科研機(jī)構(gòu)或工廠，親身體驗(yàn)熱力學(xué)定律在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，提高學(xué)生的實(shí)踐能力。反思改進(jìn)措施1.實(shí)踐教學(xué)：通過(guò)實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐活動(dòng)，讓學(xué)生親身體驗(yàn)熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用，提高學(xué)生的實(shí)踐操作能力和對(duì)知識(shí)的深入理解。

2.問(wèn)題導(dǎo)向：設(shè)計(jì)針對(duì)熱力學(xué)第一定律的問(wèn)題和任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探究和解決問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考和解決問(wèn)題的能力。

3.合作學(xué)習(xí)：組織學(xué)生進(jìn)行小組討論和合作學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和溝通能力。

（二）存在主要問(wèn)題

1.學(xué)生參與度不高：在課堂討論和活動(dòng)中，部分學(xué)生參與度不高，可能影響教學(xué)效果。

2.教學(xué)資源不足：在實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐活動(dòng)中，可能存在教學(xué)資源的不足，影響學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)和效果。

3.教學(xué)評(píng)價(jià)方式單一：目前教學(xué)評(píng)價(jià)主要依賴考試成績(jī)，可能忽視了學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（三）改進(jìn)措施

1.提高學(xué)生參與度：通過(guò)設(shè)計(jì)有趣和有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生的興趣和好奇心，鼓勵(lì)他們積極參與課堂討論和活動(dòng)。

2.增加教學(xué)資源：積極爭(zhēng)取更多的教學(xué)資源，如實(shí)驗(yàn)器材和軟件等，為學(xué)生提供更好的學(xué)習(xí)環(huán)境和條件。

3.多元化教學(xué)評(píng)價(jià)：除了考試成績(jī)，還應(yīng)關(guān)注學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，采用多元化教學(xué)評(píng)價(jià)方式，如項(xiàng)目報(bào)告、小組討論等，更全面地評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。典型例題講解例題1：一個(gè)封閉系統(tǒng)，初始內(nèi)能為U1，初始溫度為T1。經(jīng)過(guò)某一過(guò)程后，內(nèi)能為U2，溫度為T2。試根據(jù)熱力學(xué)第一定律，判斷內(nèi)能是否發(fā)生變化，并說(shuō)明理由。

答案：根據(jù)熱力學(xué)第一定律，內(nèi)能是守恒的，即內(nèi)能的變化量等于系統(tǒng)吸收或釋放的熱量。在本題中，由于系統(tǒng)是封閉的，沒(méi)有外部能量的輸入或輸出，因此內(nèi)能不會(huì)發(fā)生變化。

例題2：一個(gè)理想氣體系統(tǒng)，初始狀態(tài)為p1、V1，末狀態(tài)為p2、V2。已知初始內(nèi)能為U1，末狀態(tài)內(nèi)能為U2。試根據(jù)熱力學(xué)第一定律，計(jì)算系統(tǒng)吸收或釋放的熱量。

答案：根據(jù)熱力學(xué)第一定律，系統(tǒng)吸收或釋放的熱量等于內(nèi)能的變化量。內(nèi)能的變化量為U2-U1。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，pV=nRT，其中n為氣體物質(zhì)的量，R為理想氣體常數(shù)，T為溫度。因此，U2-U1=nR(T2-T1)，即系統(tǒng)吸收或釋放的熱量為nR(T2-T1)。

例題3：一個(gè)理想氣體系統(tǒng)，初始狀態(tài)為p1、V1，末狀態(tài)為p2、V2。已知初始內(nèi)能為U1，末狀態(tài)內(nèi)能為U2，系統(tǒng)吸收了熱量Q。試根據(jù)熱力學(xué)第一定律，判斷系統(tǒng)的溫度變化。

答案：根據(jù)熱力學(xué)第一定律，系統(tǒng)吸收的熱量等于內(nèi)能的變化量。內(nèi)能的變化量為U2-U1。理想氣體狀態(tài)方程為pV=nRT，其中n為氣體物質(zhì)的量，R為理想氣體常數(shù)，T為溫度。因此，U2-U1=nRT(V2/V1-1)。因?yàn)镼=nRT(V2/V1-1)，所以Q=U2-U1，即系統(tǒng)的溫度變化為ΔT=(T2-T1)/T1。

例題4：一個(gè)封閉系統(tǒng)，初始內(nèi)能為U1，初始溫度為T1。經(jīng)過(guò)某一過(guò)程后，內(nèi)能為U2，溫度為T2。試根據(jù)熱力學(xué)第一定律，判斷系統(tǒng)是否發(fā)生了熱量的吸收或釋放，并說(shuō)明理由。

答案：根據(jù)熱力學(xué)第一定律，內(nèi)能的變化量等于系統(tǒng)吸收或釋放的熱量。在本題中，系統(tǒng)是封閉的，沒(méi)有外部能量的輸入或輸出，因此內(nèi)能不會(huì)發(fā)生變化。這意味著系統(tǒng)既沒(méi)有吸收熱量，也沒(méi)有釋放熱量，內(nèi)能的變化量等于零。

例題5：一個(gè)理想氣