2024-2025學(xué)年高中物理 第10章 熱力學(xué)定律 1 功和內(nèi)能教案3 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1功和內(nèi)能教案3新人教版選修3-3授課內(nèi)容授課時(shí)數(shù)授課班級(jí)授課人數(shù)授課地點(diǎn)授課時(shí)間課程基本信息1.課程名稱：高中物理第10章熱力學(xué)定律1——功和內(nèi)能

2.教學(xué)年級(jí)和班級(jí)：高中二年級(jí)，物理選修3-3班

3.授課時(shí)間：2024-2025學(xué)年第二學(xué)期，第5周，星期三上午第1節(jié)

4.教學(xué)時(shí)數(shù)：45分鐘

本節(jié)課將緊密圍繞新人教版選修3-3教材，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)熱力學(xué)中的功和內(nèi)能概念，通過(guò)實(shí)例分析，讓學(xué)生掌握熱力學(xué)第一定律，理解能量守恒在熱力學(xué)過(guò)程中的應(yīng)用。教學(xué)內(nèi)容與課本知識(shí)點(diǎn)緊密結(jié)合，確保學(xué)生在課程中學(xué)到實(shí)用的物理知識(shí)。核心素養(yǎng)目標(biāo)1.讓學(xué)生掌握熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式，理解能量守恒原理在熱力學(xué)過(guò)程中的應(yīng)用，培養(yǎng)科學(xué)思維與創(chuàng)新能力。

2.通過(guò)對(duì)功和內(nèi)能概念的學(xué)習(xí)，提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)科素養(yǎng)。

3.培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)分析問(wèn)題的習(xí)慣，提升科學(xué)探究和團(tuán)隊(duì)合作的能力，增強(qiáng)實(shí)踐操作技能。

4.引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注物理學(xué)在生活和科技領(lǐng)域中的應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)研究的興趣，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。學(xué)情分析本課程面向高中二年級(jí)物理選修3-3班的學(xué)生，他們?cè)谇捌趯W(xué)習(xí)中已具備一定的物理知識(shí)基礎(chǔ)，掌握了能量守恒、力學(xué)等基本概念。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生對(duì)熱力學(xué)定律的學(xué)習(xí)具備以下特點(diǎn)：

1.學(xué)生層次：學(xué)生物理學(xué)科成績(jī)較好，具備一定的邏輯思維和分析能力，但在具體問(wèn)題解決中，可能存在理論知識(shí)與實(shí)際問(wèn)題結(jié)合不夠緊密的問(wèn)題。

2.知識(shí)方面：學(xué)生對(duì)功、能量等概念有初步了解，但對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解和應(yīng)用尚不深入，需要通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)加強(qiáng)知識(shí)點(diǎn)的鞏固。

3.能力方面：學(xué)生在小組討論和團(tuán)隊(duì)合作方面表現(xiàn)出一定的能力，但在獨(dú)立思考、創(chuàng)新實(shí)踐方面有待提高。

4.素質(zhì)方面：學(xué)生對(duì)物理學(xué)科有一定興趣，但部分學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性有待提高。

5.行為習(xí)慣：學(xué)生在課堂上的紀(jì)律性較好，但部分學(xué)生存在上課注意力不集中、課堂參與度不高的問(wèn)題。教學(xué)方法與手段1.教學(xué)方法：

(1)講授法：通過(guò)生動(dòng)的語(yǔ)言和實(shí)例，講解熱力學(xué)第一定律的基本原理，幫助學(xué)生建立理論知識(shí)框架。

(2)討論法：組織學(xué)生分組討論，分析實(shí)際熱力學(xué)過(guò)程，提高學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力。

(3)實(shí)驗(yàn)法：設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生親自動(dòng)手操作，觀察現(xiàn)象，加深對(duì)功和內(nèi)能的理解。

2.教學(xué)手段：

(1)多媒體設(shè)備：利用PPT、動(dòng)畫等展示熱力學(xué)過(guò)程，使抽象知識(shí)形象化，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

(2)教學(xué)軟件：運(yùn)用物理模擬軟件，模擬熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。

(3)網(wǎng)絡(luò)資源：提供相關(guān)熱力學(xué)視頻和文獻(xiàn)，拓展學(xué)生知識(shí)視野，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)1.導(dǎo)入新課（5分鐘）

目標(biāo)：引起學(xué)生對(duì)熱力學(xué)第一定律的興趣，激發(fā)其探索欲望。

過(guò)程：

開(kāi)場(chǎng)提問(wèn)：“你們知道熱力學(xué)第一定律是什么嗎？它與我們生活的關(guān)系何在？”

展示一些關(guān)于熱力學(xué)現(xiàn)象的圖片或視頻片段，讓學(xué)生初步感受熱力學(xué)在日常生活中的應(yīng)用。

簡(jiǎn)短介紹熱力學(xué)第一定律的基本概念和重要性，為接下來(lái)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

2.熱力學(xué)第一定律基礎(chǔ)知識(shí)講解（10分鐘）

目標(biāo)：讓學(xué)生了解熱力學(xué)第一定律的基本概念、組成部分和原理。

過(guò)程：

講解熱力學(xué)第一定律的定義，包括能量守恒、內(nèi)能和功等主要組成元素。

使用圖表或示意圖詳細(xì)介紹內(nèi)能、功和熱量之間的關(guān)系，幫助學(xué)生理解熱力學(xué)第一定律的原理。

通過(guò)實(shí)例，如熱機(jī)工作過(guò)程，讓學(xué)生更好地理解熱力學(xué)第一定律的實(shí)際應(yīng)用。

3.熱力學(xué)第一定律案例分析（20分鐘）

目標(biāo)：通過(guò)具體案例，讓學(xué)生深入了解熱力學(xué)第一定律的特性和重要性。

過(guò)程：

選擇幾個(gè)典型的熱力學(xué)第一定律案例進(jìn)行分析，如制冷機(jī)、熱泵等。

詳細(xì)介紹每個(gè)案例的背景、特點(diǎn)和意義，讓學(xué)生全面了解熱力學(xué)第一定律在實(shí)際應(yīng)用中的多樣性。

引導(dǎo)學(xué)生思考這些案例對(duì)實(shí)際生活或?qū)W習(xí)的影響，以及如何應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解決實(shí)際問(wèn)題。

小組討論：讓學(xué)生分組討論熱力學(xué)第一定律在未來(lái)能源發(fā)展和節(jié)能減排中的應(yīng)用，并提出創(chuàng)新性的想法或建議。

4.學(xué)生小組討論（10分鐘）

目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生的合作能力和解決問(wèn)題的能力。

過(guò)程：

將學(xué)生分成若干小組，每組選擇一個(gè)與熱力學(xué)第一定律相關(guān)的主題進(jìn)行深入討論。

小組內(nèi)討論該主題的現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)以及可能的解決方案。

每組選出一名代表，準(zhǔn)備向全班展示討論成果。

5.課堂展示與點(diǎn)評(píng)（15分鐘）

目標(biāo)：鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力，同時(shí)加深全班對(duì)熱力學(xué)第一定律的認(rèn)識(shí)和理解。

過(guò)程：

各組代表依次上臺(tái)展示討論成果，包括主題的現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)及解決方案。

其他學(xué)生和教師對(duì)展示內(nèi)容進(jìn)行提問(wèn)和點(diǎn)評(píng)，促進(jìn)互動(dòng)交流。

教師總結(jié)各組的亮點(diǎn)和不足，并提出進(jìn)一步的建議和改進(jìn)方向。

6.課堂小結(jié)（5分鐘）

目標(biāo)：回顧本節(jié)課的主要內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)熱力學(xué)第一定律的重要性和意義。

過(guò)程：

簡(jiǎn)要回顧本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容，包括熱力學(xué)第一定律的基本概念、組成部分、案例分析等。

強(qiáng)調(diào)熱力學(xué)第一定律在現(xiàn)實(shí)生活或?qū)W習(xí)中的價(jià)值和作用，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)一步探索和應(yīng)用。

布置課后作業(yè)：讓學(xué)生撰寫一篇關(guān)于熱力學(xué)第一定律在實(shí)際應(yīng)用中的短文或報(bào)告，以鞏固學(xué)習(xí)效果。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)與動(dòng)力學(xué)導(dǎo)論》中關(guān)于熱力學(xué)第一定律的章節(jié)；

-《物理世界》雜志中有關(guān)熱力學(xué)在能源領(lǐng)域應(yīng)用的文章；

-《熱力學(xué)簡(jiǎn)明教程》中關(guān)于內(nèi)能、功和熱量關(guān)系的深入討論。

2.鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行課后自主學(xué)習(xí)和探究：

-研究熱力學(xué)第一定律在日常生活和工業(yè)中的應(yīng)用，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、空調(diào)制冷等；

-探索熱力學(xué)第一定律在新能源開(kāi)發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新中的作用，如太陽(yáng)能電池、燃料電池等；

-分析熱力學(xué)第一定律在環(huán)境保護(hù)和節(jié)能減排中的重要性，如熱效率提高、廢熱利用等；

-深入了解熱力學(xué)第一定律在物理學(xué)和其他學(xué)科領(lǐng)域的交叉應(yīng)用，如化學(xué)熱力學(xué)、生物熱力學(xué)等；

-了解熱力學(xué)的發(fā)展歷程，認(rèn)識(shí)歷史上對(duì)熱力學(xué)第一定律做出重要貢獻(xiàn)的科學(xué)家及其成就。教學(xué)評(píng)價(jià)與反饋1.課堂表現(xiàn)：觀察學(xué)生在課堂上的參與程度、提問(wèn)回答的積極性以及對(duì)熱力學(xué)第一定律概念的理解程度，評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)和興趣。

2.小組討論成果展示：評(píng)價(jià)各小組在討論過(guò)程中的合作程度、創(chuàng)新思維以及成果展示的清晰度和深度，考察學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作和表達(dá)能力。

3.隨堂測(cè)試：設(shè)計(jì)關(guān)于熱力學(xué)第一定律的隨堂測(cè)試題，檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)內(nèi)能、功和熱量關(guān)系等知識(shí)點(diǎn)的掌握情況。

4.課后作業(yè)：通過(guò)學(xué)生提交的關(guān)于熱力學(xué)第一定律實(shí)際應(yīng)用的短文或報(bào)告，評(píng)估學(xué)生對(duì)課堂所學(xué)內(nèi)容的消化吸收和應(yīng)用能力。

5.教師評(píng)價(jià)與反饋：

-針對(duì)學(xué)生課堂表現(xiàn)，給予積極的鼓勵(lì)和肯定，對(duì)表現(xiàn)不足的學(xué)生給予關(guān)心和指導(dǎo)，幫助他們提高學(xué)習(xí)興趣和自信。

-對(duì)小組討論成果展示進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，指出優(yōu)點(diǎn)和不足，提出改進(jìn)建議，鼓勵(lì)學(xué)生在下次討論中發(fā)揮更好的表現(xiàn)。

-根據(jù)隨堂測(cè)試和課后作業(yè)的成績(jī)，分析學(xué)生的學(xué)習(xí)難點(diǎn)和問(wèn)題，針對(duì)性地進(jìn)行教學(xué)調(diào)整，確保學(xué)生掌握熱力學(xué)第一定律的知識(shí)點(diǎn)。

-定期與學(xué)生進(jìn)行溝通，了解他們?cè)趯W(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的困難，提供個(gè)性化的輔導(dǎo)和建議，幫助他們不斷提高。典型例題講解例題1：

一個(gè)系統(tǒng)從初始狀態(tài)A（溫度T1，體積V1）經(jīng)過(guò)一個(gè)過(guò)程變?yōu)闋顟B(tài)B（溫度T2，體積V2）。如果該過(guò)程對(duì)外做功W，吸收熱量Q，求系統(tǒng)內(nèi)能的變化。

解答：

根據(jù)熱力學(xué)第一定律，系統(tǒng)內(nèi)能的變化ΔU等于對(duì)外做的功W加上吸收的熱量Q，即：

ΔU=Q-W

例題2：

一個(gè)氣體在等壓膨脹過(guò)程中，吸收了400J的熱量，同時(shí)對(duì)外做了200J的功。求氣體內(nèi)能的變化。

解答：

在等壓膨脹過(guò)程中，氣體對(duì)外做的功W等于PΔV，其中P是氣體的壓強(qiáng)，ΔV是體積變化。由于是等壓過(guò)程，可以使用理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT（其中n是物質(zhì)的量，R是氣體常數(shù)，T是溫度）來(lái)簡(jiǎn)化計(jì)算。這里假設(shè)氣體是理想的，可以得到：

W=PΔV=nRΔT

已知Q=400J，W=200J，代入熱力學(xué)第一定律公式：

ΔU=Q-W=400J-200J=200J

所以氣體內(nèi)能增加了200J。

例題3：

一熱機(jī)在循環(huán)過(guò)程中，從高溫?zé)嵩次樟?200J的熱量，向低溫?zé)嵩捶懦隽?00J的熱量，求熱機(jī)的效率。

解答：

熱機(jī)的效率η定義為所做的功W與吸收的熱量Q之比，即：

η=W/Q

根據(jù)熱力學(xué)第一定律，系統(tǒng)所做的功W等于吸收的熱量Q減去系統(tǒng)內(nèi)能的變化ΔU，但由于是循環(huán)過(guò)程，系統(tǒng)最終回到初始狀態(tài)，所以ΔU=0。因此：

W=Q-ΔU=Q

所以：

η=W/Q=(1200J-800J)/1200J=400J/1200J≈0.3333

熱機(jī)的效率約為33.33%。

例題4：

一個(gè)物體在恒定外壓下加熱，體積從V1膨脹到V2，已知物體的初始溫度T1，最終溫度T2，外壓強(qiáng)P，物體的比熱容c，求物體吸收的熱量Q。

解答：

物體在恒定外壓下加熱，可以使用等壓熱容公式：

Q=ncv(T2-T1)

其中n是物體的物質(zhì)的量，cv是比定壓熱容。由于是恒壓過(guò)程，比定壓熱容cv等于比熱容c。假設(shè)物體的質(zhì)量為m，則n=m/M，其中M是物體的摩爾質(zhì)量。因此：

Q=mcv(T2-T1)

由于是恒定外壓，物體的體積變化ΔV=V2-V1，對(duì)外做的功W=PΔV。但這里求的是吸收的熱量Q，所以不需要考慮功的計(jì)算。

例題5：

一個(gè)熱力學(xué)過(guò)程，系統(tǒng)吸收了600J的熱量，同時(shí)對(duì)外做功300J，求系統(tǒng)內(nèi)能的變化，并說(shuō)明系統(tǒng)的溫度變化趨勢(shì)。

解答：

根據(jù)熱力學(xué)第一定律：

ΔU=Q-W

代入已知數(shù)值：

ΔU=600J-300J=300J

系統(tǒng)內(nèi)能增加了300J。由于內(nèi)能的增加通常與溫度上升相關(guān)，可以推斷系統(tǒng)溫度可能上升。但是，具體溫度變化取決于系統(tǒng)的性質(zhì)和過(guò)程細(xì)節(jié)。反思改進(jìn)措施-在熱力學(xué)第一定律的教學(xué)中，引入了實(shí)際案例分析和小組討論，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高他們的合作和創(chuàng)新能力。

-結(jié)合多媒體和物理模擬軟件，使抽象的熱力學(xué)概念更加直觀和形象，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

2.存在主要問(wèn)題：

-在課堂教學(xué)中，部分學(xué)生的參與度不高，課堂紀(jì)律有待加強(qiáng)。

-在小組討論中，個(gè)別小組的討論效果不佳，需要加強(qiáng)對(duì)學(xué)生討論技巧的指導(dǎo)。

-教學(xué)評(píng)價(jià)體系不夠完善，需要進(jìn)一步優(yōu)化。

3.改進(jìn)措施：

-針對(duì)學(xué)生的參與度和紀(jì)律問(wèn)題，將加強(qiáng)對(duì)課堂紀(jì)律的管理，并采取激勵(lì)措施，如獎(jiǎng)勵(lì)制度，以提高學(xué)生的積極性。

-對(duì)于小組討論效果不佳的問(wèn)題，將加強(qiáng)小組討論技巧的培訓(xùn)，提供更多指導(dǎo)和支持，幫助學(xué)生提高討論效率和質(zhì)量。

-針對(duì)教學(xué)評(píng)價(jià)體系的問(wèn)題，將探索更全面和客觀的評(píng)價(jià)方式，如增加學(xué)生互評(píng)和自評(píng)環(huán)節(jié)，以及引入外部評(píng)價(jià)，以更全面地評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。

-將定期收集學(xué)生的反饋，及時(shí)調(diào)整教學(xué)方法和策略，以更好地滿足學(xué)生的需求和提高教學(xué)質(zhì)量。內(nèi)容邏輯關(guān)系2.內(nèi)能、功和熱量的關(guān)系：內(nèi)能變化等于吸收的熱量減去對(duì)外做的功

3.熱力學(xué)第一定律在實(shí)際應(yīng)用中的案例分析：如熱機(jī)、制冷機(jī)等的工作原理和效率計(jì)算

4.學(xué)生分組討論熱力學(xué)第一定