2024-2025學(xué)年高中物理 第十章 熱力學(xué)定律 3 熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律教案 新人教版選修3-3

2024-2025學(xué)年高中物理第十章熱力學(xué)定律3熱力學(xué)第一定律能量守恒定律教案新人教版選修3-3主備人備課成員教學(xué)內(nèi)容本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容來自2024-2025學(xué)年高中物理第十章《熱力學(xué)定律》的第三節(jié)《熱力學(xué)第一定律》。本節(jié)主要講述熱力學(xué)第一定律，即能量守恒定律。具體內(nèi)容包括：

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)移的過程中，能量的總值保持不變。

2.熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用：通過實(shí)際例子，解釋熱力學(xué)第一定律在日常生活中的應(yīng)用，如熱機(jī)的工作原理、空調(diào)的制冷過程等。

3.內(nèi)能的概念：內(nèi)能是指物體內(nèi)部所有分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和。內(nèi)能的大小與物體的溫度和質(zhì)量有關(guān)。

4.熱量與內(nèi)能的關(guān)系：熱量是能量的一種表現(xiàn)形式，是指在熱傳遞過程中，能量從高溫物體傳遞到低溫物體的過程。熱量的大小與物體的溫度差有關(guān)。

5.熱力學(xué)第一定律在實(shí)際問題中的應(yīng)用：通過實(shí)例分析，運(yùn)用熱力學(xué)第一定律解決實(shí)際問題，如熱力學(xué)能的計(jì)算、熱效率的提高等。核心素養(yǎng)目標(biāo)本節(jié)課的核心素養(yǎng)目標(biāo)主要包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度四個(gè)方面。具體包括：

1.物理觀念：通過學(xué)習(xí)熱力學(xué)第一定律，使學(xué)生建立正確的能量觀念，理解能量守恒的概念，認(rèn)識(shí)到能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中的不變性。

2.科學(xué)思維：培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用熱力學(xué)第一定律分析和解決實(shí)際問題的能力，學(xué)會(huì)從宏觀和微觀兩個(gè)角度認(rèn)識(shí)和理解熱現(xiàn)象。

3.科學(xué)探究：通過觀察和分析實(shí)際例子，讓學(xué)生掌握熱量與內(nèi)能的關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰头治瞿芰Α?/p>

4.科學(xué)態(tài)度：培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)的興趣和熱情，勇于探索和質(zhì)疑，形成積極的學(xué)習(xí)態(tài)度和良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。學(xué)習(xí)者分析1.學(xué)生已經(jīng)掌握了哪些相關(guān)知識(shí)：學(xué)生在之前的物理學(xué)習(xí)中，已經(jīng)掌握了基本的數(shù)學(xué)運(yùn)算能力，對(duì)物體運(yùn)動(dòng)和力有了初步的了解。此外，他們對(duì)日常生活中的一些熱現(xiàn)象也有所了解，如熱水袋取暖、燒水等。

2.學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、能力和學(xué)習(xí)風(fēng)格：學(xué)生對(duì)新奇有趣的物理現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)較為感興趣，對(duì)于能夠動(dòng)手實(shí)踐的活動(dòng)表現(xiàn)出較強(qiáng)的參與意愿。在學(xué)習(xí)能力方面，他們具備一定的邏輯思維能力和問題解決能力。在學(xué)習(xí)風(fēng)格上，一部分學(xué)生喜歡通過自主探究和合作學(xué)習(xí)來掌握知識(shí)，而另一部分學(xué)生則更傾向于聽講和閱讀。

3.學(xué)生可能遇到的困難和挑戰(zhàn)：在理解熱力學(xué)第一定律的概念時(shí)，學(xué)生可能會(huì)對(duì)能量守恒的宏觀和微觀表現(xiàn)產(chǎn)生困惑。此外，內(nèi)能的概念和熱量與內(nèi)能的關(guān)系也可能使他們感到難以理解。在實(shí)際問題分析中，如何將熱力學(xué)第一定律運(yùn)用到具體情境中，解決實(shí)際問題，也是學(xué)生面臨的挑戰(zhàn)之一。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1.軟硬件資源：多媒體投影儀、白板、教學(xué)用具（如熱水袋、冰塊等）、實(shí)驗(yàn)室設(shè)備（如熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置）。

2.課程平臺(tái)：學(xué)校提供的教學(xué)平臺(tái)，用于上傳教學(xué)資料、布置作業(yè)和交流討論。

3.信息化資源：教學(xué)PPT、視頻資料（如熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)過程、日常生活中的熱現(xiàn)象等）、在線題庫。

4.教學(xué)手段：講授法、案例分析法、討論法、實(shí)驗(yàn)法、互助合作法。教學(xué)實(shí)施過程1.課前自主探索

教師活動(dòng)：

-發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)：通過在線平臺(tái)或班級(jí)微信群，發(fā)布預(yù)習(xí)資料（如PPT、視頻、文檔等），明確預(yù)習(xí)目標(biāo)和要求。

-設(shè)計(jì)預(yù)習(xí)問題：圍繞“熱力學(xué)第一定律”課題，設(shè)計(jì)一系列具有啟發(fā)性和探究性的問題，引導(dǎo)學(xué)生自主思考。

-監(jiān)控預(yù)習(xí)進(jìn)度：利用平臺(tái)功能或?qū)W生反饋，監(jiān)控學(xué)生的預(yù)習(xí)進(jìn)度，確保預(yù)習(xí)效果。

學(xué)生活動(dòng)：

-自主閱讀預(yù)習(xí)資料：按照預(yù)習(xí)要求，自主閱讀預(yù)習(xí)資料，理解“熱力學(xué)第一定律”知識(shí)點(diǎn)。

-思考預(yù)習(xí)問題：針對(duì)預(yù)習(xí)問題，進(jìn)行獨(dú)立思考，記錄自己的理解和疑問。

-提交預(yù)習(xí)成果：將預(yù)習(xí)成果（如筆記、思維導(dǎo)圖、問題等）提交至平臺(tái)或老師處。

教學(xué)方法/手段/資源：

-自主學(xué)習(xí)法：引導(dǎo)學(xué)生自主思考，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力。

-信息技術(shù)手段：利用在線平臺(tái)、微信群等，實(shí)現(xiàn)預(yù)習(xí)資源的共享和監(jiān)控。

作用與目的：

-幫助學(xué)生提前了解“熱力學(xué)第一定律”課題，為課堂學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備。

-培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和獨(dú)立思考能力。

2.課中強(qiáng)化技能

教師活動(dòng)：

-導(dǎo)入新課：通過故事、案例或視頻等方式，引出“熱力學(xué)第一定律”，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

-講解知識(shí)點(diǎn)：詳細(xì)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。

-組織課堂活動(dòng)：設(shè)計(jì)小組討論、角色扮演、實(shí)驗(yàn)等活動(dòng)，讓學(xué)生在實(shí)踐中掌握熱力學(xué)第一定律技能。

-解答疑問：針對(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)中產(chǎn)生的疑問，進(jìn)行及時(shí)解答和指導(dǎo)。

學(xué)生活動(dòng)：

-聽講并思考：認(rèn)真聽講，積極思考老師提出的問題。

-參與課堂活動(dòng)：積極參與小組討論、角色扮演、實(shí)驗(yàn)等活動(dòng)，體驗(yàn)熱力學(xué)第一定律知識(shí)的應(yīng)用。

-提問與討論：針對(duì)不懂的問題或新的想法，勇敢提問并參與討論。

教學(xué)方法/手段/資源：

-講授法：通過詳細(xì)講解，幫助學(xué)生理解“熱力學(xué)第一定律”知識(shí)點(diǎn)。

-實(shí)踐活動(dòng)法：設(shè)計(jì)實(shí)踐活動(dòng)，讓學(xué)生在實(shí)踐中掌握熱力學(xué)第一定律技能。

-合作學(xué)習(xí)法：通過小組討論等活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)和溝通能力。

作用與目的：

-幫助學(xué)生深入理解“熱力學(xué)第一定律”知識(shí)點(diǎn)，掌握熱力學(xué)第一定律技能。

-通過實(shí)踐活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和解決問題的能力。

-通過合作學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)和溝通能力。

3.課后拓展應(yīng)用

教師活動(dòng)：

-布置作業(yè)：根據(jù)“熱力學(xué)第一定律”課題，布置適量的課后作業(yè)，鞏固學(xué)習(xí)效果。

-提供拓展資源：提供與“熱力學(xué)第一定律”課題相關(guān)的拓展資源（如書籍、網(wǎng)站、視頻等），供學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)。

-反饋?zhàn)鳂I(yè)情況：及時(shí)批改作業(yè)，給予學(xué)生反饋和指導(dǎo)。

學(xué)生活動(dòng)：

-完成作業(yè)：認(rèn)真完成老師布置的課后作業(yè)，鞏固學(xué)習(xí)效果。

-拓展學(xué)習(xí)：利用老師提供的拓展資源，進(jìn)行進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和思考。

-反思總結(jié)：對(duì)自己的學(xué)習(xí)過程和成果進(jìn)行反思和總結(jié)，提出改進(jìn)建議。

教學(xué)方法/手段/資源：

-自主學(xué)習(xí)法：引導(dǎo)學(xué)生自主完成作業(yè)和拓展學(xué)習(xí)。

-反思總結(jié)法：引導(dǎo)學(xué)生對(duì)自己的學(xué)習(xí)過程和成果進(jìn)行反思和總結(jié)。

作用與目的：

-鞏固學(xué)生在課堂上學(xué)到的“熱力學(xué)第一定律”知識(shí)點(diǎn)和技能。

-通過拓展學(xué)習(xí)，拓寬學(xué)生的知識(shí)視野和思維方式。

-通過反思總結(jié)，幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己的不足并提出改進(jìn)建議，促進(jìn)自我提升。教學(xué)資源拓展1.拓展資源：

《熱力學(xué)第二定律》：介紹熱力學(xué)第二定律的概念、內(nèi)容及其在實(shí)際中的應(yīng)用，幫助學(xué)生更好地理解熱力學(xué)定律。

《熱力學(xué)能的計(jì)算與應(yīng)用》：詳細(xì)講解熱力學(xué)能的計(jì)算方法及其在工程、科技領(lǐng)域的應(yīng)用，提高學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力。

《熱量與內(nèi)能的關(guān)系及其轉(zhuǎn)換》：深入剖析熱量與內(nèi)能的關(guān)系，探討在不同條件下的能量轉(zhuǎn)換過程，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)能量轉(zhuǎn)換的理解。

《熱機(jī)的工作原理與效率提升》：介紹熱機(jī)的基本工作原理，分析影響熱機(jī)效率的因素，探討提高熱機(jī)效率的方法和技術(shù)。

《生活中的熱現(xiàn)象解析》：通過分析日常生活中的熱現(xiàn)象，如熱水袋取暖、燒水等，使學(xué)生更好地理解熱力學(xué)定律在生活中的應(yīng)用。

2.拓展建議：

閱讀拓展資源，加深對(duì)熱力學(xué)定律的理解?？梢越Y(jié)合課本內(nèi)容，挑選幾篇拓展資源進(jìn)行閱讀，了解熱力學(xué)定律在實(shí)際中的應(yīng)用，拓寬知識(shí)面。

進(jìn)行小組討論，分享學(xué)習(xí)心得。學(xué)生可以就拓展資源中的內(nèi)容進(jìn)行小組討論，分享自己的學(xué)習(xí)心得和感悟，提高團(tuán)隊(duì)合作和溝通能力。

開展實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，提高動(dòng)手能力。結(jié)合學(xué)校實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，學(xué)生可以進(jìn)行熱力學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，如熱力學(xué)能的轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)、熱機(jī)效率實(shí)驗(yàn)等，提高自己的動(dòng)手能力和實(shí)驗(yàn)技能。

撰寫心得體會(huì)，進(jìn)行自我總結(jié)。學(xué)生可以針對(duì)拓展資源的學(xué)習(xí)，撰寫心得體會(huì)，進(jìn)行自我總結(jié)，反思自己在學(xué)習(xí)過程中的優(yōu)點(diǎn)和不足，提出改進(jìn)措施。

參加學(xué)術(shù)講座，拓寬學(xué)術(shù)視野。學(xué)生可以積極參加學(xué)?；蛲獠拷M織的熱力學(xué)相關(guān)學(xué)術(shù)講座，拓寬自己的學(xué)術(shù)視野，了解熱力學(xué)領(lǐng)域的前沿動(dòng)態(tài)。課堂小結(jié)，當(dāng)堂檢測(cè)1.課堂小結(jié)

本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了熱力學(xué)第一定律，即能量守恒定律。學(xué)生應(yīng)該掌握以下幾點(diǎn)：

-能量守恒定律的表述：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)移的過程中，能量的總值保持不變。

-內(nèi)能的概念：內(nèi)能是指物體內(nèi)部所有分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和。內(nèi)能的大小與物體的溫度和質(zhì)量有關(guān)。

-熱量與內(nèi)能的關(guān)系：熱量是能量的一種表現(xiàn)形式，是指在熱傳遞過程中，能量從高溫物體傳遞到低溫物體的過程。熱量的大小與物體的溫度差有關(guān)。

-熱力學(xué)第一定律在實(shí)際問題中的應(yīng)用：通過實(shí)例分析，運(yùn)用熱力學(xué)第一定律解決實(shí)際問題，如熱力學(xué)能的計(jì)算、熱效率的提高等。

2.當(dāng)堂檢測(cè)

為了檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)課堂內(nèi)容的掌握情況，可以進(jìn)行以下當(dāng)堂檢測(cè)：

（1）選擇題

1.下列哪個(gè)選項(xiàng)正確地描述了能量守恒定律？

A.能量可以被創(chuàng)造或消滅

B.能量只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式

C.能量在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程中，總值發(fā)生變化

D.能量不能從高溫物體傳遞到低溫物體

2.下列關(guān)于內(nèi)能的描述，哪個(gè)是正確的？

A.內(nèi)能與物體的質(zhì)量和溫度無關(guān)

B.內(nèi)能是物體內(nèi)部所有分子的動(dòng)能和勢(shì)能之和

C.內(nèi)能的大小與物體的體積有關(guān)

D.內(nèi)能是物體內(nèi)部所有分子的運(yùn)動(dòng)速度

（2）簡(jiǎn)答題

請(qǐng)簡(jiǎn)述熱量與內(nèi)能的關(guān)系。

（3）應(yīng)用題

一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)在不受外界作用下，其內(nèi)能發(fā)生變化。請(qǐng)運(yùn)用熱力學(xué)第一定律，分析內(nèi)能的變化原因及其對(duì)系統(tǒng)溫度的影響。重點(diǎn)題型整理1.題型一：內(nèi)能計(jì)算

題干：一個(gè)質(zhì)量為2kg的物體，溫度為300K，求其內(nèi)能。

答案：使用公式U=(3/2)nkT，其中n為物體內(nèi)分子的總數(shù)，k為玻爾茲曼常數(shù)（1.38×10^-23J/K），T為物體的絕對(duì)溫度（K）。計(jì)算得到內(nèi)能U=(3/2)×2×(1.38×10^-23)×300=1.38×10^-19J。

2.題型二：熱量計(jì)算

題干：一個(gè)質(zhì)量為2kg的物體，溫度為300K，與另一個(gè)溫度為273K的物體進(jìn)行熱交換，求熱量交換量。

答案：使用公式Q=mcΔT，其中m為物體的質(zhì)量，c為比熱容（對(duì)于水，c=4.186J/g°C），ΔT為溫度差（ΔT=T2-T1）。計(jì)算得到熱量交換量Q=2×(4.186)×(300-273)=164J。

3.題型三：熱效率計(jì)算

題干：一個(gè)熱效率為80%的熱機(jī)，將200J的熱量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，求其輸出機(jī)械能。

答案：使用公式W=Q×η，其中Q為輸入熱量，η為熱效率。計(jì)算得到輸出機(jī)械能W=200J×0.8=160J。

4.題型四：熱力學(xué)第一定律應(yīng)用

題干：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)從200K升高到250K，求其內(nèi)能變化量。

答案：使用公式ΔU=Q-W，其中ΔU為內(nèi)能變化量，Q