3.2熱力學(xué)第一定律（教學(xué)設(shè)計(jì)）高中物理同步備課系列（人教版2019選擇性必修第三冊）主備人備課成員設(shè)計(jì)意圖本節(jié)課通過探究熱力學(xué)第一定律的物理意義和應(yīng)用，幫助學(xué)生理解能量守恒原理在熱學(xué)領(lǐng)域的體現(xiàn)。通過實(shí)驗(yàn)和案例分析，使學(xué)生掌握熱力學(xué)第一定律的公式推導(dǎo)和應(yīng)用方法，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用物理知識解決實(shí)際問題的能力。同時(shí)，加強(qiáng)學(xué)生對能量轉(zhuǎn)換和守恒觀念的理解，為后續(xù)學(xué)習(xí)熱力學(xué)第二定律打下基礎(chǔ)。核心素養(yǎng)目標(biāo)分析培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究精神，通過實(shí)驗(yàn)探究熱力學(xué)第一定律，提升學(xué)生觀察、分析和解決問題的能力。強(qiáng)化學(xué)生科學(xué)思維，理解能量守恒和轉(zhuǎn)化原理，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)推理和模型建構(gòu)能力。同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，認(rèn)識到能量守恒在自然界和工程技術(shù)中的應(yīng)用價(jià)值。重點(diǎn)難點(diǎn)及解決辦法重點(diǎn)：熱力學(xué)第一定律的表述、公式推導(dǎo)及其應(yīng)用。

難點(diǎn)：理解能量守恒原理在熱力學(xué)中的具體體現(xiàn)，掌握內(nèi)能變化的計(jì)算方法。

解決辦法：

1.通過實(shí)際案例和實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生觀察內(nèi)能變化的現(xiàn)象，幫助學(xué)生理解能量守恒原理。

2.結(jié)合課本中的典型問題，逐步引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)熱力學(xué)第一定律的公式，強(qiáng)化公式記憶和應(yīng)用。

3.設(shè)置層次分明的問題串，引導(dǎo)學(xué)生逐步深入理解能量轉(zhuǎn)化和守恒的實(shí)質(zhì)，突破內(nèi)能計(jì)算難點(diǎn)的解決。

4.利用多媒體輔助教學(xué)，直觀展示能量轉(zhuǎn)化過程，幫助學(xué)生形成清晰的物理圖景。學(xué)具準(zhǔn)備Xxx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)生都備有2019年版人教版《高中物理》選擇性必修第三冊教材。

2.輔助材料：準(zhǔn)備與熱力學(xué)第一定律相關(guān)的圖片、圖表、動畫視頻等多媒體資料，以輔助理解。

3.實(shí)驗(yàn)器材：準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)臺、溫度計(jì)、壓力計(jì)等實(shí)驗(yàn)器材，用于演示和驗(yàn)證熱力學(xué)第一定律。

4.教室布置：設(shè)置分組討論區(qū)，確保學(xué)生可以自由交流討論；實(shí)驗(yàn)操作臺布置整齊，便于學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。教學(xué)過程設(shè)計(jì)1.導(dǎo)入新課（5分鐘）

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

過程：

開場提問：“你們知道什么是能量嗎？它與我們的生活有什么關(guān)系？”

展示一些關(guān)于能量轉(zhuǎn)換的圖片或視頻片段，讓學(xué)生初步感受能量在生活中的應(yīng)用。

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

2.熱力學(xué)第一定律基礎(chǔ)知識講解（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。

過程：

講解熱力學(xué)第一定律的定義，包括其主要組成元素或結(jié)構(gòu)。

詳細(xì)介紹熱力學(xué)第一定律的組成部分或功能，使用圖表或示意圖幫助學(xué)生理解。

3.熱力學(xué)第一定律案例分析（20分鐘）

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

過程：

選擇幾個(gè)典型的熱力學(xué)第一定律案例進(jìn)行分析。

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)第一定律的多樣性或復(fù)雜性。

引導(dǎo)學(xué)生思考這些案例對實(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)際問題。

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題的能力。

過程：

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（15分鐘）

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

過程：

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

其他學(xué)生和教師對展示內(nèi)容進(jìn)行提問和點(diǎn)評，促進(jìn)互動交流。

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。

過程：

簡要回顧本節(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)用熱力學(xué)第一定律。

7.課后作業(yè)布置（5分鐘）

目標(biāo)：鞏固學(xué)習(xí)效果，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

過程：

布置課后作業(yè)：讓學(xué)生查閱資料，撰寫一篇關(guān)于熱力學(xué)第一定律在日常生活或工程技術(shù)中應(yīng)用的短文或報(bào)告。

要求學(xué)生在作業(yè)中展示對熱力學(xué)第一定律的理解，并提出自己的觀點(diǎn)和見解。學(xué)生學(xué)習(xí)效果學(xué)生學(xué)習(xí)效果主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.理解熱力學(xué)第一定律的基本概念：學(xué)生通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，能夠清晰地理解熱力學(xué)第一定律的內(nèi)涵，即能量守恒和轉(zhuǎn)換的原理。他們能夠區(qū)分內(nèi)能、熱量和功的概念，并認(rèn)識到這三個(gè)量在能量轉(zhuǎn)換過程中的關(guān)系。

2.掌握熱力學(xué)第一定律的公式推導(dǎo)：學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)和理論推導(dǎo)，掌握了熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并能運(yùn)用公式進(jìn)行簡單的計(jì)算。他們能夠根據(jù)具體問題選擇合適的公式，解決實(shí)際問題。

3.應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解決實(shí)際問題：學(xué)生在案例分析中，能夠?qū)崃W(xué)第一定律應(yīng)用于實(shí)際問題，如汽車發(fā)動機(jī)的能量轉(zhuǎn)換、家用電器的工作原理等。他們能夠分析能量在系統(tǒng)中的流動和轉(zhuǎn)換，提出合理的解決方案。

4.提高科學(xué)探究能力：在實(shí)驗(yàn)探究過程中，學(xué)生學(xué)會了如何觀察、記錄和分析數(shù)據(jù)，培養(yǎng)了科學(xué)探究的基本技能。他們能夠運(yùn)用實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證理論，提高科學(xué)思維和實(shí)驗(yàn)操作能力。

5.增強(qiáng)合作學(xué)習(xí)能力：在小組討論和課堂展示環(huán)節(jié)，學(xué)生學(xué)會了與他人合作，共同完成學(xué)習(xí)任務(wù)。他們能夠傾聽他人的觀點(diǎn)，提出自己的見解，并在討論中不斷修正和完善自己的認(rèn)識。

6.培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過學(xué)習(xí)熱力學(xué)第一定律，學(xué)生認(rèn)識到能量守恒在自然界和工程技術(shù)中的重要性。他們能夠樹立正確的科學(xué)態(tài)度，關(guān)注能源問題，增強(qiáng)社會責(zé)任感。

7.提升自主學(xué)習(xí)能力：學(xué)生在課后作業(yè)中，通過查閱資料、撰寫報(bào)告，進(jìn)一步鞏固了所學(xué)知識。他們能夠自主學(xué)習(xí)，提高自己的研究能力和表達(dá)能力。

8.拓展知識面：在學(xué)習(xí)熱力學(xué)第一定律的過程中，學(xué)生接觸到相關(guān)的物理概念和原理，如熱力學(xué)第二定律、能量轉(zhuǎn)換效率等。這有助于拓寬學(xué)生的知識面，為后續(xù)學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

9.增強(qiáng)創(chuàng)新意識：在小組討論中，學(xué)生提出了關(guān)于熱力學(xué)第一定律在新能源、節(jié)能技術(shù)等方面的創(chuàng)新性想法。這有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，激發(fā)他們的求知欲。

10.提高邏輯思維能力：在分析案例和解決問題時(shí)，學(xué)生需要運(yùn)用邏輯思維，分析問題、尋找規(guī)律。這有助于提高學(xué)生的邏輯思維能力，為未來的學(xué)習(xí)和工作奠定基礎(chǔ)。教學(xué)反思與總結(jié)今天上了熱力學(xué)第一定律這節(jié)課，感覺整體效果還不錯(cuò)，但也有些地方需要反思和總結(jié)。

首先，我覺得在教學(xué)方法上，我嘗試了多種教學(xué)手段，比如通過實(shí)際案例引入新課，讓學(xué)生在直觀感受中理解抽象的概念。我發(fā)現(xiàn)這種教學(xué)方式挺有效的，學(xué)生們對熱力學(xué)第一定律的興趣明顯提高了。但是，我也發(fā)現(xiàn)有些學(xué)生對于公式的推導(dǎo)和理解還是有點(diǎn)吃力，這可能是因?yàn)槲以谥v解時(shí)沒有很好地把握住學(xué)生的認(rèn)知水平。

在策略上，我使用了小組討論和課堂展示的方式，讓學(xué)生在互動中學(xué)習(xí)。這讓學(xué)生們有了更多的發(fā)言機(jī)會，也提高了他們的參與度。不過，我發(fā)現(xiàn)有些小組討論時(shí)，學(xué)生們討論得比較熱烈，但最后展示出來的成果卻不夠系統(tǒng)，這說明我在引導(dǎo)討論和總結(jié)方面還需要加強(qiáng)。

管理方面，我盡量保持課堂秩序，確保每個(gè)學(xué)生都能積極參與。但是，我發(fā)現(xiàn)有時(shí)候課堂上的氣氛比較活躍，但我對學(xué)生的個(gè)別輔導(dǎo)和關(guān)注不夠，這可能導(dǎo)致一些學(xué)生沒有跟上進(jìn)度。

至于教學(xué)效果，我覺得學(xué)生們對熱力學(xué)第一定律的理解有了明顯的提升，他們能夠運(yùn)用所學(xué)知識解釋一些生活中的現(xiàn)象。不過，我也注意到，部分學(xué)生在解決復(fù)雜問題時(shí)，還缺乏系統(tǒng)的思考和邏輯推理能力。

針對這些問題，我打算在今后的教學(xué)中做以下幾點(diǎn)改進(jìn)：

1.在講解公式推導(dǎo)時(shí)，我會更加注重學(xué)生的理解過程，適當(dāng)放慢速度，確保每個(gè)學(xué)生都能跟上。

2.在小組討論和課堂展示環(huán)節(jié)，我會更加注重引導(dǎo)和總結(jié)，幫助學(xué)生形成系統(tǒng)的知識體系。

3.加強(qiáng)對學(xué)生的個(gè)別輔導(dǎo)，關(guān)注每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，確保他們都能跟上教學(xué)節(jié)奏。

4.豐富教學(xué)手段，比如使用更多的多媒體資源，或者設(shè)計(jì)一些實(shí)踐活動，讓學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)。

5.在課堂管理上，我會更加注重學(xué)生的個(gè)體差異，盡量讓每個(gè)學(xué)生都能參與到課堂活動中來。典型例題講解例題1：

一理想氣體在等溫過程中，從初態(tài)P1、V1變化到末態(tài)P2、V2。求氣體在這一過程中吸收的熱量Q。

解答：

根據(jù)熱力學(xué)第一定律，等溫過程中內(nèi)能變化ΔU=0，因此Q=ΔU+W。在等溫過程中，W=PΔV，所以Q=PΔV。

具體計(jì)算：

已知P1=1.0×10^5Pa，V1=2.0×10^-3m^3，P2=2.0×10^5Pa，V2=1.0×10^-3m^3。

ΔV=V2-V1=1.0×10^-3m^3-2.0×10^-3m^3=-1.0×10^-3m^3（注意體積變化的方向）。

Q=PΔV=(2.0×10^5Pa)(-1.0×10^-3m^3)=-200J。

例題2：

一個(gè)質(zhì)量為m的物體，在水平面上受到一個(gè)恒力F的作用，物體從靜止開始沿直線運(yùn)動。求物體在運(yùn)動過程中所吸收的熱量Q。

解答：

由于物體在水平面上運(yùn)動，重力不做功，只有恒力F做功。根據(jù)功的定義，W=FΔx，其中Δx是物體在恒力作用下移動的距離。

由于物體從靜止開始運(yùn)動，初速度v0=0，末速度v=at，其中a是加速度，t是時(shí)間。根據(jù)牛頓第二定律，F(xiàn)=ma，可以得到a=F/m。

因此，W=FΔx=Fv=Fat=F(m/t)t=Fs，其中s是物體在恒力作用下移動的距離。

由于物體從靜止開始運(yùn)動，s=1/2at^2=1/2(F/m)t^2=1/2Fs^2/F=1/2s^2。

所以，W=Fs=1/2Fs^2=1/2(m/t)^2F^2=1/2(m/t)^2ma^2=1/2(m/t)^2(F/m)^2t^2=1/2(F/m)^2t^3。

由于物體從靜止開始運(yùn)動，t^3=3s，所以W=1/2(F/m)^2(3s)=3/2(F/m)^2s。

因此，Q=ΔU+W=0+W=W=3/2(F/m)^2s。

例題3：

一個(gè)物體在熱力學(xué)過程中，內(nèi)能增加了ΔU，同時(shí)對外做了功W。求物體在這一過程中的溫度變化ΔT。

解答：

根據(jù)熱力學(xué)第一定律，ΔU=Q-W，其中Q是物體吸收的熱量，W是物體對外做的功。

由于ΔU=mcΔT，其中m是物體的質(zhì)量，c是物體的比熱容，ΔT是溫度變化。

將ΔU=mcΔT代入ΔU=Q-W，得到mcΔT=Q-W。

由于物體對外做了功W，所以Q=W+mcΔT。

將Q=W+mcΔT代入mcΔT=Q-W，得到mcΔT=W+mcΔT-W。

化簡得到mcΔT=mcΔT。

這意味著溫度變化ΔT可以為任意值，只要物體吸收的熱量Q等于對外做的功W加上內(nèi)能的增加ΔU。

例題4：

一個(gè)氣缸內(nèi)有一個(gè)活塞，活塞上放置一個(gè)重物。當(dāng)活塞受到加熱時(shí)，氣體會膨脹，活塞會上升。求氣體膨脹過程中所做的功W。

解答：

氣體膨脹過程中所做的功W可以通過計(jì)算氣體對外界做的功來得到。由于氣體是理想氣體，我們可以使用理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT來計(jì)算。

假設(shè)氣體在膨脹前后的狀態(tài)分別為初態(tài)P1、V1和末態(tài)P2、V2，其中n是氣體的物質(zhì)的量，R是氣體常數(shù)，T是溫度。

根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，P1V1=P2V2。

氣體膨脹過程中所做的功W可以通過計(jì)算氣體對外界做的功來得到，即W=P2ΔV，其中ΔV=V2-V1。

將P1V1=P2V2代入W=P2ΔV，得到W=P1V1/V2(V2-V1)。

由于V2=V1+ΔV，可以將V2代入上式，得到W=P1V1/V1ΔV=P1ΔV。

因此，氣體膨脹過程中所做的功W等于氣體對外界做的功P1ΔV。

例題5：

一個(gè)物體在真空中自由下落，忽略空氣阻力。求物體在下落過程中所吸收的熱量Q。

解答：

由于物體在真空中自由下落，沒有空氣阻力，所以沒有非保守力做功，只有重力做功。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，ΔU=Q+W，其中W是重力做的功。

由于物體在真空中自由下落，重力做的功W=mgh，其中m是物體的質(zhì)量，g是重力加速度，h是物體下落的高度。

由于物體在真空中自由下落，沒有吸收或釋放熱量，所以Q=0。

因此，物體在下落過程中所吸收的熱量Q為0。板書設(shè)計(jì)①熱力學(xué)第一定律

-能量守恒原理

-內(nèi)能變化與熱量、功的關(guān)系

-ΔU=Q-W

②等溫過程

-狀態(tài)方程：PV=nRT

-內(nèi)能變化：ΔU=0

-吸收的熱量：Q=W

③等壓過程

-狀態(tài)方程：PV/T=常數(shù)

-內(nèi)能變化：ΔU=mCpΔT

-吸收的熱量：Q=ΔU+W

④等容過程

-狀態(tài)方程：V/T=常數(shù)

-內(nèi)能變化：ΔU=mCvΔT

-吸收的熱量：Q=ΔU

⑤能量轉(zhuǎn)換

-功：W=FΔx

-熱量：Q=mcΔT

-內(nèi)能：ΔU=Q-W

⑥典型應(yīng)用

-熱機(jī)效率

-蒸汽機(jī)工作原理

-冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

⑦公式推導(dǎo)

-ΔU=Q-W

-Q=mCΔT

-W=PΔV

⑧注意事項(xiàng)

-內(nèi)能變化的計(jì)算

-熱量和功的區(qū)分

-狀態(tài)方程的應(yīng)用教學(xué)評價(jià)1.課堂評價(jià)：

在課堂上，我通過提問、觀察和測試等方式來評價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。首先，通過提問，我可以檢驗(yàn)學(xué)生對熱力學(xué)第一定律的理解程度，以及他們是否能夠?qū)⒗碚撝R應(yīng)用到實(shí)際問題中。我會提出一些基礎(chǔ)性的問題，如“什么是內(nèi)能？”，“熱量和功在能量轉(zhuǎn)換中扮演什么角色？”等，以及一些更深入的問題，如“如何計(jì)算理想氣體在等溫過程中的熱量吸收？”等。

觀察是另一個(gè)重要的評價(jià)手段。我注意觀察學(xué)生在課堂上的參與度、討論中的表現(xiàn)以及實(shí)驗(yàn)操作的正確性。通過這些觀察，我可以了解學(xué)生是否能夠積極參與課堂活動，是否能夠理解并遵循實(shí)驗(yàn)步驟。

此外，我還定期進(jìn)行小測驗(yàn)，以評估學(xué)生對知識的掌握程度。這