3.1熱力學(xué)第一定律教學(xué)設(shè)計(jì)-2024-2025學(xué)年高二下學(xué)期物理粵教版（2019）選擇性必修第三冊(cè)課題：科目：班級(jí)：課時(shí)：計(jì)劃1課時(shí)教師：?jiǎn)挝唬阂?、課程基本信息1.課程名稱：熱力學(xué)第一定律

2.教學(xué)年級(jí)和班級(jí)：高二年級(jí)（1）班

3.授課時(shí)間：2024年10月15日星期一第2節(jié)課

4.教學(xué)時(shí)數(shù)：1課時(shí)二、核心素養(yǎng)目標(biāo)1.科學(xué)思維：培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)推理方法分析熱力學(xué)過(guò)程，理解能量守恒原理。

2.科學(xué)探究：通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，讓學(xué)生親身體驗(yàn)熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用，提升實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)分析能力。

3.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到能量守恒在自然界和生活中的普遍性，增強(qiáng)對(duì)科學(xué)知識(shí)的敬畏和責(zé)任感。三、學(xué)習(xí)者分析1.學(xué)生已經(jīng)掌握的相關(guān)知識(shí)：

學(xué)生在進(jìn)入本節(jié)課之前，已經(jīng)學(xué)習(xí)了力學(xué)、能量和熱學(xué)的基本概念，對(duì)功、能、熱等物理量有一定的了解。他們可能已經(jīng)接觸過(guò)能量守恒的基本原理，但對(duì)于熱力學(xué)第一定律的理解可能較為淺顯，缺乏系統(tǒng)性和深入的分析。

2.學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、能力和學(xué)習(xí)風(fēng)格：

高二學(xué)生對(duì)物理學(xué)科普遍保持一定的興趣，尤其對(duì)與日常生活相關(guān)的物理現(xiàn)象感興趣。他們的學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)，能夠通過(guò)閱讀和講解理解新概念。學(xué)習(xí)風(fēng)格上，部分學(xué)生偏好通過(guò)實(shí)驗(yàn)和直觀演示來(lái)學(xué)習(xí)，而另一部分學(xué)生則更傾向于通過(guò)邏輯推理和數(shù)學(xué)計(jì)算來(lái)掌握知識(shí)。

3.學(xué)生可能遇到的困難和挑戰(zhàn)：

在學(xué)習(xí)熱力學(xué)第一定律時(shí)，學(xué)生可能會(huì)遇到以下困難：

-理解能量轉(zhuǎn)換和傳遞的過(guò)程，區(qū)分內(nèi)能和機(jī)械能的轉(zhuǎn)化。

-掌握熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)，并能夠正確應(yīng)用。

-將熱力學(xué)第一定律應(yīng)用于復(fù)雜的熱力學(xué)系統(tǒng)，如熱機(jī)循環(huán)。

-理解熱力學(xué)第一定律在自然界和工程中的應(yīng)用，建立實(shí)際情境中的聯(lián)系。四、教學(xué)資源準(zhǔn)備1.教材：確保每位學(xué)生擁有最新版本的物理教材，特別是粵教版選擇性必修第三冊(cè)，以便跟隨課程內(nèi)容學(xué)習(xí)。

2.輔助材料：準(zhǔn)備與熱力學(xué)第一定律相關(guān)的圖片、圖表和視頻，如熱機(jī)工作原理動(dòng)畫(huà)、能量轉(zhuǎn)換示意圖等，以增強(qiáng)直觀理解。

3.實(shí)驗(yàn)器材：準(zhǔn)備演示或?qū)嶒?yàn)所需的熱力學(xué)第一定律相關(guān)實(shí)驗(yàn)器材，如溫度計(jì)、壓力計(jì)、氣體發(fā)生器等，確保安全可靠。

4.教室布置：布置教室環(huán)境，包括設(shè)置分組討論區(qū)，確保實(shí)驗(yàn)操作臺(tái)寬敞，便于學(xué)生進(jìn)行小組合作實(shí)驗(yàn)和討論。五、教學(xué)過(guò)程一、導(dǎo)入新課

（1）課堂導(dǎo)入：同學(xué)們，我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了力學(xué)和熱學(xué)的基本概念，今天我們將一起探索熱力學(xué)的一個(gè)基本原理——熱力學(xué)第一定律。這個(gè)定律揭示了能量守恒的普遍規(guī)律，對(duì)于理解自然界和工程中的能量轉(zhuǎn)換具有重要意義。

（2）提問(wèn)：你們認(rèn)為能量守恒在現(xiàn)實(shí)生活中有哪些體現(xiàn)？舉例說(shuō)明。

（3）學(xué)生回答：例如，汽車(chē)行駛時(shí)，燃料燃燒產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為汽車(chē)的動(dòng)能；太陽(yáng)能熱水器將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能等。

二、新課講授

1.能量轉(zhuǎn)換與守恒

（1）展示能量轉(zhuǎn)換示意圖，引導(dǎo)學(xué)生思考能量的形式和轉(zhuǎn)換過(guò)程。

（2）講解能量守恒定律：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。

（3）舉例說(shuō)明能量守恒定律在生活中的應(yīng)用。

2.熱力學(xué)第一定律

（1）介紹熱力學(xué)第一定律的基本內(nèi)容：熱量可以從一個(gè)物體傳遞到另一個(gè)物體，也可以與功相互轉(zhuǎn)換。

（2）講解熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式：ΔU=Q-W，其中ΔU表示系統(tǒng)內(nèi)能的變化，Q表示傳入系統(tǒng)的熱量，W表示系統(tǒng)對(duì)外做的功。

（3）舉例說(shuō)明熱力學(xué)第一定律在生活中的應(yīng)用。

3.熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用

（1）講解熱力學(xué)第一定律在熱機(jī)循環(huán)中的應(yīng)用，如卡諾循環(huán)、奧托循環(huán)等。

（2）展示實(shí)際熱機(jī)工作原理圖，引導(dǎo)學(xué)生分析能量轉(zhuǎn)換過(guò)程。

（3）舉例說(shuō)明熱力學(xué)第一定律在工程中的應(yīng)用。

三、課堂練習(xí)

1.學(xué)生獨(dú)立完成以下練習(xí)題：

（1）判斷以下說(shuō)法是否正確，并說(shuō)明理由。

a.熱量可以從低溫物體傳遞到高溫物體。

b.能量守恒定律在自然界中不成立。

（2）根據(jù)熱力學(xué)第一定律，計(jì)算以下系統(tǒng)的內(nèi)能變化：一個(gè)物體吸收了100J的熱量，對(duì)外做了50J的功。

2.學(xué)生展示解題過(guò)程，教師點(diǎn)評(píng)并總結(jié)。

四、課堂小結(jié)

1.回顧本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容：熱力學(xué)第一定律的基本內(nèi)容、數(shù)學(xué)表達(dá)式和應(yīng)用。

2.強(qiáng)調(diào)熱力學(xué)第一定律在生活中的重要意義，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注能量守恒和轉(zhuǎn)換。

3.布置課后作業(yè)，要求學(xué)生完成以下任務(wù)：

（1）查閱資料，了解熱力學(xué)第一定律在某一領(lǐng)域的應(yīng)用。

（2）結(jié)合實(shí)際生活，舉例說(shuō)明能量守恒定律在自然界和工程中的體現(xiàn)。

五、課堂反思

1.教師總結(jié)本節(jié)課的教學(xué)效果，分析學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的優(yōu)點(diǎn)和不足。

2.教師反思教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，并提出改進(jìn)措施。六、知識(shí)點(diǎn)梳理1.能量守恒定律

-能量守恒定律的基本內(nèi)容：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。

-能量守恒定律在自然界和生活中的體現(xiàn)：如物體下落、燃料燃燒、太陽(yáng)能的利用等。

2.熱力學(xué)第一定律

-熱力學(xué)第一定律的表述：熱量可以從一個(gè)物體傳遞到另一個(gè)物體，也可以與功相互轉(zhuǎn)換。

-熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式：ΔU=Q-W，其中ΔU表示系統(tǒng)內(nèi)能的變化，Q表示傳入系統(tǒng)的熱量，W表示系統(tǒng)對(duì)外做的功。

-熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用：解釋熱力學(xué)過(guò)程，如熱機(jī)循環(huán)、制冷循環(huán)等。

3.內(nèi)能

-內(nèi)能的定義：物體內(nèi)部所有分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子間勢(shì)能的總和。

-內(nèi)能與溫度、體積、物質(zhì)狀態(tài)的關(guān)系：內(nèi)能與溫度、體積、物質(zhì)狀態(tài)等因素有關(guān)。

4.熱量

-熱量的定義：在熱傳遞過(guò)程中傳遞的能量。

-熱量的傳遞方式：熱傳遞有三種方式：傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射。

5.功

-功的定義：力在物體上所做的功，等于力與物體在力的方向上移動(dòng)距離的乘積。

-功的計(jì)算公式：W=F*s，其中W表示功，F(xiàn)表示力，s表示物體在力的方向上移動(dòng)的距離。

6.熱機(jī)

-熱機(jī)的定義：將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置。

-熱機(jī)的工作原理：利用燃料燃燒產(chǎn)生的熱能，通過(guò)熱機(jī)循環(huán)將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

7.熱力學(xué)第二定律

-熱力學(xué)第二定律的表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體。

-熱力學(xué)第二定律的推論：熱機(jī)的效率不能達(dá)到100%，總有部分熱量無(wú)法轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

8.熱力學(xué)第三定律

-熱力學(xué)第三定律的表述：當(dāng)溫度趨于絕對(duì)零度時(shí)，系統(tǒng)的熵趨于最小值。

-熱力學(xué)第三定律的應(yīng)用：解釋絕對(duì)零度的概念，以及低溫物理現(xiàn)象。

9.熱力學(xué)系統(tǒng)

-熱力學(xué)系統(tǒng)的定義：由若干物體組成的系統(tǒng)，其狀態(tài)可以用溫度、壓力、體積等宏觀物理量描述。

-熱力學(xué)系統(tǒng)的分類(lèi)：根據(jù)系統(tǒng)與外界交換的方式，分為封閉系統(tǒng)、開(kāi)放系統(tǒng)和孤立系統(tǒng)。

10.熱力學(xué)過(guò)程

-熱力學(xué)過(guò)程的定義：系統(tǒng)狀態(tài)的變化過(guò)程。

-熱力學(xué)過(guò)程的分類(lèi)：根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)的變化方式，分為等壓過(guò)程、等溫過(guò)程、絕熱過(guò)程等。七、反思改進(jìn)措施反思改進(jìn)措施（一）教學(xué)特色創(chuàng)新

1.案例教學(xué)：在講解熱力學(xué)第一定律時(shí)，引入實(shí)際案例，如汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理，讓學(xué)生通過(guò)分析案例來(lái)理解抽象的熱力學(xué)概念。

2.多媒體輔助教學(xué)：利用多媒體資源，如動(dòng)畫(huà)、視頻等，直觀展示熱力學(xué)過(guò)程，幫助學(xué)生更好地理解能量轉(zhuǎn)換和守恒的原理。

反思改進(jìn)措施（二）存在主要問(wèn)題

1.學(xué)生參與度不足：在課堂討論和實(shí)驗(yàn)操作中，部分學(xué)生參與度不高，可能是因?yàn)閷?duì)熱力學(xué)概念理解不深或?qū)?shí)驗(yàn)操作不熟悉。

2.教學(xué)方法單一：主要依賴講授法，缺乏互動(dòng)性和實(shí)踐性，可能限制了學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力。

3.評(píng)價(jià)方式單一：主要依靠考試評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，缺乏對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程的持續(xù)跟蹤和反饋，不利于學(xué)生的全面發(fā)展。

反思改進(jìn)措施（三）改進(jìn)措施

1.提高學(xué)生參與度：

-在課堂討論中，鼓勵(lì)學(xué)生提出問(wèn)題，并給予積極的反饋。

-設(shè)計(jì)小組合作項(xiàng)目，讓學(xué)生在團(tuán)隊(duì)中共同解決問(wèn)題，提高協(xié)作能力。

-通過(guò)角色扮演、模擬實(shí)驗(yàn)等活動(dòng)，增加學(xué)生的互動(dòng)性和參與感。

2.豐富教學(xué)方法：

-結(jié)合講授法，引入討論法、案例分析法等，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

-組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，讓學(xué)生親自動(dòng)手操作，加深對(duì)理論知識(shí)的理解。

-利用在線學(xué)習(xí)平臺(tái)，提供豐富的學(xué)習(xí)資源，方便學(xué)生自主學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)。

3.改進(jìn)評(píng)價(jià)方式：

-采用多元化的評(píng)價(jià)方式，包括課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、小組項(xiàng)目等，全面評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。

-定期進(jìn)行學(xué)習(xí)反饋，幫助學(xué)生了解自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度和存在的問(wèn)題，及時(shí)調(diào)整學(xué)習(xí)策略。

-鼓勵(lì)學(xué)生參與課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和解決問(wèn)題的能力。八、典型例題講解例題1：

一個(gè)理想氣體在等溫過(guò)程中，從狀態(tài)1變化到狀態(tài)2，吸收了40J的熱量。如果氣體對(duì)外做了30J的功，求氣體在狀態(tài)1和狀態(tài)2之間的內(nèi)能變化。

解：

根據(jù)熱力學(xué)第一定律，ΔU=Q-W

ΔU=40J-30J=10J

因此，氣體的內(nèi)能變化為10J。

例題2：

一個(gè)物體吸收了100J的熱量，同時(shí)對(duì)外做了50J的功。如果物體的內(nèi)能增加了20J，求物體在吸收熱量前后內(nèi)能的變化。

解：

根據(jù)熱力學(xué)第一定律，ΔU=Q-W

20J=100J-50J

因此，物體在吸收熱量前后的內(nèi)能變化為20J。

例題3：

一個(gè)系統(tǒng)在絕熱過(guò)程中，對(duì)外做了80J的功。如果系統(tǒng)的內(nèi)能減少了40J，求系統(tǒng)在絕熱過(guò)程中的熱量變化。

解：

在絕熱過(guò)程中，Q=0

根據(jù)熱力學(xué)第一定律，ΔU=Q-W

-40J=0-80J

因此，系統(tǒng)在絕熱過(guò)程中的熱量變化為0J。

例題4：

一個(gè)氣體在等壓過(guò)程中，溫度從300K升高到500K。如果氣體的內(nèi)能增加了1000J，求氣體在等壓過(guò)程中吸收的熱量。

解：

對(duì)于理想氣體，內(nèi)能只與溫度有關(guān)，ΔU=nCvΔT

其中，n為氣體的物質(zhì)的量，Cv為氣體的摩爾定容熱容，ΔT為溫度變化。

ΔU=nCvΔT

1000J=nCv(500K-300K)

ΔU=nCv*200K

由于等壓過(guò)程中，Q=ΔU+W，且W=PΔV

其中，P為壓強(qiáng)，ΔV為體積變化。

Q=ΔU+PΔV

Q=1000J+PΔV

由于等壓過(guò)程中，壓強(qiáng)P不變，我們可以使用理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT來(lái)計(jì)算體積變化ΔV。

ΔV=nRΔT/P

將ΔV代入Q的表達(dá)式中，得到：

Q=ΔU+nRΔT/P

Q=1000J+nR*200K/P

由于我們沒(méi)有具體的壓強(qiáng)P和物質(zhì)的量n，我們無(wú)法直接計(jì)算Q的值。但是，我們可以得出結(jié)論，氣體在等壓過(guò)程中吸收的熱量Q大于1000J。

例題5：

一個(gè)氣體在等溫過(guò)程中，體積從2L膨脹到4L。如果氣體對(duì)外做了200J的功，求氣體的內(nèi)能變化。

解：

在等溫過(guò)程中，內(nèi)能變化ΔU=0，因?yàn)闇囟炔蛔儭?/p>

根據(jù)熱力學(xué)第一定律，ΔU=Q-W

0=Q-200J

Q=200J

因此，氣體在等溫過(guò)程中吸收的熱量Q等于200J。作業(yè)布置與反饋?zhàn)鳂I(yè)布置：

1.完成課本中的練習(xí)題，包括熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用題目，如熱機(jī)效率的計(jì)算、內(nèi)能變化的計(jì)算等。

2.選擇兩個(gè)生活中的實(shí)例，分析能量守恒定律如何在這些實(shí)例中體現(xiàn)，并簡(jiǎn)要說(shuō)明。

3.設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證熱力學(xué)第一定律中的一個(gè)原理，如通過(guò)測(cè)量氣體膨脹時(shí)對(duì)外做功和吸收熱量的關(guān)系。

4.寫(xiě)一篇短文，闡述你對(duì)能量守恒定律的理解，以及它在現(xiàn)代科技發(fā)展中的作用。

作業(yè)反饋：

1.對(duì)學(xué)生的作業(yè)進(jìn)行及時(shí)的批改，確保每個(gè)學(xué)生都能得到反饋。

2.對(duì)于練習(xí)題，檢查學(xué)生是否正確應(yīng)用了熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式ΔU=Q-W，并評(píng)估他們對(duì)能量轉(zhuǎn)換和守恒的理解。

3.在分析生活中的實(shí)例時(shí)，關(guān)注學(xué)生是否能夠?qū)⒗碚撝R(shí)與實(shí)際情境相結(jié)合，是否能夠清晰地表達(dá)自己的觀點(diǎn)。

4.對(duì)于設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，評(píng)估學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是否合理，實(shí)驗(yàn)步驟是否清晰，以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否與理論預(yù)期相符。

5.在短文中，檢查學(xué)生是否能夠深入理解能量守恒定律，是否能夠提出自己的見(jiàn)解，并能夠用恰當(dāng)?shù)睦觼?lái)支持自己的觀點(diǎn)。

改進(jìn)建議：

1.對(duì)于在練習(xí)題中犯錯(cuò)的student，提供詳細(xì)的錯(cuò)誤分析和正確的解題步驟，幫助他們理解錯(cuò)誤的原因。

2.對(duì)于在分析生活中的實(shí)例時(shí)出現(xiàn)困難的學(xué)生，提供一些實(shí)例分析的模板，幫助他們更好地組織思路。

3.對(duì)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)部分，提供實(shí)驗(yàn)報(bào)告的寫(xiě)作指導(dǎo)，確保學(xué)生能夠清晰地記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果。

4.對(duì)于短文寫(xiě)作，鼓勵(lì)學(xué)生多閱讀相關(guān)的科普文章，提高他們的科學(xué)寫(xiě)作能力。

5.對(duì)于作業(yè)中的亮點(diǎn)，給予積極的評(píng)價(jià)和表?yè)P(yáng)，以激勵(lì)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性。板書(shū)設(shè)計(jì)①熱力學(xué)第一定律基本概念

-能量守恒定律

-熱力學(xué)第一定律的表述

-數(shù)學(xué)表達(dá)式：ΔU=Q-W

②能量轉(zhuǎn)換與守恒

-能量的形式：動(dòng)能、勢(shì)能、內(nèi)能、熱能等

-能量轉(zhuǎn)換過(guò)程：機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能等

-能量守恒定律的應(yīng)用：物體下落、燃料燃燒、太陽(yáng)能的利用等

③熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用

-熱力學(xué)第一定律在熱機(jī)循環(huán)中的應(yīng)用：卡諾循環(huán)、奧托循環(huán)等

-熱力學(xué)第一定律在制冷循環(huán)中的應(yīng)用

-熱力學(xué)第一定律在工程中的應(yīng)用實(shí)例

④內(nèi)能

-內(nèi)能的定義：物體內(nèi)部所有分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子間勢(shì)能的總和

-內(nèi)能與溫度、體積、物質(zhì)狀態(tài)的關(guān)系

⑤熱量

-熱量的定義：在熱傳遞過(guò)程中傳遞的能量

-熱量的傳遞方式：傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射

⑥功

-功的定義：力在物體上所做的功，等于力與物體在力的方向上移動(dòng)距離的乘積

-功的計(jì)算公式：W=F*s

⑦熱機(jī)

-熱機(jī)的定義：將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置

-熱機(jī)的工作原理：利用燃料燃燒產(chǎn)生的熱能，通過(guò)熱機(jī)循環(huán)將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能

⑧