《熱力學(xué)第一定律》教學(xué)設(shè)計教案

1、熱力學(xué)第一定律教學(xué)設(shè)計與反思課題：熱力學(xué)第f律科目：物理教學(xué)對象：高二選用教材：人教版選修3-3第十章第3節(jié)教師：師范班林琬晴一、教學(xué)內(nèi)容分析本節(jié)內(nèi)容選自人教版選修3-3第十章熱力學(xué)定律的第3節(jié)熱力學(xué)第f 律 能量 守恒定律。從教材結(jié)構(gòu)上來看，本章從研究絕熱過程中功和內(nèi)能關(guān)系開始，到討論單純的熱傳遞 過程中熱與內(nèi)能的關(guān)系，逐步剖析功、熱量以及內(nèi)能三者之間的關(guān)系，引出了熱力學(xué)第 一定律以及能量守恒定律的內(nèi)容（能量守恒定律在人教版必修2第七章第10節(jié)已學(xué)習(xí)，因此并未在本課的設(shè)計范圍內(nèi)）。在學(xué)習(xí)了守恒律后，學(xué)生能夠通過學(xué)習(xí)熱力學(xué)第二定 律來了解自然過程的/、可逆性，認識自然界的一切自發(fā)過程都是朝著嫡

2、增大的方向進行 的這一規(guī)律。從課程標(biāo)準來看熱力學(xué)第f律在高考中是 I級要求，了解其內(nèi)容及含義并且能進行 簡單運用即可。熱力學(xué)第f律為同學(xué)們建立了 “做功與傳熱在改變系統(tǒng)內(nèi)能方面是等 價的”這一圖像，是高中教學(xué)的重點但非難點。從教材內(nèi)容來看，教材的思路是從焦耳的實驗出發(fā)得到“做功與傳熱在改變系統(tǒng)內(nèi)能 方面是等價的”的觀念，從而總結(jié)出= q + *的規(guī)律，進而推廣得到能量守恒定律， 并介紹永動機的不可能性。而本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計是在教材的基礎(chǔ)上，用一個新穎的實驗 作為引入，承接原來學(xué)過的“單純做功/熱傳遞改變系統(tǒng)內(nèi)能”引出“做功與傳熱在改變系統(tǒng)內(nèi)能方面的等價性”，激發(fā)學(xué)生樂趣，有助學(xué)生理解物理圖像。從

3、功能上講，學(xué)習(xí)熱力學(xué)第f律完善了學(xué)生對于能量及其規(guī)律的知識體系，且讓學(xué) 生能更深一步了解熱與內(nèi)能，并且為下T學(xué)習(xí)嫡的原理打下基礎(chǔ)。二、教學(xué)目標(biāo)物理觀念1 .能夠從能量轉(zhuǎn)化的角度理解熱力學(xué)第f 律的形式和內(nèi)涵。2 .理解、掌握能量守恒定律，會用能量守恒的觀點分析物理現(xiàn)象， 明確其優(yōu)越性。3 . 了解第一類永動機不能制成的原因。科學(xué)思維會用AU Q +皿解決一些簡單的問題。了解建立熱力學(xué)第一定律的歷史過程、事實依據(jù)以及科學(xué)方法。通過教材中J.R邁爾船醫(yī)的故事讓學(xué)生對創(chuàng)造性思維中最活躍因素 猜想與假設(shè)”有f的啟 發(fā)。鍛煉學(xué)生能從抽象公式內(nèi)化為思維從而解釋生活中現(xiàn)象的能力， 讓學(xué)生能夠?qū)W以致用?？茖W(xué)探

4、究通過獨立分析和思考，理解 W、Q、AU正負號的意義。能將其運 用到生活實際，結(jié)合自身體會，理解能量守恒定律。從實際出發(fā)體 會永動機的/、可能性。科學(xué)態(tài)度與貝任學(xué)習(xí)科學(xué)家們探索自然規(guī)律的精神，增強學(xué)生開發(fā)新能源、合理利 用能源、發(fā)展節(jié)能技術(shù)的責(zé)任感。同時在學(xué)習(xí)了第一類永動機不可 行后，學(xué)生能夠建立健康積極的科學(xué)觀。三、學(xué)習(xí)者特征分析1 .知識層向：1）學(xué)生已掌握了內(nèi)能的定義及其微觀解釋。2）本章前兩節(jié)已經(jīng)學(xué)習(xí)了在絕熱過程中AUW 以及在單純的熱傳遞過程中AU=Q的關(guān)系。且建立了在改變系統(tǒng)內(nèi)能上做功和熱傳遞是等價的觀念。3）學(xué)生在必修2已經(jīng)學(xué)習(xí)了能量守恒定律，對于能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化已經(jīng)肩較成熟的

5、理解。2 .能力層向：符號的規(guī)定是本節(jié)學(xué)習(xí)的難點，而高二學(xué)生在學(xué)習(xí)加速度、力時就掌握了用符號來表 示方向的技巧，為本節(jié)學(xué)習(xí)弗卜.了堅實基礎(chǔ)。高中的知識規(guī)律較初中而言普遍更為抽 象和偏向解題技巧，而本節(jié)學(xué)習(xí)的精髓應(yīng)是讓學(xué)生能夠從抽象的公式回歸到生活中的 物理現(xiàn)象，學(xué)以致用。所以需要教師帶領(lǐng)學(xué)生動手實驗，體驗熱學(xué)的樂趣。3 .認知困難：第一類永動機的/、可能性。四、教學(xué)方法及策略教學(xué)方法：談話法、討論法、講授法、觀察法、閱讀法。 教學(xué)策略：實驗總結(jié)法、理論歸納法。五、教學(xué)重點及難點【教學(xué)重點】（1）用熱力學(xué)第f 律分析內(nèi)能改變的問題。（2）掌握A"=Q +%的符號法則并熟練應(yīng)用?！窘虒W(xué)難

6、點】（1）表達式&U = Q + W中各物理量的符號及其物理意義。（2）第一類永動機的/、可能性。六、教學(xué)過程教學(xué)內(nèi)容教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖（一）引入：在本書第一章，我們學(xué)習(xí)了分子動理 論，知道任何系統(tǒng)都具有內(nèi)能，且永不為零， 它的大小可以由溫度、體積影響。那在實際 操作中，我們可以采用哪些方式來改變系統(tǒng) 的內(nèi)能呢？接卜來我們來看兩個實驗，在觀 察過程中，大家注意思考它們分別是采用什 么方式改變系統(tǒng)內(nèi)能的。教師播放熱刀切乒乓球?qū)嶒灪脱菔就?塑料瓶中加壓造云”實驗。由上述兩個實驗我們知道，做功和熱傳 遞都可以改變系統(tǒng)內(nèi)能。【提問】那如果系統(tǒng)在跟外界同時發(fā)生做功 和熱傳遞，內(nèi)能的變化與熱

7、量及做功之間有 什么關(guān)系呢？這就是我們這節(jié)課要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。播放視頻、 做實驗、 寫板書（標(biāo) 題）、 提出問題思考教師提 出的問題激發(fā)學(xué)生興 趣，承上啟 下(二)新課教學(xué)：1、熱力學(xué)第f律早在19世紀，克勞修斯就在熱力學(xué)理 論研究方面建樹卓著，更在1850年在他發(fā) 表的論文中首次用數(shù)學(xué)的形式表達了內(nèi)能 與熱量及做功的關(guān)系，這就是熱力學(xué)第f 律。(1)內(nèi)容：一個熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向 它傳遞的熱量與外界對它所做的功之和。(2)表達# AU-Q +印其中A U表示系統(tǒng)內(nèi)能的增量，Q表示 系統(tǒng)吸收的熱量，W表示外界對系統(tǒng)做的 功。【提問】請同學(xué)們思考：一定量的氣體膨脹， 是氣體對外界做功，還是

8、外界對氣體做功？ 那如何表示這個方向問題？答：正負符號。我們知道功后止負，且正負號所代表的物理 意義不同，那么上式中AU和Q是否乂后正 負之分呢？如果啟止負號代表的物理意義 相同嗎？(3)對公式AU、Q、W符號的規(guī)定： 教師引導(dǎo)學(xué)生從熱力學(xué)第f律的內(nèi)容 來分析上述三物理量的符號的規(guī)定。具體如 下：內(nèi)容中的提到的是內(nèi)能的增加量，如果 系統(tǒng)的內(nèi)能是減少，則AU的符號為“-”， 相反則為“ +” ；同理，系統(tǒng)放出熱量， Q 符號取“-”，吸收熱量則取“ +” ；氣體對 外界做功，W符號取“-"，外界對系統(tǒng)做 的功則取“+”?？偠灾?，與定律內(nèi)容相 反的取“-”號，否則取“+”號。詳見卜表：

9、寫板書、 提出問題聯(lián)系所做制 云”實驗以及 教材思考與 討論例子給 學(xué)生講解符號 的規(guī)定以及物 理思義。思考問題、【回答】利 用符號表示 方向閱讀教材思 考與討論卜 記筆記問題的設(shè)置 與解決有助 于培養(yǎng)學(xué)生 利用熱力學(xué) 第f律解 決問題的思 維。符號規(guī)則的 本質(zhì)是不難 的，但是學(xué) 生很容易被 表象牢啟畀 子走，死記 硬背。所以 要幫助學(xué)生 抓住其根 本，利用直 觀的表格幫 助學(xué)生理清 規(guī)律。內(nèi)鹿的改變AM -做功-it內(nèi)能塔加，曝懾券界對物悻做功，將悼對外界功42、氣體狀態(tài)及化與物理量對應(yīng)力法(1)絕熱過程：過程是絕熱的，則Q=0,W= A U,外界對系統(tǒng)做的功等于系統(tǒng)內(nèi)能的增 加。聯(lián)系所做制

10、 云”實驗給同 學(xué)們拓展氣體 狀態(tài)變化與物該部分屬于 拓展內(nèi)容， 有助于同學(xué) 將實際問題(2)等容過程：無做功過程，即W叫則Q=A U,系統(tǒng)吸收的熱量等于系統(tǒng)內(nèi)能的增理里:對應(yīng)力記筆記模型化，抽加。法。象化，對解(3)等溫過程:在過程的始末狀態(tài)，系統(tǒng)寫板書題能力有所的內(nèi)能不變，即A U=0,則W+Q=0或W=-Q,表提圖。示吸收的熱量全部用來做功或外界對氣體所做的功全部轉(zhuǎn)換為熱量放出。學(xué)習(xí)完熱力學(xué)第;一定律后歸納到能量守恒定律，從而提出與能量守恒定律相違背的第一類永動機。3、能量守恒定律和第一類永動機回顧能量守(1).能量守恒定律:能量既不會憑空產(chǎn)生，恒定律。也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)

11、化為另一種形式，或者從一個系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到別的系統(tǒng)，在轉(zhuǎn)移過程中其總量保持不變。回憶能量守恒定律的內(nèi)容，再引入第一類永動機問題。(2).第一類永動機:在17-18世紀，資本主義發(fā)展初期，為了滿足生產(chǎn)對于動力日益增加的需求，許多人致力于制種機器，它不需要任何動力或燃料卻能不斷對外做功，稱其為第一類永動機o同學(xué)們聽故培養(yǎng)同學(xué)們?nèi)鐖D是最早的永動機,設(shè)計于13世紀的法事，思維可健康的科學(xué)國。稍放松。觀念。1g1第一類永動機由于違反了能量守恒定律所 以耳、可能實現(xiàn)。介紹了第一類永動機，可以順勢引出第二類 永動機，為卜節(jié)課熱力學(xué)第二定律的學(xué)習(xí)做 鋪墊。講述了趣味性較強的物理學(xué)史之后需要讓 同學(xué)們回歸課標(biāo)匕高考，

12、總結(jié)解題步驟并利 用例題檢驗。4、應(yīng)用熱力學(xué)第f律解題的一般步驟：(1)首先選定研究對象是哪個熱力學(xué)系統(tǒng)。(2)根據(jù)符號法則判斷已知量的正、負。(3)根據(jù)方程+”求出未知量。(4)再根據(jù)未知量結(jié)果的正、負來確定熱傳 遞或做功方向的情況。寫板書計算課件上例題回歸課標(biāo)， 回歸局考, 給出一般解 題步驟后例 題加以鞏 固。并檢測 教學(xué)效果。(三)課堂小結(jié)：本節(jié)課的主要內(nèi)容是熱力學(xué)第f律 及其運用，該內(nèi)容在同英的3-3選差就中， 出現(xiàn)的概率非常局，屬于本書比較重要的內(nèi) 容。布置作業(yè)檢測教學(xué)效 果。七、教學(xué)評價設(shè)計八、板書設(shè)計熱力學(xué)第一定律一、熱力學(xué)第一定律1、內(nèi)容：一個系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于系統(tǒng)吸收的熱量與外界對系統(tǒng)所做的功之和。0 - A" = Q + 42、表送式：3、對公式AU、Q、W符號的規(guī)定： 二、氣體狀態(tài)變化與物理量對應(yīng)方法 三、能量守恒定律及第一類永動機四、應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題的一般步驟:九.教學(xué)反思1 .請簡單描述這節(jié)課的教學(xué)或?qū)W習(xí)流程；2 .有哪些精彩的瞬間；這節(jié)課中你最滿意的地方或者讓您最