(教學(xué)設(shè)計(jì))第3章 2 熱力學(xué)第一定律2023-2024學(xué)年新教材高中物理選擇性必修第三冊(cè)(人教版2019)

(教學(xué)設(shè)計(jì))第3章2熱力學(xué)第一定律2023-2024學(xué)年新教材高中物理選擇性必修第三冊(cè)(人教版2019)學(xué)校授課教師課時(shí)授課班級(jí)授課地點(diǎn)教具教學(xué)內(nèi)容教材章節(jié)：2023-2024學(xué)年新教材高中物理選擇性必修第三冊(cè)（人教版2019）第3章第2節(jié)熱力學(xué)第一定律

內(nèi)容列舉：本節(jié)課主要講解熱力學(xué)第一定律的概念、公式及其應(yīng)用。具體內(nèi)容包括：

1.熱力學(xué)第一定律的定義與表述；

2.熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式：ΔU=Q-W；

3.系統(tǒng)內(nèi)能變化ΔU的計(jì)算；

4.熱量Q與功W的關(guān)系；

5.熱力學(xué)第一定律在實(shí)際生活中的應(yīng)用案例分析。核心素養(yǎng)目標(biāo)1.理解并運(yùn)用熱力學(xué)第一定律，提升物理觀念的應(yīng)用能力。

2.通過分析實(shí)際案例，培養(yǎng)科學(xué)思維和解決實(shí)際問題的能力。

3.在討論內(nèi)能變化與能量轉(zhuǎn)化時(shí)，發(fā)展科學(xué)態(tài)度與責(zé)任意識(shí)。學(xué)情分析學(xué)生層次：本節(jié)課面對(duì)的學(xué)生為高中選擇性必修物理課程的學(xué)生，他們已經(jīng)完成了基礎(chǔ)物理學(xué)習(xí)，具有一定的物理知識(shí)基礎(chǔ)。

知識(shí)方面：學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了能量守恒定律、功和能量的基本概念，但可能對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解不夠深入，需要通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)來加深理解。

能力方面：學(xué)生在數(shù)學(xué)運(yùn)算、邏輯推理和實(shí)驗(yàn)操作方面已經(jīng)具備一定能力，能夠理解并運(yùn)用熱力學(xué)第一定律進(jìn)行問題分析和計(jì)算。

素質(zhì)方面：學(xué)生具備一定的科學(xué)素養(yǎng)，能夠接受新概念，但需要引導(dǎo)他們運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題。

行為習(xí)慣：學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中習(xí)慣于被動(dòng)接受知識(shí)，需要在本節(jié)課中培養(yǎng)他們的主動(dòng)探究和思考的習(xí)慣。

對(duì)課程學(xué)習(xí)的影響：學(xué)生對(duì)物理概念的理解程度、學(xué)習(xí)習(xí)慣以及實(shí)踐操作能力將直接影響他們對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解和運(yùn)用，因此本節(jié)課將注重激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鼓勵(lì)他們主動(dòng)參與課堂討論，提高他們對(duì)物理概念的理解和應(yīng)用能力。教學(xué)資源準(zhǔn)備1.教材：確保每位學(xué)生都有《高中物理選擇性必修第三冊(cè)》教材。

2.輔助材料：準(zhǔn)備熱力學(xué)第一定律相關(guān)案例的PPT，包括圖片、圖表和動(dòng)畫演示。

3.實(shí)驗(yàn)器材：準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)所需的熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)器材，如量熱器、溫度計(jì)、壓強(qiáng)計(jì)等，并確保其安全性。

4.教室布置：將教室分為小組討論區(qū)，每組配備必要的學(xué)習(xí)資料，設(shè)置實(shí)驗(yàn)操作臺(tái)。教學(xué)過程1.導(dǎo)入（約5分鐘）

-激發(fā)興趣：提出問題“為什么能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生也不會(huì)憑空消失？”引導(dǎo)學(xué)生思考能量守恒的意義。

-回顧舊知：簡(jiǎn)要復(fù)習(xí)能量守恒定律，回顧功和能量的概念，為引入熱力學(xué)第一定律做準(zhǔn)備。

2.新課呈現(xiàn)（約30分鐘）

-講解新知：詳細(xì)講解熱力學(xué)第一定律的定義，解釋內(nèi)能、熱量和功的關(guān)系，介紹熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式ΔU=Q-W。

-舉例說明：通過舉例說明內(nèi)能變化的具體情況，如氣體膨脹做功時(shí)內(nèi)能的變化，幫助學(xué)生理解熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用。

-互動(dòng)探究：分組討論一個(gè)簡(jiǎn)單的熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)案例，如氣體在絕熱過程中內(nèi)能的變化，引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，探究熱力學(xué)第一定律在實(shí)際中的應(yīng)用。

3.鞏固練習(xí)（約20分鐘）

-學(xué)生活動(dòng)：讓學(xué)生獨(dú)立完成幾個(gè)熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用題目，如計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)能變化、分析熱力學(xué)過程等。

-教師指導(dǎo)：在學(xué)生完成練習(xí)的過程中，教師巡回指導(dǎo)，針對(duì)學(xué)生的疑問和錯(cuò)誤給予及時(shí)的幫助和指導(dǎo)。

4.應(yīng)用拓展（約15分鐘）

-學(xué)生活動(dòng)：讓學(xué)生思考熱力學(xué)第一定律在日常生活中的應(yīng)用，如空調(diào)、發(fā)動(dòng)機(jī)等設(shè)備中的能量轉(zhuǎn)換過程。

-教師引導(dǎo)：引導(dǎo)學(xué)生討論如何利用熱力學(xué)第一定律提高能源利用效率，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新能力。

5.總結(jié)反饋（約10分鐘）

-教師總結(jié)：總結(jié)本節(jié)課的熱力學(xué)第一定律的主要內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)其在物理學(xué)和實(shí)際生活中的重要性。

-學(xué)生反饋：學(xué)生分享本節(jié)課的學(xué)習(xí)收獲和疑問，教師針對(duì)學(xué)生的反饋進(jìn)行解答，確保學(xué)生對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解和掌握。

6.作業(yè)布置（約5分鐘）

-布置與熱力學(xué)第一定律相關(guān)的作業(yè)，包括理論題目和實(shí)際案例分析，要求學(xué)生在課后獨(dú)立完成，加深對(duì)課堂內(nèi)容的理解和應(yīng)用。教學(xué)資源拓展1.拓展資源：

-相關(guān)概念：介紹熱力學(xué)第二定律和第三定律，以及它們與熱力學(xué)第一定律的關(guān)系。

-歷史背景：介紹熱力學(xué)第一定律的發(fā)展歷程，包括科學(xué)家們的貢獻(xiàn)和重要實(shí)驗(yàn)。

-實(shí)際應(yīng)用：探討熱力學(xué)第一定律在能源工程、環(huán)境保護(hù)、新能源技術(shù)等領(lǐng)域的應(yīng)用。

-拓展知識(shí)：介紹熱力學(xué)在宇宙學(xué)、生物學(xué)等跨學(xué)科領(lǐng)域的研究和應(yīng)用。

-學(xué)術(shù)論文：推薦一些與熱力學(xué)第一定律相關(guān)的學(xué)術(shù)論文，供有興趣的學(xué)生進(jìn)一步研究。

2.拓展建議：

-閱讀經(jīng)典書籍：建議學(xué)生閱讀《熱力學(xué)原理》等經(jīng)典書籍，以更深入地理解熱力學(xué)的理論基礎(chǔ)。

-參觀博物館或科技館：組織學(xué)生參觀科技館或博物館中的熱力學(xué)展覽，直觀感受熱力學(xué)原理在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用。

-實(shí)際操作：鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行簡(jiǎn)單的熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)，如量熱實(shí)驗(yàn)、氣體膨脹實(shí)驗(yàn)等，以加深對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解。

-開展小組討論：組織學(xué)生進(jìn)行小組討論，探討熱力學(xué)第一定律在不同領(lǐng)域中的應(yīng)用，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作和交流能力。

-研究項(xiàng)目：鼓勵(lì)學(xué)生參與學(xué)?；蛏鐓^(qū)的研究項(xiàng)目，如新能源開發(fā)、節(jié)能減排等，將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐。

-學(xué)術(shù)交流：鼓勵(lì)學(xué)生參加科學(xué)講座、研討會(huì)，與其他學(xué)生和專家交流熱力學(xué)相關(guān)知識(shí)，拓寬視野。

-創(chuàng)新設(shè)計(jì)：鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合熱力學(xué)原理，設(shè)計(jì)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)或項(xiàng)目，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。

-自主學(xué)習(xí)：引導(dǎo)學(xué)生利用圖書館、網(wǎng)絡(luò)資源等自主查找相關(guān)資料，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的能力和習(xí)慣。反思改進(jìn)措施（一）教學(xué)特色創(chuàng)新

1.結(jié)合實(shí)際案例講解熱力學(xué)第一定律，使學(xué)生能夠直觀地理解其在生活中的應(yīng)用。

2.設(shè)計(jì)互動(dòng)探究環(huán)節(jié)，讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)和討論，深入理解熱力學(xué)第一定律的原理。

（二）存在主要問題

1.教學(xué)管理方面，課堂紀(jì)律控制不夠嚴(yán)格，導(dǎo)致部分學(xué)生注意力不集中。

2.教學(xué)方法上，講解過多，學(xué)生主動(dòng)參與和動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)較少。

3.教學(xué)評(píng)價(jià)方面，評(píng)價(jià)方式較為單一，未能充分反映學(xué)生的綜合能力和實(shí)際應(yīng)用能力。

（三）改進(jìn)措施

1.加強(qiáng)課堂管理，確保學(xué)生能夠?qū)Ｗ⒂谡n堂學(xué)習(xí)。可以通過制定明確的課堂規(guī)則，以及適時(shí)調(diào)整教學(xué)節(jié)奏，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和注意力。

2.增加學(xué)生參與度，將更多的課堂時(shí)間留給學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和討論。鼓勵(lì)學(xué)生提出問題，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考和探索。

3.多元化評(píng)價(jià)方式，除了傳統(tǒng)的筆試之外，加入實(shí)驗(yàn)報(bào)告、課堂表現(xiàn)、小組討論等評(píng)價(jià)維度，全面評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

4.定期進(jìn)行教學(xué)反思，根據(jù)學(xué)生的反饋和學(xué)習(xí)效果，及時(shí)調(diào)整教學(xué)策略和方法，確保教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生的實(shí)際需求相符。

5.加強(qiáng)與學(xué)生的溝通，了解他們的學(xué)習(xí)困惑和需求，針對(duì)性地提供輔導(dǎo)和支持，幫助他們更好地理解和應(yīng)用熱力學(xué)第一定律。板書設(shè)計(jì)①熱力學(xué)第一定律的定義與表述：

-重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)：熱力學(xué)第一定律的定義

-重點(diǎn)詞句：“能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生也不會(huì)憑空消失”

②熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式：

-重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)：ΔU=Q-W

-重點(diǎn)詞句：“系統(tǒng)內(nèi)能的變化等于吸收的熱量減去對(duì)外做的功”

③熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用案例分析：

-重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)：熱力學(xué)第一定律在實(shí)際案例中的應(yīng)用

-重點(diǎn)詞句：“分析系統(tǒng)內(nèi)能變化，計(jì)算熱量和功的關(guān)系”典型例題講解例題1：一個(gè)理想氣體在絕熱過程中從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B，已知?dú)怏w在A狀態(tài)的溫度和壓強(qiáng)，求氣體在B狀態(tài)的溫度和壓強(qiáng)。

解答：根據(jù)熱力學(xué)第一定律，絕熱過程中沒有熱量交換，因此ΔQ=0，所以ΔU=-W。利用理想氣體狀態(tài)方程PV/T=k（k為常數(shù)），結(jié)合絕熱過程的條件，可以推導(dǎo)出氣體在B狀態(tài)的溫度和壓強(qiáng)。

例題2：一個(gè)封閉系統(tǒng)中有10J的熱量被加入，系統(tǒng)對(duì)外做功6J，求系統(tǒng)的內(nèi)能變化。

解答：根據(jù)熱力學(xué)第一定律，ΔU=Q-W，代入已知數(shù)值得到ΔU=10J-6J=4J。系統(tǒng)的內(nèi)能增加了4J。

例題3：一個(gè)氣體系統(tǒng)在等壓過程中吸收了20J的熱量，系統(tǒng)的內(nèi)能增加了15J，求系統(tǒng)對(duì)外做了多少功？

解答：根據(jù)熱力學(xué)第一定律，ΔU=Q-W，代入已知數(shù)值得到15J=20J-W，解得W=20J-15J=5J。系統(tǒng)對(duì)外做了5J的功。

例題4：一個(gè)理想氣體在等溫過程中從狀態(tài)C變化到狀態(tài)D，已知?dú)怏w在C狀態(tài)的體積和壓強(qiáng)，求氣體在D狀態(tài)的體積和對(duì)外做的功。

解答：等溫過程中溫度不變，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程PV=k，可以推導(dǎo)出氣體在D狀態(tài)的體積。對(duì)外做的功可以通過積分PV圖下的面積來計(jì)算。

例題5：一個(gè)系統(tǒng)在某個(gè)過程中內(nèi)能增加了30J，同時(shí)對(duì)外做了10J的功，求系統(tǒng)吸收了多少熱量？

解答：根據(jù)熱力學(xué)第一定律，ΔU=Q-W，代入已知數(shù)值得到30J=Q-10J，解得Q=30J+10J=40J。系統(tǒng)吸收了40J的熱量。教學(xué)評(píng)價(jià)與反饋1.課堂表現(xiàn)：學(xué)生在課堂上的表現(xiàn)積極，能夠跟隨教師的講解思路，對(duì)熱力學(xué)第一定律的概念和公式有較好的理解。在互動(dòng)環(huán)節(jié)，大部分學(xué)生能夠主動(dòng)參與討論，提出問題和想法，顯示出良好的學(xué)習(xí)態(tài)度。

2.小組討論成果展示：小組討論中，學(xué)生們能夠圍繞熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用案例進(jìn)行深入分析，提出了有創(chuàng)意的解決方案。成果展示環(huán)節(jié)，各小組代表能夠清晰地表達(dá)本組的討論結(jié)果，展示了良好的團(tuán)隊(duì)合作能力和口頭表達(dá)能力。

3.隨堂測(cè)試：通過隨堂測(cè)試，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)熱力學(xué)第一定律的基本概念掌握較好，但在實(shí)際應(yīng)用題目的解答上，部分學(xué)生存在理解不足和計(jì)算錯(cuò)誤。測(cè)試結(jié)果有助于教師了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，為后續(xù)教學(xué)提供調(diào)整依據(jù)。

4.作業(yè)完成情況：學(xué)生提交的作業(yè)顯示，大多數(shù)學(xué)生能夠獨(dú)立完成熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用題目，但部分學(xué)生在理解熱力學(xué)過程和運(yùn)用公式時(shí)仍存在困難，需要進(jìn)一步的個(gè)別輔導(dǎo)。

5.教師評(píng)價(jià)與反