第三章 第1-2節(jié) 熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律2023-2024學(xué)年新教材高中物理選擇性必修第三冊(cè)同步教學(xué)設(shè)計(jì)（教科版2019）VIP

第三章第1-2節(jié)熱力學(xué)第一定律能量守恒定律2023-2024學(xué)年新教材高中物理選擇性必修第三冊(cè)同步教學(xué)設(shè)計(jì)（教科版2019）授課內(nèi)容授課時(shí)數(shù)授課班級(jí)授課人數(shù)授課地點(diǎn)授課時(shí)間課程基本信息1.課程名稱：高中物理選擇性必修第三冊(cè)——第三章第1-2節(jié)熱力學(xué)第一定律能量守恒定律

2.教學(xué)年級(jí)和班級(jí)：2023-2024學(xué)年高中三年級(jí)（理科班）

3.授課時(shí)間：2023年9月15日

4.教學(xué)時(shí)數(shù)：2課時(shí)核心素養(yǎng)目標(biāo)1.理解并運(yùn)用熱力學(xué)第一定律，培養(yǎng)科學(xué)思維能力。

2.掌握能量守恒定律，提升物理觀念。

3.通過實(shí)驗(yàn)探究，發(fā)展科學(xué)探究能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力。

4.結(jié)合生活實(shí)例，增強(qiáng)物理知識(shí)的應(yīng)用意識(shí)。教學(xué)難點(diǎn)與重點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)

-熱力學(xué)第一定律的理解和應(yīng)用：重點(diǎn)在于讓學(xué)生理解內(nèi)能、功和熱量的關(guān)系，以及能量守恒的概念。例如，通過分析氣體在等壓、等溫、絕熱過程中的能量變化，使學(xué)生掌握第一定律的應(yīng)用。

-能量守恒定律的應(yīng)用：強(qiáng)調(diào)能量守恒定律在各類物理現(xiàn)象中的普遍適用性，如機(jī)械能守恒、電能轉(zhuǎn)化為熱能等。舉例來說，通過分析自由落體運(yùn)動(dòng)中動(dòng)能和勢(shì)能的轉(zhuǎn)換，讓學(xué)生深刻理解能量守恒定律。

2.教學(xué)難點(diǎn)

-熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)：難點(diǎn)在于理解并運(yùn)用公式ΔU=Q-W，學(xué)生可能難以把握各物理量的關(guān)系和計(jì)算方法?？梢酝ㄟ^具體例題，如計(jì)算氣體在等溫膨脹過程中吸收的熱量，來幫助學(xué)生理解和應(yīng)用公式。

-能量守恒定律在不同條件下的應(yīng)用：難點(diǎn)在于學(xué)生在面對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)時(shí)，難以判斷能量守恒的具體形式。例如，在分析電路中的能量轉(zhuǎn)化時(shí)，學(xué)生可能難以識(shí)別電能和熱能之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系?？梢酝ㄟ^實(shí)際電路圖的分析，引導(dǎo)學(xué)生逐步理解并掌握能量守恒定律在不同條件下的應(yīng)用。教學(xué)方法與策略1.結(jié)合講授與討論，先通過講解熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律的基本概念，隨后引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行小組討論，分享生活中的能量轉(zhuǎn)換實(shí)例。

2.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，如利用氣缸和活塞模擬氣體做功過程，讓學(xué)生直觀感受能量轉(zhuǎn)換，并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

3.使用多媒體教學(xué)，如動(dòng)畫演示能量守恒定律在不同條件下的應(yīng)用，以及熱力學(xué)第一定律的物理意義，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)。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)發(fā)布預(yù)習(xí)資料，包括熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律的相關(guān)概念、公式和實(shí)例。

設(shè)計(jì)預(yù)習(xí)問題：設(shè)計(jì)問題如“舉例說明日常生活中能量守恒的現(xiàn)象”。

監(jiān)控預(yù)習(xí)進(jìn)度：通過平臺(tái)監(jiān)控學(xué)生的預(yù)習(xí)情況和提交的預(yù)習(xí)成果。

-學(xué)生活動(dòng)：

自主閱讀預(yù)習(xí)資料：學(xué)生閱讀資料，理解熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律的基本概念。

思考預(yù)習(xí)問題：學(xué)生思考并記錄對(duì)預(yù)習(xí)問題的理解和疑問。

提交預(yù)習(xí)成果：學(xué)生將預(yù)習(xí)筆記和問題提交至平臺(tái)。

-教學(xué)方法/手段/資源：

自主學(xué)習(xí)法：培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和自主學(xué)習(xí)的能力。

信息技術(shù)手段：利用在線平臺(tái)實(shí)現(xiàn)資源的共享和預(yù)習(xí)進(jìn)度的監(jiān)控。

-作用與目的：

幫助學(xué)生提前了解課程內(nèi)容，為課堂學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

2.課中強(qiáng)化技能

-教師活動(dòng)：

導(dǎo)入新課：通過一個(gè)生活中的能量轉(zhuǎn)換實(shí)例，如自行車騎行時(shí)能量的轉(zhuǎn)換，引出課題。

講解知識(shí)點(diǎn)：詳細(xì)講解熱力學(xué)第一定律的公式和能量守恒定律的應(yīng)用。

組織課堂活動(dòng)：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，如測(cè)量氣體做功過程中的能量變化。

解答疑問：針對(duì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中遇到的問題進(jìn)行解答。

-學(xué)生活動(dòng)：

聽講并思考：學(xué)生聽講并思考如何將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐。

參與課堂活動(dòng)：學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)，分析結(jié)果。

提問與討論：學(xué)生提出疑問，參與討論，加深理解。

-教學(xué)方法/手段/資源：

講授法：通過講解幫助學(xué)生理解理論知識(shí)。

實(shí)踐活動(dòng)法：通過實(shí)驗(yàn)活動(dòng)讓學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)。

合作學(xué)習(xí)法：通過小組討論促進(jìn)學(xué)生交流與合作。

-作用與目的：

幫助學(xué)生深入理解熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律，掌握相關(guān)技能。

3.課后拓展應(yīng)用

-教師活動(dòng)：

布置作業(yè)：布置與熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律相關(guān)的計(jì)算題和應(yīng)用題。

提供拓展資源：提供相關(guān)的物理學(xué)科網(wǎng)站和視頻，供學(xué)生深入學(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)：學(xué)生完成作業(yè)，鞏固課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容。

拓展學(xué)習(xí)：學(xué)生利用拓展資源進(jìn)行深入學(xué)習(xí)。

反思總結(jié)：學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)過程進(jìn)行反思，總結(jié)學(xué)習(xí)心得。

-教學(xué)方法/手段/資源：

自主學(xué)習(xí)法：鼓勵(lì)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)進(jìn)行反思和總結(jié)。

-作用與目的：

鞏固學(xué)生對(duì)熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律的理解和應(yīng)用，拓寬知識(shí)視野。拓展與延伸1.拓展閱讀材料：

-《物理世界》雜志：該雜志經(jīng)常發(fā)表關(guān)于熱力學(xué)和能量守恒的專題文章，適合高中生閱讀，能夠幫助學(xué)生從不同角度理解熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律。

-《科學(xué)美國(guó)人》：該雜志的科普文章深入淺出，有時(shí)會(huì)涉及熱力學(xué)和能量轉(zhuǎn)換的前沿科學(xué)進(jìn)展，有助于激發(fā)學(xué)生的科學(xué)興趣。

-《物理的進(jìn)化》：這本書詳細(xì)介紹了物理學(xué)的發(fā)展歷程，包括熱力學(xué)定律的發(fā)現(xiàn)和能量守恒觀念的建立，適合對(duì)物理學(xué)史感興趣的學(xué)生閱讀。

2.課后自主學(xué)習(xí)和探究：

-探究不同條件下的能量守恒：鼓勵(lì)學(xué)生課后收集不同物理現(xiàn)象中能量守恒的實(shí)例，如機(jī)械能守恒、電能轉(zhuǎn)化為熱能等，分析這些現(xiàn)象背后的能量轉(zhuǎn)換和守恒規(guī)律。

-分析日常生活中的熱力學(xué)現(xiàn)象：學(xué)生可以觀察并記錄日常生活中的熱力學(xué)現(xiàn)象，如熱水瓶的保溫效果、空調(diào)的制冷原理等，并嘗試用熱力學(xué)第一定律來解釋這些現(xiàn)象。

-設(shè)計(jì)能量轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)：學(xué)生可以設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，如利用電池、電阻和燈泡來探究電能轉(zhuǎn)化為熱能的過程，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證能量守恒定律。

-研究熱力學(xué)定律的應(yīng)用：學(xué)生可以研究熱力學(xué)定律在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用，如熱泵技術(shù)、太陽能電池等，了解這些技術(shù)的工作原理和效率。

-探索物理學(xué)與生活的聯(lián)系：學(xué)生可以探索物理學(xué)中的熱力學(xué)原理如何應(yīng)用于日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中，例如，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率、電力發(fā)電站的能量轉(zhuǎn)換等。

-深入學(xué)習(xí)熱力學(xué)第二定律：雖然本節(jié)課主要介紹熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律，但學(xué)生可以自主探索熱力學(xué)第二定律的內(nèi)容，了解熵的概念和熱力學(xué)過程的不可逆性。

-參與科學(xué)講座和研討會(huì)：鼓勵(lì)學(xué)生參加學(xué)?；蛏鐓^(qū)組織的科學(xué)講座和研討會(huì)，特別是那些涉及熱力學(xué)和能量守恒主題的活動(dòng)，以拓寬知識(shí)視野。

-閱讀科學(xué)史相關(guān)書籍：學(xué)生可以閱讀關(guān)于熱力學(xué)定律發(fā)現(xiàn)和能量守恒觀念形成的科學(xué)史書籍，了解這些科學(xué)原理的發(fā)展過程和背后的科學(xué)故事。

-開展科學(xué)寫作：鼓勵(lì)學(xué)生撰寫關(guān)于熱力學(xué)和能量守恒的科學(xué)文章，可以是實(shí)驗(yàn)報(bào)告、科普文章或研究論文，通過寫作加深對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用。板書設(shè)計(jì)1.熱力學(xué)第一定律

①熱力學(xué)第一定律公式：ΔU=Q-W

②內(nèi)能（U）：系統(tǒng)內(nèi)所有微觀粒子的動(dòng)能和勢(shì)能的總和

③功（W）：外力對(duì)系統(tǒng)做功或系統(tǒng)對(duì)外做功

④熱量（Q）：系統(tǒng)與外界之間傳遞的能量

2.能量守恒定律

①能量守恒定律表述：在一個(gè)孤立系統(tǒng)中，能量不會(huì)憑空產(chǎn)生也不會(huì)憑空消失，只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式

②能量轉(zhuǎn)換：機(jī)械能、熱能、電能等不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)換

③能量守恒實(shí)例：自由落體運(yùn)動(dòng)中動(dòng)能和勢(shì)能的轉(zhuǎn)換，電路中的電能轉(zhuǎn)化為熱能等

3.相關(guān)概念

①系統(tǒng)與外界：明確系統(tǒng)和外界的界限，系統(tǒng)是指研究的對(duì)象，外界是指系統(tǒng)之外的部分

②絕對(duì)零度：熱力學(xué)溫度的起點(diǎn)，所有物質(zhì)的分子運(yùn)動(dòng)都停止的理論溫度

③熵：系統(tǒng)無序程度的量度，反映了能量轉(zhuǎn)換的方向和可能性課堂小結(jié)，當(dāng)堂檢測(cè)課堂小結(jié)：

本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律。熱力學(xué)第一定律告訴我們，系統(tǒng)的內(nèi)能變化等于外界對(duì)系統(tǒng)做的功和系統(tǒng)吸收的熱量之差。我們通過公式ΔU=Q-W來表達(dá)這一關(guān)系。能量守恒定律則強(qiáng)調(diào)了在一個(gè)孤立系統(tǒng)中，能量不會(huì)憑空產(chǎn)生或消失，只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式。通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們了解了這兩個(gè)定律在物理學(xué)中的重要性，并且通過實(shí)驗(yàn)和實(shí)例加深了對(duì)這些概念的理解。

1.熱力學(xué)第一定律：ΔU=Q-W

-ΔU：系統(tǒng)內(nèi)能的變化

-Q：系統(tǒng)吸收的熱量

-W：外界對(duì)系統(tǒng)做的功

2.能量守恒定律：在一個(gè)孤立系統(tǒng)中，能量不會(huì)憑空產(chǎn)生或消失，只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式。

3.實(shí)際應(yīng)用：通過分析氣體在等壓、等溫、絕熱過程中的能量變化，理解熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用。同時(shí)，通過觀察日常生活中的能量轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，如機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，加深對(duì)能量守恒定律的理解。

當(dāng)堂檢測(cè)：

為了檢驗(yàn)大家對(duì)本節(jié)課內(nèi)容的掌握情況，下面進(jìn)行當(dāng)堂檢測(cè)。

1.填空題

-熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式是______。

-能量守恒定律表明______。

2.判斷題

-()系統(tǒng)的內(nèi)能變化等于系統(tǒng)對(duì)外做的功。

-()在一個(gè)孤立系統(tǒng)中，能量可以憑空消失。

3.計(jì)算題

-一個(gè)理想氣體在等溫膨脹過程中，吸收了200J的熱量，