《熱力學(xué)第一定律》教學(xué)設(shè)計教案

1、熱力學(xué)第定律教學(xué)設(shè)計與反思課題：熱力學(xué)第一定律科目：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)第一定律能量 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不可逆性，認識自然界

2、的一切自發(fā)過程都是朝著熵增大的方向進行 的這一規(guī)律。從課程標準來看熱力學(xué)第一定律在高考中是 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)第一定律為同學(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 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

3、學(xué)生理解物理圖像。從功能上講，學(xué)習(xí)熱力學(xué)第一定律完善了學(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，并且為下一節(jié)學(xué)習(xí)熵的原理打下基礎(chǔ)。二、教學(xué)目標物理觀念1. 能夠從能量轉(zhuǎn)化的角度理解熱力學(xué)第一定律的形式和內(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?？茖W(xué)思維會用 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) ”有一定的啟 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)

4、生能夠?qū)W以致用?？茖W(xué)探究通過獨立分析和思考，理解 W、 Q、 U 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 會永動機的不可能性?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)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. 知識層面：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 ，以及在單純的熱傳遞過程中 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

5、轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化已經(jīng)有較成熟的 理解。2. 能力層面： 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)打下了堅實基礎(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：第一類永動機的不可能性。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)第一定律分析內(nèi)能改變的問題。2）掌握的符號法則并熟練應(yīng)用教學(xué)難點】（

6、 1）表達式中各物理量的符號及其物理意義2）第一類永動機的不可能性。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？接下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?！咎釂枴磕侨绻到y(tǒng)在跟外界同時發(fā)生做功 和熱傳遞，內(nèi)能的變化與熱量及做功之間有 什么關(guān)系

7、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 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)第一定律 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)第一定 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）表達式： 其中 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，還是外界對氣

8、體做功？ 那如何表示這個方向問題？ 答：正負符號。 我們知道功有正負，且正負號所代表的物理 意義不同，那么上式中 U和 Q是否又有正 負之分呢？如果有正負號代表的物理意義 相同嗎？（3）對公式 U、 Q、W 符號的規(guī)定： 教師引導(dǎo)學(xué)生從熱力學(xué)第一定律的內(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 U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

9、見下表：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 理意義。 聯(lián)系所做 “制 云”實驗給同 學(xué)們拓展氣體 狀態(tài)變化與物 理量對應(yīng)方 法。 寫板書 寫板書思考問題、 【回答】利 用符號表示 方向 閱讀教材 思 考與討論 、 記筆記 記筆記 同學(xué)們聽故 事，思維可 稍放松。 計算課件上 例題問題的設(shè)置 與解決有助 于培養(yǎng)學(xué)生 利用熱力學(xué) 第一定律解 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 表象牽著鼻 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。該部分屬于 拓展內(nèi)容， 有助

10、于同學(xué) 將實際問題 模型化，抽 象化，對解 題能力有所 提高?；仡櫮芰渴?恒定律。培養(yǎng)同學(xué)們 健康的科學(xué) 觀念?；貧w課標， 回歸高考，2、氣體狀態(tài)變化與物理量對應(yīng)方法給出一般解 題步驟后例 題加以鞏 固。并檢測 教學(xué)效果。（ 1）絕熱過程：過程是絕熱的 ,則 Q=0,W= U,外界對系統(tǒng)做的功等于系統(tǒng)內(nèi)能的增 加。（ 2）等容過程： 無做功過程 ,即 W=0,則 Q=U,系統(tǒng)吸收的熱量等于系統(tǒng)內(nèi)能的增 加。（ 3）等溫過程： 在過程的始末狀態(tài) ,系統(tǒng) 的內(nèi)能不變 ,即U=0,則W+Q=0或 W=-Q,表 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

11、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 （1）.能量守恒定律： 能量既不會憑空產(chǎn)生， 也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)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，許多人致力于制造一種機器， 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 ”。國。 第一 機由 了能 定律 可能 介紹 類永如圖是最早的永動機，設(shè)計于 13 世紀

12、的法 類永動 于違反 量守恒 所以不 實現(xiàn)。了第一 動機，可 以順勢引出第二類永動機， 為下節(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)們回歸課標與高考， 總結(jié)解題步驟并利 用例題檢驗。4、應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題的一般步驟： (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。(三)課堂小結(jié)： 本節(jié)課的主要內(nèi)容是熱力學(xué)第一定律 及其運用，該內(nèi)容在高考的 3-3 選考題中， 出現(xiàn)的概率非常高，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。2、表達式：3、對公式 U、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