《熱力學第一定律》教學設計-教案(共6頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上熱力學第一定律教學設計與反思課題：熱力學第一定律科目：物理教學對象：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、教學內容分析本節(jié)內容選自人教版選修3-3第十章熱力學定律的第3節(jié)熱力學第一定律 能量守恒定律。從教材結構上來看，本章從研究絕熱過程中功和內能關系開始，到討論單純的熱傳遞過程中熱與內能的關系，逐步剖析功、熱量以及內能三者之間的關系，引出了熱力學第一定律以及能量守恒定律的內容（能量守恒定律在人教版必修2第七章第10節(jié)已學習，因此并未在本課的設計范圍內）。在學習了守恒律后，學生能夠通過學習熱力學第二定律來了解自然過程的不可逆性，認識自然

2、界的一切自發(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第一定律在高考中是I級要求，了解其內容及含義并且能進行簡單運用即可。熱力學第一定律為同學們建立了“做功與傳熱在改變系統(tǒng)內能方面是等價的”這一圖像，是高中教學的重點但非難點。從教材內容來看，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)內能方面是等價的”的觀念，從而總結出U=Q+W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)課的教學設計是在教材的基礎上，用一個新穎的實驗作為引入，承接原來學過的“單純做功熱傳遞改變系統(tǒng)內能”引出“做功與傳熱在改變系統(tǒng)內能方面的等價性”，激發(fā)學生樂趣，有助學生理解物理

3、圖像。從功能上講，學習熱力學第一定律完善了學生對于能量及其規(guī)律的知識體系，且讓學生能更深一步了解熱與內能，并且為下一節(jié)學習熵的原理打下基礎。二、教學目標物理觀念1. 能夠從能量轉化的角度理解熱力學第一定律的形式和內涵。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思維會用U=Q+W解決一些簡單的問題。了解建立熱力學第一定律的歷史過程、事實依據(jù)以及科學方法。通過教材中J.R.邁爾船醫(yī)的故事讓學生對創(chuàng)造性思維中最活躍因素“猜想與假設”有一定的啟發(fā)。鍛煉學生能從抽象公式內化為思維從而解釋生活中現(xiàn)象的能力，讓學生能夠學以致用。科學

4、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態(tài)度與責任學習科學家們探索自然規(guī)律的精神，增強學生開發(fā)新能源、合理利用能源、發(fā)展節(jié)能技術的責任感。同時在學習了第一類永動機不可行后，學生能夠建立健康積極的科學觀。三、學習者特征分析1. 知識層面：1) 學生已掌握了內能的定義及其微觀解釋。2) 本章前兩節(jié)已經學習了在絕熱過程中U=W ，以及在單純的熱傳遞過程中U=Q的關系。且建立了在改變系統(tǒng)內能上做功和熱傳遞是等價的觀念。3) 學生在必修2已經學習了能量守恒定律，對于能量的轉移和轉化已經有較成熟的理解。2

5、. 能力層面：符號的規(guī)定是本節(jié)學習的難點，而高二學生在學習加速度、力時就掌握了用符號來表示方向的技巧，為本節(jié)學習打下了堅實基礎。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)學習的精髓應是讓學生能夠從抽象的公式回歸到生活中的物理現(xiàn)象，學以致用。所以需要教師帶領學生動手實驗，體驗熱學的樂趣。3. 認知困難：第一類永動機的不可能性。四、教學方法及策略教學方法：談話法、討論法、講授法、觀察法、閱讀法。教學策略：實驗總結法、理論歸納法。五、教學重點及難點【教學重點】 （1）用熱力學第一定律分析內能改變的問題。 （2）掌握U=Q+W的符號法則并熟練應用。 【教學難點】 （1）表達式U=Q+W

6、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、教學過程教學內容教師活動學生活動設計意圖（一）引入：在本書第一章，我們學習了分子動理論，知道任何系統(tǒng)都具有內能，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)內能的。教師播放熱刀切乒乓球實驗和演示往塑料瓶中加壓“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，內能的變化與熱量及做功之間有什么關系呢？這就是我們這節(jié)課要學習的內容。播放

7、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)學生興趣，承上啟下（二）新課教學：1、熱力學第一定律早在19世紀，克勞修斯就在熱力學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)學的形式表達了內能與熱量及做功的關系，這就是熱力學第一定律。 （1）內容： 一個熱力學系統(tǒng)的內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：U=Q+W 其中U表示系統(tǒng)內能的增量，Q表示系統(tǒng)吸收的熱量，W表示外界對系統(tǒng)做的功?！咎釂枴空埻瑢W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

8、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：教師引導學生從熱力學第一定律的內容來分析上述三物理量的符號的規(guī)定。具體如下：內容中的提到的是內能的增加量，如果系統(tǒng)的內能是減少，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?，與定律內容相反的取“-”號，否則取“+”號。詳見下表：2、氣體狀態(tài)變化與物理量對應方法（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)內能的增加。（2）等容過程：無

9、做功過程,即W=0,則Q=U,系統(tǒng)吸收的熱量等于系統(tǒng)內能的增加。（3）等溫過程：在過程的始末狀態(tài),系統(tǒng)的內能不變,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換為熱量放出。學習完熱力學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 (1).能量守恒定律：能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個系統(tǒng)轉移到別的系統(tǒng)，在轉移過程中其總量保持不變?；貞浤芰渴睾愣傻膬热?，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

10、產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”。如圖是最早的永動機，設計于13世紀的法國。第一類永動機由于違反了能量守恒定律所以不可能實現(xiàn)。介紹了第一類永動機，可以順勢引出第二類永動機，為下節(jié)課熱力學第二定律的學習做鋪墊。講述了趣味性較強的物理學史之后需要讓同學們回歸課標與高考，總結解題步驟并利用例題檢驗。4、應用熱力學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U=Q+W求出未知量。(4)再根據(jù)未知量結果的正、負來確定熱傳遞或做功方向的情況。寫板書、提出

11、問題聯(lián)系所做“制云”實驗以及教材思考與討論例子給學生講解符號的規(guī)定以及物理意義。聯(lián)系所做“制云”實驗給同學們拓展氣體狀態(tài)變化與物理量對應方法。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、記筆記記筆記同學們聽故事，思維可稍放松。計算課件上例題問題的設置與解決有助于培養(yǎng)學生利用熱力學第一定律解決問題的思維。符號規(guī)則的本質是不難的，但是學生很容易被表象牽著鼻子走，死記硬背。所以要幫助學生抓住其根本，利用直觀的表格幫助學生理清規(guī)律。該部分屬于拓展內容，有助于同學將實際問題模型化，抽象化，對解題能力有所提高?；仡櫮芰渴睾愣?。培養(yǎng)同學們健康的科學觀念。回歸課標，回歸高考，給出一般解題步驟后例題加以鞏固。并檢測教學效果。（三）課堂小結：本節(jié)課的主要內容是熱力學第一定律及其運用，該內容在高考的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容。布置作業(yè)檢測教學效果。七、教學評價設計八、板書設計熱力學第一定律一、熱力學第一定律 1、內容：一個系統(tǒng)的內能增量等于系統(tǒng)吸收的熱量與外界對系統(tǒng)所做的功之和。 2、表達式：U=Q+W 3、對公式U、Q、W符號的規(guī)定：二、氣體狀態(tài)變化與物理量對應方法三、能量守恒定律及第一類永動機四、應用熱力學第一定律解題的一般步驟：九教學反思 1請簡單描述這節(jié)課的教學或學習流程；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興奮的地方