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1、热力学第一定律 教学设计与反思 课题：热力学第一定律 科目：物理 教学对象：高二 选用教材：人教版选修 3-3 第十章 第 3 节 教师：师范班 林琬晴 一、教学内容分析 本节内容选自人教版选修 3-3 第十章热力学定律的第 3 节热力学第一定律 能量守恒定律。从教材结构上来看，本章从研究绝热过程中功和内能关系开始，到讨论单纯的热传递过程中热与内能的关系，逐步剖析功、热量以及内能三者之间的关系，引出了热力学第一定律以及能量守恒定律的内容（能量守恒定律在人教版必修2 第七章第 10 节已学习，因此并未在本课的设计范围内）。在学习了守恒律后，学生能够通过学习热力学第二定律来了解自然过程的不可逆性，
2、认识自然界的一切自发过程都是朝着熵增大的方向进行的这一规律。从课程标准来看热力学第一定律在高考中是 I 级要求，了解其内容及含义并且能进行简单运用即可。热力学第一定律为同学们建立了“做功与传热在改变系统内能方面是等价的”这一图像，是高中教学的重点但非难点。从教材内容来看，教材的思路是从焦耳的实验出发得到“做功与传热在改变系统内能方面是等价的”的观念，从而总结出的规律，进而推广得到能量守恒定律，并介绍永动机的不可能性。而本节课的教学设计是在教材的基础上，用一个新颖的实验作为引入，承接原来学过的“单纯做功热传递改变系统内能”引出“做功与传热在改变系统内能方面的等价性”，激发学生乐趣，有助学生理解物
3、理图像。从功能上讲，学习热力学第一定律完善了学生对于能量及其规律的知识体系，且让学生能更深一步了解热与内能，并且为下一节学习熵的原理打下基础。二、教学目标 物理观念 1.能够从能量转化的角度理解热力学第一定律的形式和内涵。2.理解、掌握能量守恒定律，会用能量守恒的观点分析物理现象，明确其优越性。3.了解第一类永动机不能制成的原因。科学思维 会用解决一些简单的问题。了解建立热力学第一定律的历史过程、事实依据以及科学方法。通过教材中 J.R.迈尔船医的故事让学生对创造性思维中最活跃因素“猜想与假设”有一定的启发。锻炼学生能从抽象公式内化为思维从而解释生活中现象的能力，让学生能够学以致用。科学探究
4、通过独立分析和思考，理解 W、Q、U 正负号的意义。能将其运用到生活实际，结合自身体会，理解能量守恒定律。从实际出发体会永动机的不可能性。科学态度与责任 学习科学家们探索自然规律的精神，增强学生开发新能源、合理利用能源、发展节能技术的责任感。同时在学习了第一类永动机不可行后，学生能够建立健康积极的科学观。三、学习者特征分析 1.知识层面：1)学生已掌握了内能的定义及其微观解释。2)本章前两节已经学习了在绝热过程中，以及在单纯的热传递过程中的关系。且建立了在改变系统内能上做功和热传递是等价的观念。3)学生在必修 2 已经学习了能量守恒定律，对于能量的转移和转化已经有较成熟的理解。2.能力层面：符
5、号的规定是本节学习的难点，而高二学生在学习加速度、力时就掌握了用符号来表示方向的技巧，为本节学习打下了坚实基础。高中的知识规律较初中而言普遍更为抽象和偏向解题技巧，而本节学习的精髓应是让学生能够从抽象的公式回归到生活中的物理现象，学以致用。所以需要教师带领学生动手实验，体验热学的乐趣。3.认知困难：第一类永动机的不可能性。四、教学方法及策略 教学方法：谈话法、讨论法、讲授法、观察法、阅读法。教学策略：实验总结法、理论归纳法。五、教学重点及难点 师范班林琬晴一教学内容分析本节内容选自人教版选修第十章热力学定律的第节热力学第一定律能量守恒定律从教材结构上来看本章从研究绝热过程中功和内能关系开始到讨
6、论单纯的热传递过程中热与内能的关系逐步剖析功热量以学习因此并未在本课的设计范围内在学习了守恒律后学生能够通过学习热力学第二定律来了解自然过程的不可逆性认识自然界的一切自发过程都是朝着熵增大的方向进行的这一规律从课程标准来看热力学第一定律在高考中是级要求的这一图像是高中教学的重点但非难点从教材内容来看教材的思路是从焦耳的实验出发得到做功与传热在改变系统内能方面是等价的的观念从而总结出的规律进而推广得到能量守恒定律并介绍永动机的不可能性而本节课的教学设计【教学重点】（1）用热力学第一定律分析内能改变的问题。（2）掌握的符号法则并熟练应用。【教学难点】（1）表达式中各物理量的符号及其物理意义。（2）
7、第一类永动机的不可能性。六、教学过程 教学内容 教师活动 学生活动 设计意图（一）引入：在本书第一章，我们学习了分子动理论，知道任何系统都具有内能，且永不为零，它的大小可以由温度、体积影响。那在实际操作中，我们可以采用哪些方式来改变系统的内能呢？接下来我们来看两个实验，在观察过程中，大家注意思考它们分别是采用什么方式改变系统内能的。教师播放热刀切乒乓球实验和演示往塑料瓶中加压“造云”实验。由上述两个实验我们知道，做功和热传递都可以改变系统内能。【提问】那如果系统在跟外界同时发生做功和热传递，内能的变化与热量及做功之间有什么关系呢？这就是我们这节课要学习的内容。播放视频、做实验、写板书（标题）、
8、提出问题 思考教师提出的问题 激发学生兴趣，承上启下 师范班林琬晴一教学内容分析本节内容选自人教版选修第十章热力学定律的第节热力学第一定律能量守恒定律从教材结构上来看本章从研究绝热过程中功和内能关系开始到讨论单纯的热传递过程中热与内能的关系逐步剖析功热量以学习因此并未在本课的设计范围内在学习了守恒律后学生能够通过学习热力学第二定律来了解自然过程的不可逆性认识自然界的一切自发过程都是朝着熵增大的方向进行的这一规律从课程标准来看热力学第一定律在高考中是级要求的这一图像是高中教学的重点但非难点从教材内容来看教材的思路是从焦耳的实验出发得到做功与传热在改变系统内能方面是等价的的观念从而总结出的规律进而
9、推广得到能量守恒定律并介绍永动机的不可能性而本节课的教学设计（二）新课教学：1、热力学第一定律 早在 19 世纪，克劳修斯就在热力学理论研究方面建树卓著，更在 1850 年在他发表的论文中首次用数学的形式表达了内能与热量及做功的关系，这就是热力学第一定律。（1）内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功之和。（2）表达式：其中U 表示系统内能的增量，Q 表示系统吸收的热量，W 表示外界对系统做的功。【提问】请同学们思考：一定量的气体膨胀，是气体对外界做功，还是外界对气体做功？那如何表示这个方向问题？答：正负符号。我们知道功有正负，且正负号所代表的物理意义不同，那么上
10、式中U 和 Q 是否又有正负之分呢？如果有正负号代表的物理意义相同吗？（3）对公式U、Q、W 符号的规定：教师引导学生从热力学第一定律的内容来分析上述三物理量的符号的规定。具体如下：内容中的提到的是内能的增加量，如果系统的内能是减少，则U 的符号为“-”，相反则为“+”；同理，系统放出热量，Q符号取“-”，吸收热量则取“+”；气体对外界做功，W 符号取“-”，外界对系统做的功则取“+”。总而言之，与定律内容相反的取“-”号，否则取“+”号。详见下表：写板书、提出问题 联系所做“制云”实验以及教材思考与讨论例子给学生讲解符号的规定以及物理意义。思考问题、【回答】利用符号表示方向 阅读教材思考与讨
11、论、记笔记 问题的设置与解决有助于培养学生利用热力学第一定律解决问题的思维。符号规则的本质是不难的，但是学生很容易被表象牵着鼻子走，死记硬背。所以要帮助学生抓住其根本，利用直观的表格帮助学生理清规律。师范班林琬晴一教学内容分析本节内容选自人教版选修第十章热力学定律的第节热力学第一定律能量守恒定律从教材结构上来看本章从研究绝热过程中功和内能关系开始到讨论单纯的热传递过程中热与内能的关系逐步剖析功热量以学习因此并未在本课的设计范围内在学习了守恒律后学生能够通过学习热力学第二定律来了解自然过程的不可逆性认识自然界的一切自发过程都是朝着熵增大的方向进行的这一规律从课程标准来看热力学第一定律在高考中是级
12、要求的这一图像是高中教学的重点但非难点从教材内容来看教材的思路是从焦耳的实验出发得到做功与传热在改变系统内能方面是等价的的观念从而总结出的规律进而推广得到能量守恒定律并介绍永动机的不可能性而本节课的教学设计2、气体状态变化与物理量对应方法（1）绝热过程：过程是绝热的,则 Q=0,W=U,外界对系统做的功等于系统内能的增加。（2）等容过程：无做功过程,即 W=0,则Q=U,系统吸收的热量等于系统内能的增加。（3）等温过程：在过程的始末状态,系统的内能不变,即U=0,则 W+Q=0或 W=-Q,表示吸收的热量全部用来做功或外界对气体所做的功全部转换为热量放出。学习完热力学第一定律后归纳到能量守恒定
13、律，从而提出与能量守恒定律相违背的第一类永动机。3、能量守恒定律和第一类永动机 (1).能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个系统转移到别的系统，在转移过程中其总量保持不变。回忆能量守恒定律的内容，再引入第一类永动机问题。(2).第一类永动机：在 17-18 世纪，资本主义发展初期，为了满足生产对于动力日益增加的需求，许多人致力于制造一种机器，它不需要任何动力或燃料却能不断对外做功，称其为“第一类永动机”。如图是最早的永动机，设计于13 世纪的法国。联系所做“制云”实验给同学们拓展气体状态变化与物理量对应方法。写板书 记笔记 同学们听故事
14、，思维可稍放松。该部分属于拓展内容，有助于同学将实际问题模型化，抽象化，对解题能力有所提高。回顾能量守恒定律。培养同学们健康的科学观念。师范班林琬晴一教学内容分析本节内容选自人教版选修第十章热力学定律的第节热力学第一定律能量守恒定律从教材结构上来看本章从研究绝热过程中功和内能关系开始到讨论单纯的热传递过程中热与内能的关系逐步剖析功热量以学习因此并未在本课的设计范围内在学习了守恒律后学生能够通过学习热力学第二定律来了解自然过程的不可逆性认识自然界的一切自发过程都是朝着熵增大的方向进行的这一规律从课程标准来看热力学第一定律在高考中是级要求的这一图像是高中教学的重点但非难点从教材内容来看教材的思路是
15、从焦耳的实验出发得到做功与传热在改变系统内能方面是等价的的观念从而总结出的规律进而推广得到能量守恒定律并介绍永动机的不可能性而本节课的教学设计 第一类永动机由于违反了能量守恒定律所以不可能实现。介绍了第一类永动机，可以顺势引出第二类永动机，为下节课热力学第二定律的学习做铺垫。讲述了趣味性较强的物理学史之后需要让同学们回归课标与高考，总结解题步骤并利用例题检验。4、应用热力学第一定律解题的一般步骤：(1)首先选定研究对象是哪个热力学系统。(2)根据符号法则判断已知量的正、负。(3)根据方程求出未知量。(4)再根据未知量结果的正、负来确定热传递或做功方向的情况。写板书 计算课件上例题 回归课标，回
16、归高考，给出一般解题步骤后例题加以巩固。并检测教学效果。（三）课堂小结：本节课的主要内容是热力学第一定律及其运用，该内容在高考的 3-3选考题中，出现的概率非常高，属于本书比较重要的内容。布置作业 检测教学效果。七、教学评价设计 八、板书设计 热力学第一定律 一、热力学第一定律 1、内容：一个系统的内能增量等于系统吸收的热量与外界对系统所做的功之和。2、表达式：师范班林琬晴一教学内容分析本节内容选自人教版选修第十章热力学定律的第节热力学第一定律能量守恒定律从教材结构上来看本章从研究绝热过程中功和内能关系开始到讨论单纯的热传递过程中热与内能的关系逐步剖析功热量以学习因此并未在本课的设计范围内在学
17、习了守恒律后学生能够通过学习热力学第二定律来了解自然过程的不可逆性认识自然界的一切自发过程都是朝着熵增大的方向进行的这一规律从课程标准来看热力学第一定律在高考中是级要求的这一图像是高中教学的重点但非难点从教材内容来看教材的思路是从焦耳的实验出发得到做功与传热在改变系统内能方面是等价的的观念从而总结出的规律进而推广得到能量守恒定律并介绍永动机的不可能性而本节课的教学设计 3、对公式U、Q、W 符号的规定：二、气体状态变化与物理量对应方法 三、能量守恒定律及第一类永动机 四、应用热力学第一定律解题的一般步骤：九教学反思 1请简单描述这节课的教学或学习流程；2有哪些精彩的瞬间；这节课中你最满意的地方
18、或者让您最兴奋的地方？3 学生对这节课的学习达到你期望的水平了吗?你满意吗？这节课有哪些问题没有解决？为什么？或者让你觉得不足的地方在哪里？4课堂上有出乎你意料的事件发生吗？你是如何解决的？5如果让你重新上这节课，你会怎样上？有什么新想法吗？6从学生的作业、课后谈话等途径你觉得学生的学习效果如何？为什么会有这样的反应？7当时听课的老师或者专家对你这节课有什么评价？对你有什么启发？师范班林琬晴一教学内容分析本节内容选自人教版选修第十章热力学定律的第节热力学第一定律能量守恒定律从教材结构上来看本章从研究绝热过程中功和内能关系开始到讨论单纯的热传递过程中热与内能的关系逐步剖析功热量以学习因此并未在本课的设计范围内在学习了守恒律后学生能够通过学习热力学第二定律来了解自然过程的不可逆性认识自然界的一切自发过程都是朝着熵增大的方向进行的这一规律从课程标准来看热力学第一定律在高考中是级要求的这一图像是高中教学的重点但非难点从教材内容来看教材的思路是从焦耳的实验出发得到做功与传热在改变系统内能方面是等价的的观念从而总结出的规律进而推广得到能量守恒定律并介绍永动机的不可能性而本节课的教学设计