2024-2025学年高中物理 第10章 热力学定律 1 功和内能教案 新人教版选修3-3

2024-2025学年高中物理第10章热力学定律1功和内能教案新人教版选修3-3科目授课时间节次--年—月—日（星期——）第—节指导教师授课班级、授课课时授课题目（包括教材及章节名称）2024-2025学年高中物理第10章热力学定律1功和内能教案新人教版选修3-3教学内容2024-2025学年高中物理第10章热力学定律，第一节“功和内能”教案，新人教版选修3-3。本节内容主要包括以下部分：

1.功的概念及其计算方法。

2.内能的概念及其与温度、物质状态的关系。

3.热力学第一定律的表达及其物理意义。

4.热量与功的转换关系。

5.实际过程中的热力学现象分析。核心素养目标1.培养学生运用物理概念和原理分析热力学现象的能力，特别是对功和内能的理解。

2.提升学生运用数学工具进行物理问题计算的水平，包括功的计算和热力学第一定律的应用。

3.增强学生通过实验和观察探究热力学规律的实践能力，理解物理现象背后的本质联系。

4.培养学生将理论知识与实际应用相结合的思维方式，激发对物理学在现实世界中的好奇心和探索欲。学情分析本节课面向的是高中二年级学生，他们在前期已经学习了基础物理知识和一定的数学工具，具备了一定的物理思维和问题分析能力。在知识层面，学生对能量守恒定律有初步理解，但对功和内能的概念及其在热力学中的应用可能还不够清晰。在能力上，学生的数学运算能力和逻辑推理能力参差不齐，对于复杂的热力学计算可能存在困难。素质方面，学生普遍具有探究精神，但对物理现象的深度思考和实践应用能力有待提高。

在行为习惯上，部分学生可能存在被动学习的情况，对物理概念的理解依赖于教师的讲解，缺乏主动探究和自主学习的能力。这对本课程的学习有一定影响，因为热力学定律的理解需要学生通过实际例子和实验进行深入体验和思考。因此，教学中需要引导学生积极参与，通过问题驱动和实验探究等方式激发学生的学习兴趣和主动性，帮助他们建立起热力学概念与实际应用之间的联系。教学方法与手段1.教学方法：

-讲授法：通过生动的语言和物理现象的案例分析，深入讲解功和内能的概念及热力学第一定律。

-讨论法：组织学生分组讨论实际热力学问题，促进学生对知识的理解和应用。

-实验法：设计实验让学生亲手操作，观察和记录热力学现象，增强理论知识的实践体验。

2.教学手段：

-多媒体设备：使用PPT和动画展示热力学过程，直观展现功和内能的转换。

-教学软件：利用模拟软件进行热力学模拟实验，提高学生对物理过程的认知。

-网络资源：引导学生利用网络资源进行拓展学习，接触热力学的最新研究成果和实际应用案例。教学过程设计1.导入环节（用时5分钟）

创设情境：通过展示一个简化的蒸汽机模型，提出问题：“为什么蒸汽能够推动活塞做功？”引发学生对功和内能转换的兴趣。

提出问题：引导学生思考生活中的热力学现象，如汽车发动机、家用电器等，如何将内能转化为有用的功。

2.讲授新课（用时20分钟）

（1）讲解功的概念及计算方法（用时5分钟）

-通过图示和实际例子，介绍功的定义和计算公式。

-强调功的正负表示能量的转移方向。

（2）讲解内能及其与温度、物质状态的关系（用时5分钟）

-解释内能的定义，阐述内能与温度、物质状态的关系。

-介绍理想气体状态方程，说明内能在不同状态下的变化。

（3）热力学第一定律的表达及物理意义（用时5分钟）

-介绍热力学第一定律的表述和数学表达式。

-解释能量守恒在热力学过程中的具体表现。

（4）热量与功的转换关系（用时5分钟）

-通过实例讲解热量和功的转换过程。

-引导学生理解热力学过程的方向性和不可逆性。

3.巩固练习（用时10分钟）

（1）课堂提问（用时5分钟）

-对学生进行即时提问，检查对功和内能概念的理解。

-针对热力学第一定律的应用，提出问题，引导学生进行思考。

（2）分组讨论（用时5分钟）

-将学生分成小组，讨论实际热力学问题，如冰箱、空调的工作原理。

-每组派代表分享讨论成果，其他组学生进行评价和补充。

4.课堂实验（用时10分钟）

设计实验：搭建简单的热力学实验装置，如空气压缩机和放热器。

操作实验：指导学生进行实验操作，观察和记录实验数据。

分析讨论：引导学生根据实验结果分析热力学定律在实际过程中的应用。

5.总结与拓展（用时5分钟）

（1）总结本节课的重点内容，强调功和内能的转换关系以及热力学第一定律的应用。

（2）布置课后思考题，要求学生结合所学知识，分析日常生活中的热力学现象。

（3）推荐相关拓展阅读材料和网络资源，激发学生对热力学领域的兴趣和探索欲。知识点梳理1.功的概念与计算

-功的定义：力在物体上的作用导致物体位置的改变，所做的功是力和位移的乘积。

-功的计算：W=F·s·cosθ，其中θ是力和位移之间的夹角。

-正功与负功：力与位移方向相同时为正功，相反时为负功。

2.内能的概念与特性

-内能定义：物体内部所有微观粒子的动能和势能之和。

-内能与温度：温度是内能的一种宏观表现，内能与温度成正比。

-内能与物质状态：内能随物质的状态变化而变化，如相变过程中内能的变化。

3.热力学第一定律

-表达式：ΔU=Q-W，其中ΔU为系统内能的变化，Q为热量，W为对外做功。

-物理意义：能量守恒定律在热力学系统中的体现，能量不能被创造或消灭，只能转换形式。

4.热量与功的转换

-热量与功的等价性：在热力学过程中，热量可以转化为功，功也可以转化为热量。

-转换效率：实际过程中，由于热力学第二定律的存在，热量转化为功的效率不可能是100%。

5.实际热力学过程分析

-等压过程：系统在恒压条件下与外界交换热量和做功。

-等温过程：系统在恒温条件下与外界交换热量和做功。

-绝热过程：系统在绝热条件下（无热量交换）进行功的交换。

6.热力学现象与日常生活的联系

-家用电器：如电冰箱、空调、热水器等，它们的工作原理涉及到热力学定律。

-工业应用：如内燃机、蒸汽轮机、热泵等，它们的设计和效率都与热力学原理密切相关。课后拓展1.拓展内容：

-阅读材料：推荐学生阅读与热力学定律相关的科普书籍，如《热力学与热物理基础》、《热力学简明教程》等，以加深对热力学基本概念的理解。

-视频资源：观看热力学相关的科普视频，如“热力学第一定律的探究”、“生活中的热力学现象”等，通过动画和实际案例直观感受热力学过程。

2.拓展要求：

-鼓励学生在课后自主学习，将所学的热力学知识与实际生活相结合，观察和思考日常生活中的热力学现象。

-教师提供必要的指导，如解答学生在阅读和学习过程中遇到的疑问，帮助学生深入理解热力学知识。

-学生完成拓展学习后，鼓励他们在课堂上分享自己的学习心得和感悟，促进知识的交流与共享。

-布置相关课后作业，要求学生运用所学的热力学知识分析特定问题，巩固课堂所学，提高学生的应用能力。内容逻辑关系①知识点关联逻辑：

-功与内能的关系：强调功是能量转移的一种形式，内能是物体微观粒子的能量总和。

-热力学第一定律的表达：将功、热量和内能的变化联系起来，展现能量守恒在热力学过程中的应用。

-热力学过程分析：通过等压、等温和绝热过程的讲解，说明热力学定律在不同条件下的具体表现。

②重点词句逻辑：

-“功是力对物体的作用导致位置改变所做的功夫。”

-“热力学第一定律表明，系统的内能变化等于所吸收的热量减去所做的功。”

-“实际热力学过程中，热量和功的转换受到热力学第二定律的限制。”

③板书设计逻辑：

-板书左侧列出关键概念：功、内能、热力学第一定律。

-板书中间展示公式和关系：W=F·s·cosθ、ΔU=Q-W。

-板书右侧绘制热力学过程示意图，标注不同过程的特点和能量转换情况。

板书设计应简洁明了，通过逻辑清晰的布局，帮助学生构建知识框架，强化记忆和理解。作业布置与反馈1.作业布置：

-基础作业：

-请学生完成教材第10章第1节后的练习题1-5。

-设计一道实际生活中的热力学问题，运用功和内能的概念进行分析，并撰写解题过程。

-提高作业：

-选择一道热力学计算题，如理想气体等压膨胀或压缩过程，计算内能、热量和功的变化。

-分析一种热力学设备（如电冰箱、空调等）的工作原理，阐述热力学第一定律在其中的应用。

2.作业反馈：

-批改作业时，关注学生对功和内能概念的理解，以及热力学第一定律的应用。

-对于基础作业，检查学生是否掌握了功的计算方法和内能的变化规律。

-对于提高作业，评估学生分析问题、解决问题的能力，以及是否能够将理论知识与实际应用相结合。

-针对学生作业中存在的问题，给出具体改进建议：

-对于概念理解不清的问题，建议学生复习教材中的相关内容，或参与课堂讨论加深理解。

-对于计算错误，指导学生检查数学运算过程，加强练习。

-对于分析问题能力不足，推荐学生阅读拓展资料，提高理论联系实际的能力。

-在下次课堂上，对作业中的共性问题进行讲解和讨论，帮助学生巩固知识，提高能力。教学反思本次教学过程中，我深刻体会到了以下几个方面的经验和反思：

1.导入环节的重要性

在本次教学中，我通过展示蒸汽机模型和提出问题的方式，成功吸引了学生的注意力。我发现，通过创设情境和提出问题，可以激发学生的学习兴趣和求知欲，使他们更愿意参与到课堂教学中来。因此，我认为在今后的教学中，我需要更加注重导入环节的设计，以吸引学生的注意力，提高他们的学习积极性。

2.讲授新课的挑战

在讲解功和内能的概念以及热力学第一定律时，我发现一些学生对这些概念的理解不够深入。尽管我尽力用生动的语言和实例进行讲解，但仍有一些学生对此感到困惑。这让我意识到，在今后的教学中，我需要更加关注学生的学习情况