2024-2025学年高中物理 第10章 热力学定律 3 热力学第一定律 能量守恒定律教学实录 新人教版选修3-3

2024-2025学年高中物理第10章热力学定律3热力学第一定律能量守恒定律教学实录新人教版选修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3热力学第一定律能量守恒定律教学实录新人教版选修3-3课程基本信息1.课程名称：高中物理选修3-3第10章热力学第一定律能量守恒定律教学实录

2.教学年级和班级：高三年级（1）班

3.授课时间：2024年11月10日星期一14:00-15:00

4.教学时数：1课时核心素养目标1.科学思维：理解能量守恒定律，培养学生运用物理规律解决实际问题的能力。

2.科学探究：通过实验和计算，探究能量转换和守恒的过程，提升科学探究素养。

3.科学态度与责任：认识能量守恒定律在科技发展中的应用，培养学生的社会责任感。教学难点与重点1.教学重点：

-能量守恒定律的核心表述：明确能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。

-能量转化和守恒的计算：掌握热力学第一定律的应用，能够进行简单的能量转换和守恒计算。

-举例：通过计算一个理想气体在等压过程中吸热和温度变化的关系，强调热量与内能的关系。

2.教学难点：

-理解能量转换的微观机制：学生可能难以理解能量在不同形式之间的转换是如何发生的。

-复杂系统的能量守恒：在非理想条件下，系统的能量转换和守恒可能涉及多个能量形式和过程。

-举例：在讨论非等温过程中，学生可能难以理解如何处理不同形式的能量（如内能、势能、动能）的转换和守恒。教学资源-软硬件资源：物理实验器材（气体传感器、温度计、压力计、量筒等）、计算机、投影仪

-课程平台：学校内部网络教学平台

-信息化资源：热力学第一定律相关教学视频、在线实验模拟软件

-教学手段：多媒体课件、实物模型、板书、课堂讨论教学过程设计**用时：45分钟**

**一、导入环节（5分钟**）

1.创设情境：播放一段关于能量转换的科普视频，如太阳能转化为电能的过程。

2.提出问题：引导学生思考能量的转换和守恒在日常生活中的应用，例如，电池如何储存和释放能量？

3.学生讨论：分组讨论，分享各自对能量转换和守恒的理解。

4.总结：教师简要总结学生的讨论，引出本节课的主题——热力学第一定律。

**二、讲授新课（20分钟**）

1.能量守恒定律的引入：通过动画或模型展示能量守恒的概念，强调能量不能被创造或消灭。

2.热力学第一定律的表述：讲解热力学第一定律的数学表达式，Q=ΔU+W，其中Q是热量，ΔU是内能变化，W是功。

3.能量转化的实例分析：通过实例讲解能量从一种形式转化为另一种形式的过程，如热机的工作原理。

4.计算示例：展示如何应用热力学第一定律进行能量转换的计算。

5.学生互动：提问学生关于能量守恒定律的理解，及时解答学生的疑问。

**三、巩固练习（10分钟**）

1.课堂练习：发放练习题，让学生独立完成，题目包括能量转换计算和判断题。

2.小组讨论：学生分组讨论练习题，互相解答疑问。

3.教师巡视：教师巡视课堂，解答学生个别问题。

**四、课堂提问（5分钟**）

1.提问环节：教师提出与能量守恒定律相关的问题，如“能量守恒定律在自然界中有哪些应用？”

2.学生回答：学生举手回答问题，教师点评并总结。

**五、师生互动环节（5分钟**）

1.实验演示：教师演示一个简单的能量转换实验，如使用气泵压缩气体，观察温度变化。

2.学生观察：学生观察实验现象，记录数据。

3.讨论分析：教师引导学生讨论实验结果，分析能量转换的过程。

4.学生展示：学生分组展示实验结果，教师点评。

**六、核心素养拓展（5分钟**）

1.应用实例：讨论能量守恒定律在环境保护和可持续发展中的应用。

2.学生思考：学生思考如何将所学知识应用于实际生活中，提高能源利用效率。

**七、总结与作业布置（5分钟**）

1.总结：教师总结本节课的重点内容，强调能量守恒定律的重要性。

2.作业布置：布置课后作业，包括能量守恒定律的计算题和思考题。

3.学生反馈：学生提出疑问或反馈，教师解答。学生学习效果学生学习效果主要体现在以下几个方面：

1.理解能量守恒定律：学生能够理解并掌握能量守恒定律的基本概念，认识到能量在自然界和人类社会中是不可创造和不可消灭的，只能从一种形式转化为另一种形式。

2.应用能量守恒定律：学生能够运用能量守恒定律分析实际问题，如计算热机效率、分析能量转换过程中的能量损失等。

3.计算能力提升：通过本节课的学习，学生的计算能力得到提升，能够熟练进行热力学第一定律相关的计算，包括热量、内能变化和功的计算。

4.科学探究能力：学生在实验和讨论中培养了科学探究能力，能够通过观察、实验和数据分析来验证能量守恒定律。

5.解决问题能力：学生能够将所学知识应用于解决实际问题，如设计简单的能量转换装置，提出提高能源利用效率的建议。

6.科学态度与责任：学生通过学习能量守恒定律，认识到能源的重要性和节约能源的必要性，增强了环保意识和社会责任感。

7.合作学习与交流能力：在小组讨论和合作实验中，学生的合作学习与交流能力得到锻炼，能够与他人共同完成任务，分享学习成果。

8.创新思维：学生在探索能量守恒定律的过程中，激发了创新思维，能够提出新的问题和解决方案。

9.知识迁移能力：学生能够将热力学第一定律的知识迁移到其他学科领域，如化学、生物学等，形成跨学科的知识体系。

10.学习兴趣与动力：通过本节课的学习，学生对物理学产生了更浓厚的兴趣，激发了进一步学习的动力，为未来的学习和研究奠定了基础。板书设计①能量守恒定律

-能量守恒定律：能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。

-热力学第一定律：Q=ΔU+W（Q：热量，ΔU：内能变化，W：功）

②能量转换

-内能：物体内部所有分子动能和势能的总和。

-势能：物体由于位置或状态而具有的能量。

-动能：物体由于运动而具有的能量。

③热力学第一定律应用

-等压过程：压强不变时，温度升高，内能增加。

-等体过程：体积不变时，温度升高，内能增加。

-等温过程：温度不变时，内能不变。

④能量转换计算

-热量计算：Q=m*c*ΔT（Q：热量，m：质量，c：比热容，ΔT：温度变化）

-内能变化计算：ΔU=Q-W

-功的计算：W=F*d（W：功，F：力，d：位移）

⑤实例分析

-热机效率：η=Q_out/Q_in（η：效率，Q_out：输出的热量，Q_in：输入的热量）

-热力学循环：卡诺循环、奥托循环等

⑥能量守恒定律的应用领域

-能源利用：提高能源利用效率，减少能源浪费。

-环境保护：分析能源消耗对环境的影响，提出可持续发展方案。教学评价与反馈1.课堂表现：

-学生在课堂上的参与度较高，能够积极回答问题，对于能量守恒定律的概念有较好的理解。

-学生在讨论环节能够主动分享自己的观点，并能够倾听他人的意见，表现出良好的合作精神。

2.小组讨论成果展示：

-小组讨论成果展示环节，各小组能够清晰、准确地展示他们的实验结果和分析过程。

-学生在展示过程中，能够运用所学知识解释实验现象，并能够提出合理的假设和结论。

3.随堂测试：

-随堂测试覆盖了能量守恒定律的基本概念、能量转换的计算以及热力学第一定律的应用。

-测试结果显示，大部分学生能够正确回答基础概念题，但在应用题和计算题上存在一定的困难。

4.学生自评与互评：

-学生在课后进行了自我评价，认识到自己在能量守恒定律的理解和计算能力上还有待提高。

-学生之间进行了互评，通过互相指出不足，共同进步。

5.教师评价与反馈：

-针对课堂表现：教师对学生的积极参与表示肯定，同时指出在课堂讨论中，部分学生表达不够清晰，建议在下次讨论中加强语言组织能力。

-针对小组讨论成果展示：教师鼓励学生继续保持良好的合作精神，同时提醒学生在展示时要注重逻辑性和条理性。

-针对随堂测试：教师对学生在基础概念上的掌握表示满意，但对于计算和应用题部分，教师提出要加强练习，特别是对公式的记忆和应用。

-针对学生自评与互评：教师肯定了学生的自我反思能力，并建议在互评中更加注重建设性和发展性，以促进学生的共同成长。

-针对教学资源利用：教师评价了教学资源的利用情况，认为多媒体课件和实验演示对学生的学习起到了积极的辅助作用，但建议在今后的教学中，可以更多地结合学生的实际情况，开发更贴近学生生活的教学案例。

总体评价：本节课的教学效果良好，学生在能量守恒定律的理解和应用上取得了进步。但在计算能力和问题解决能力上仍有提升空间。教师将继续关注学生的个体差异，提供个性化的辅导，并不断优化教学方法和资源，以提高学生的学习效果。典型例题讲解1.例题一：

**题目**：一个理想气体在等压过程中从初始温度T1加热到最终温度T2，吸收了Q热量。求气体内能的变化量ΔU和对外做的功W。

**解答**：

-根据热力学第一定律，Q=ΔU+W。

-对于等压过程，内能变化ΔU只与温度变化有关，ΔU=m*c*ΔT，其中m是气体的质量，c是比热容，ΔT是温度变化。

-由于是等压过程，气体对外做的功W=P*ΔV，其中P是压强，ΔV是体积变化。

-根据理想气体状态方程PV=nRT，体积变化ΔV可以表示为ΔV=(n*R*ΔT)/P。

-将ΔU和W代入Q=ΔU+W中，得到Q=m*c*ΔT+P*(n*R*ΔT)/P=m*c*ΔT+n*R*ΔT。

-因此，内能的变化量ΔU=m*c*ΔT，对外做的功W=n*R*ΔT。

2.例题二：

**题目**：一个物体从高度h自由下落，落地时速度为v，求物体下落过程中重力所做的功W。

**解答**：

-重力所做的功W等于重力势能的减少，即W=mgh，其中m是物体的质量，g是重力加速度，h是高度。

-由于物体从静止开始下落，初始动能E_ki=0，最终动能E_kf=1/2*m*v^2。

-根据能量守恒定律，重力势能的减少等于动能的增加，即mgh=1/2*m*v^2。

-解得重力所做的功W=mgh=1/2*m*v^2。

3.例题三：

**题目**：一个气体在等温过程中从体积V1压缩到V2，气体对外做的功W是多少？

**解答**：

-对于等温过程，内能不变，ΔU=0。

-根据热力学第一定律，Q=ΔU+W，所以Q=W。

-对于等温过程，气体对外做的功W可以表示为W=nRT*ln(V2/V1)，其中n是气体的物质的量，R是理想气体常数，T是温度。

-因此，气体对外做的功W=nRT*ln(V2/V1)。

4.例题四：

**题目**：一个物体在水平面上受到一个恒定的摩擦力f，物体从静止开始运动，经过距离s后速度达到v。求摩擦力做的功W。

**解答**：

-摩擦力做的功W等于物体动能的增加，即W=ΔE_k=1/2*m*v^2，其中m是物体的质量，v是速度。

-由于物体从静止开始运动，初始动能E_ki=0，最终动能E_kf=1/2*m*v^2。

-根据动能定理，摩擦力做的功W=f*s，其中s是物体移动的距离。

-因此，摩擦力做的功W=f*s。

5.例题五：