第1节 热力学第一定律教学设计-2025-2026学年高中物理鲁科版选修3-3-鲁科版2004

第1节热力学第一定律教学设计-2025-2026学年高中物理鲁科版选修3-3-鲁科版2004主备人备课成员教学内容分析1.本节课的主要教学内容：第1节热力学第一定律，包括热力学第一定律的基本概念、公式及其应用。

2.教学内容与学生已有知识的联系：本节课内容与高中物理选修3-3中的热力学基础知识相联系，特别是学生对热力学第一定律的掌握程度。教材列举了多个实例，如理想气体绝热膨胀、压缩等，通过这些实例帮助学生理解和应用热力学第一定律。核心素养目标1.培养学生的科学思维，通过分析热力学第一定律，使学生能够运用逻辑推理和抽象思维解决实际问题。

2.强化学生的科学探究能力，引导学生通过实验和数据分析，验证热力学第一定律的正确性。

3.提升学生的科学态度与责任，使学生认识到物理学在工程技术和社会发展中的重要性，激发学生对科学的兴趣和责任感。学习者分析1.学生已经掌握的相关知识：学生在进入本节课之前，已经学习了高中物理的基本概念，包括力学、电磁学、波动光学等基础知识。此外，他们已经接触过热力学的基本概念，如温度、热量、内能等。这些知识为本节课的热力学第一定律奠定了基础。

2.学生的学习兴趣、能力和学习风格：高中学生对物理学科普遍保持较高的兴趣，尤其对实验和实际问题解决充满好奇心。他们在学习上具备较强的逻辑思维和抽象思维能力，能够通过公式推导和逻辑推理理解新概念。学习风格上，部分学生偏好通过实验和直观演示来理解物理现象，而另一部分学生则更倾向于通过公式和理论推导来掌握知识。

3.学生可能遇到的困难和挑战：由于热力学第一定律涉及能量守恒和转换的概念，学生可能会在理解能量转换过程和能量守恒原理时遇到困难。此外，对于不同状态下的热力学过程（如等压、等温、绝热过程），学生可能难以区分和运用相应的公式。此外，学生可能对热力学第一定律的应用感到陌生，需要通过大量实例来加深理解和应用能力。学具准备多媒体课型新授课教法学法讲授法课时第一课时师生互动设计二次备课教学方法与手段教学方法：

1.讲授法：通过清晰讲解热力学第一定律的基本概念和公式，帮助学生建立理论基础。

2.讨论法：组织学生围绕具体实例进行讨论，激发学生的思考，提高他们的分析能力。

3.实验法：设计简单的实验，让学生亲自动手验证热力学第一定律，增强实践操作能力。

教学手段：

1.多媒体演示：利用PPT展示热力学过程图和动画，直观展示能量转换过程。

2.互动软件：使用教学软件进行模拟实验，让学生在虚拟环境中体验热力学现象。

3.课堂练习：通过在线测试或纸质练习，及时巩固学生对热力学第一定律的理解和应用。教学过程设计**用时：45分钟**

**一、导入环节（5分钟）**

1.创设情境：展示一组日常生活场景中的能量转换图片，如电风扇工作、汽车行驶等。

2.提出问题：引导学生思考这些设备在工作时能量的转换过程，引出能量守恒的概念。

3.小组讨论：分组讨论能量守恒在日常生活中的体现，分享讨论结果。

4.总结导入：教师总结学生的讨论，引出热力学第一定律的学习。

**二、讲授新课（20分钟）**

1.热力学第一定律的基本概念（5分钟）

-讲解能量守恒定律。

-介绍热力学第一定律的内容。

-公式推导：ΔU=Q-W。

2.热力学第一定律的应用（10分钟）

-等压过程中的能量变化。

-等温过程中的能量变化。

-绝热过程中的能量变化。

-通过实例分析，展示热力学第一定律在不同情况下的应用。

3.能量转换和守恒的实例分析（5分钟）

-分析几个典型实例，如蒸汽机、热机等，讲解能量转换和守恒的过程。

**三、巩固练习（10分钟）**

1.课堂练习：发放练习题，要求学生在规定时间内完成。

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，解答学生疑问，指导学生完成练习。

**四、课堂提问（5分钟）**

1.提问环节：教师提出与热力学第一定律相关的问题，检查学生对知识的掌握情况。

2.学生回答：学生举手回答问题，教师点评和总结。

**五、师生互动环节（5分钟）**

1.创设问题情境：提出一个与热力学第一定律相关的生活问题。

2.学生讨论：学生分组讨论，提出解决方案。

3.小组展示：各小组展示讨论结果，教师点评和总结。

**六、核心素养能力的拓展要求（5分钟）**

1.教师总结：回顾本节课所学内容，强调热力学第一定律在工程和科学研究中的重要性。

2.思考与拓展：引导学生思考热力学第一定律在其他学科中的应用，如化学、生物学等。

3.课后作业：布置课后作业，要求学生进一步巩固和拓展所学知识。

**七、总结与反馈（5分钟**）

1.教师总结：对本节课进行总结，强调重点和难点。

2.学生反馈：学生提出对本节课的反馈和建议，教师记录并总结。知识点梳理1.热力学第一定律的基本概念

-能量守恒定律：在一个封闭系统中，能量既不能被创造也不能被消灭，只能从一种形式转换为另一种形式。

-热力学第一定律的表达式：ΔU=Q-W，其中ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外做的功。

2.热力学第一定律的应用

-等压过程：在等压过程中，系统对外做的功等于系统吸收的热量与系统内能增加量的差值。

-等温过程：在等温过程中，系统的内能不变，系统吸收的热量等于系统对外做的功。

-绝热过程：在绝热过程中，系统不与外界交换热量，系统内能的变化等于系统对外做的功。

3.热力学第一定律的实例分析

-蒸汽机：蒸汽机通过热力学第一定律将热能转换为机械能，实现热机的运行。

-热机：热机利用热力学第一定律实现热能到机械能的转换，包括内燃机、蒸汽轮机等。

4.热力学第一定律在不同状态下的应用

-等压状态：在等压状态下，系统对外做的功与系统吸收的热量成正比。

-等温状态：在等温状态下，系统内能不变，系统吸收的热量与系统对外做的功相等。

-绝热状态：在绝热状态下，系统不与外界交换热量，系统内能的变化与系统对外做的功相等。

5.热力学第一定律与能量转换的关系

-能量转换：热力学第一定律揭示了能量在不同形式之间的转换关系，如热能转换为机械能、电能转换为光能等。

-能量转换效率：热力学第一定律可以用来计算能量转换的效率，即有用能量与总能量的比值。

6.热力学第一定律与热力学第二定律的关系

-热力学第一定律描述了能量守恒和转换的规律，而热力学第二定律则描述了能量转换的方向性和不可逆性。

-热力学第一定律是热力学第二定律的基础，两者共同构成了热力学的基本原理。

7.热力学第一定律在工程和科学研究中的应用

-工程领域：热力学第一定律在热机、制冷设备、能源转换等领域有着广泛的应用。

-科学研究：热力学第一定律是研究物质微观结构和化学反应的重要理论依据。

8.热力学第一定律的数学表达

-热力学第一定律的数学表达式：ΔU=Q-W，其中ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外做的功。

-热力学第一定律的积分形式：∮PdV+∮Q=ΔU，其中∮PdV表示系统对外做的功，∮Q表示系统吸收的热量，ΔU表示系统内能的变化。

9.热力学第一定律的局限性

-热力学第一定律只描述了能量守恒和转换的规律，没有涉及能量转换的方向性和不可逆性。

-热力学第一定律无法解释热现象的不可逆性，如热传导、热辐射等。

10.热力学第一定律的学习方法

-理解能量守恒和转换的概念。

-掌握热力学第一定律的基本公式和表达式。

-通过实例分析，加深对热力学第一定律的理解和应用。

-结合实际问题，运用热力学第一定律解决实际问题。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，提出自己的见解。

-学生在讨论环节能够主动参与，与同伴进行有效的沟通和交流。

-学生在实验操作中表现出良好的实验技能和观察能力。

2.小组讨论成果展示：

-小组讨论成果丰富，各小组能够结合实例，深入分析热力学第一定律的应用。

-学生在展示过程中，能够清晰地表达自己的观点，并能够接受他人的意见和建议。

-小组讨论成果得到了教师的认可，学生的团队协作能力得到了提升。

3.随堂测试：

-随堂测试覆盖了本节课的主要知识点，包括热力学第一定律的基本概念、公式及其应用。

-学生在测试中表现良好，能够正确运用公式解决实际问题。

-测试结果反映了学生对知识的掌握程度，为教师提供了教学反馈。

4.学生自评与互评：

-学生能够对自己的学习情况进行自我评价，认识到自己在学习过程中的优点和不足。

-学生之间进行互评，能够提出建设性的意见和建议，促进学生共同进步。

-教师鼓励学生进行自评和互评，培养学生的自我反思和评价能力。

5.教师评价与反馈：

-针对学生在课堂上的表现，教师给予及时的肯定和鼓励，增强学生的自信心。

-对于学生在讨论和实验中遇到的问题，教师耐心解答，帮助学生克服困难。

-教师根据学生的测试成绩和课堂表现，提出针对性的教学建议，帮助学生改进学习方法。

-教师定期与学生交流，了解学生的学习需求和困难，调整教学策略，提高教学效果。

-教师关注学生的情感态度，鼓励学生积极参与课堂活动，营造良好的学习氛围。典型例题讲解1.例题：

一理想气体在等压条件下，从初状态1变化到末状态2，其体积膨胀了50%。若气体在变化过程中吸收了100J的热量，求气体对外做的功和内能的增加量。

解答：

-根据理想气体状态方程\(PV=nRT\)，在等压条件下，体积膨胀意味着温度升高。

-因为体积膨胀了50%，设初始体积为\(V_1\)，末状态体积为\(V_2=1.5V_1\)。

-气体对外做的功\(W=P\DeltaV=P(V_2-V_1)\)。

-由于体积膨胀，气体对外做功，且\(W=\frac{1}{2}Q\)（根据热力学第一定律），因此\(Q=2W\)。

-已知\(Q=100J\)，则\(W=50J\)。

-内能的增加量\(\DeltaU=Q-W=100J-50J=50J\)。

2.例题：

一块冰块在0℃的冰水混合物中融化，吸收了20J的热量。求冰块融化的温度变化和内能的增加量。

解答：

-冰块在融化过程中，温度保持不变，因此温度变化\(\DeltaT=0\)。

-冰块吸收的热量用于克服分子间的引力，使其从固态变为液态，内能增加。

-内能的增加量\(\DeltaU=Q=20J\)。

3.例题：

一辆汽车以60km/h的速度匀速行驶，若要将其制动到停止，需要施加多大的制动力，假设制动力与摩擦力相等，且摩擦力与速度平方成正比？

解答：

-设摩擦力\(F_f\)与速度\(v\)的平方成正比，即\(F_f=kv^2\)。

-制动力\(F_b=F_f=kv^2\)。

-汽车制动到停止，速度变化\(\Deltav=60km/h-0=60km/h\)。

-根据动能定理，制动力做的功等于汽车动能的减少量，即\(F_b\Deltav=\frac{1}{2}mv^2\)。

-解得\(kv^2\Deltav=\frac{1}{2}mv^2\)，因此\(k=\frac{1}{2m}\)。

-制动力\(F_b=kv^2=\frac{1}{2m}v^2\)。

4.例题：

一杯水从室温20℃加热到沸腾100℃，需要吸收多少热量？假设水的质量为0.5kg，水的比热容为4.18J/(g·℃)。

解答：

-水的质量\(m=0.5kg=500g\)。

-温度变化\(\DeltaT=100℃-20℃=80℃\)。

-吸收的热量\(Q=mc\DeltaT=500g\times4.18J/(g·℃)\times80℃=167200J\)。

5.例题：

一物体从静止开始做匀加速直线运动，加速度为2m/s²，运动了5秒后速度达到多少？

解答：

-根据匀加速直线运动的速度公式\(v=at\)。

-加速度\(a=2m/s²\)，时间\(t=5s\)。

-速度\(v=2m/s²\times5s=10m/s\)。板书设计1.热力学第一定律

①热力学第一定律基本公式

-ΔU=Q-W

②能量转换与守恒

-能量从一种形式转换为另一种形式

-能量守恒定律

③热力学第一定律的适用条件

-封闭系统

-能量转换与守恒

2.等压过程

①等压过程定义

-压力保持不变的过程

②等压过程能量关系

-\(W=P\DeltaV\)

-\(Q=\DeltaU+W\)

3.等温过程

①等温过程定义

-温度保持不变的过程

②等温过程能量关系

-\(\DeltaU=0\)

-\(Q=W\)

4.绝热过程

①绝热过程定义