《热力学第一定律》教学设计 教案

《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，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。

科学探究通过独立分析和思考，理解W、Q、ΔU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

【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）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）、

提出问题

思考教师提

出的问题

激发学生兴

趣，承上启

下

（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着，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ΔU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，那么上式中ΔU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ΔU、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ΔU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：

2、气体状态变化与物理量对应方法写板书、

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。

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

写板书

思考问题、

【回答】利

用符号表示

方向

阅读教材[思

考与讨论]、

记笔记

记笔记

同学们听故

事，思维可

稍放松。

计算课件上

例题

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。

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。

回归课标，

回归高考，