《2.热力学第一定律》优质课教案设计

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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（能量守恒定律在科教版已学习，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?U=Q+W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。

教学目标

物理观念

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。 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。 了解第一类永动机不能制成的原因。

科学思维

会用?U=Q+W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。

学习者特征分析

知识层面： 学生已掌握了内能的定义及其微观解释。 本章前两节已经学习了在绝热过程中?U=W ，以及在单纯的热传递过程中?U=Q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。 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。 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。 认知困难： 第一类永动机的不可能性。

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。

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?U=Q+W的符号法则并熟练应用。 【教学难点】 （1）表达式?U=Q+W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。

教学过程

教学内容

教师活动

学生活动

设计意图

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?