高中物理粵教版（2019）选择性必修第三册 3.1 热力学第一定律教案（表格式）

《热力学第一定律》教学设计
一．教材分析
本节是粤教版选择性必修三第三章的第 1 节，第三章《热力学定律》共三节。第一
节阐述了热力学第一定律；第二节研究了能量守恒及其应用；第三节是研究热力学第二
定律。这就使学生对热力学定律和能量守恒定律有了一定的认识。第一节主要研究物体
的内能，以及改变内能的方式，使学生了解内能改变的两个方式（做功和热传递）。然后
通过归纳推理得到热力学第一定律的数学表达式，并应用热力学第一定律解决实际问题。
二．学情分析
学生在初中已经接触过内能与改变内能两个方式的相关基础知识，为本节的教学奠
定了一定的基础。高中教材中增加了内能的微观解释和热力学第一定律这两部分内容。
学生在具备了一定的分析能力，探究能力和逻辑思维能力后，可以更好的探究本节的内
容。
三．教学目标：
1. 认识内能和改变内能的两种方式。
2. 能以物体为研究对象，用归纳推理的方法推导出热力学第一定律。
3. 能运用热力学第一定律解释和计算能量的转化和转移问题。
四、教学的重点和难点
重点：1. 物体内能的定义，改变内能的两种方式。
2. 用归纳推理的方法推导出热力学第一定律。
3. 明确热力学第一定律三个物理量正负符号的物理含义。
难点：1. 理解如何通过做功改变物体的内能。
2. 热力学第一定律三个物理量正负符号的物理含义。
3. 运用热力学第一定律解释和计算能量的转化和转移问题。
五、教学过程
教学
内容
教师活动
学生活动
设计意图
1.知识回顾：
1. 从学
生已学的
知识出
物体由大量分子组成；分子间存在相互作用的引力和斥力；分
新课
引入
环节
创设
情境，
提出
问题
分子之间
存在相互
作用的分
子总在不停地做无规则运动，运动的剧烈程度与物质的温度有
发，提出
问题，激
关。
2.
子力，应该 发学生的
也存在某
种势能。
联想与推
理。
2. 引导
学生回忆
已学的知
物体内部的分子由于作热运动，所以具有分子动能。
识。
3.
在我们之前的学习当中，点电荷相互之间有电场力的作用而具
有电势能 ，弹弓发生弹性形变，有弹力的作用而具有弹性势能，
工人在高空作业有重力的作用而具有重力势能 。那么，在物体
内部的分子也具有势能吗？
1.分子势能
1.答：当分 学生经历
子间距大 科学探究
于 r 时，分 过程，培
物体
的内
能
0
子力表现
为引力；当 理研究的
分子间距 规范意
养学生物
小于 r 时， 识。
0
分子力表
现为斥力。
当分子间
分子之间存在作用力，那么分子也具有势能
所以，分子间具有由他们相对位置决定的势能，称为分子
势能。
距改变，分
子力做功，
会引起能
2.分子势能与分子间距的关系。
若取无穷远处分子势能为 0。
量的变化。
当分子间距从无限远到平衡位置 r 时，分子表现为什么力？
0
作什么功？
2.答：分子
力表现为
引力，分子
力作正功，
分子势能
减少。
当分子间距为平衡位置 r 时，分子表现为什么力？作什么
0
功？
当分子间距小于 r 时，分子表现为什么力？作什么功？
0
综上可得两分子间势能与分子间距的关系图像。
当分子间
距为平衡
位置 r 时，
0
分子间作
用力为零，
分子势能
最小。
3.F-r 图与 EP-r 图的对比。
当分子间
距小于 r0
时，分子间
作用力表
现为斥力，
分子力作
负功，分子
势能增大
4.总结：所以，物体中所有分子的动能和分子势能的总和，叫
做物体的内能。
5.答：由温
度和体积
5.物体的内能在宏观上又什么物理量决定呢？
决定。温度
上升，分子
动能变大；
体积改变，
物体的分
子势能也
会变化。
改变
1．我们可以通过什么方式改变物体内能呢？生活中，如把金属 1.生：这些 1.培养学
生科学思
内能
的两
勺子放在热汤中，勺子温度升高，内能增大；食物放入冰箱， 例子，都是
维、科学
的态度与
温度下降，内能减少；在太阳光的照射下，太阳能热水器中的 通 过 热 传
种方
水温度升高，内能增大。这些例子揭示了什么？
递 来 改 变
式（热
传递）
责任等物
2.热传递可以改变物体内能，热传递过程中物体内能变化的量 物体内能。 理核心素
称为热量。习惯上我们所说的“物体吸热（或放热）多少”， 2.生：比如
说，柴火烧
养。
实际上是指热传递使物体的内能增加（或减少）多少。 同学们
能举出一个相关的生活例子吗？
用典型案
例的分析
来帮助学
生理解热
传递
水，水吸热
后内能增
加沸腾。烧
开后熄灭
柴火，开水
对外放热，
内能减少，
温度下降，
一段时间
后会与外
界温度一
致。
改变
内能
的两
种方
式（做
功）
1.在生活中，有以下例子：
1. 生 ： 1.通过实
验探究过
对 物 体 做
程，培养
功，可以改
学生科学
变 物 体 内
探究的物
能。
理核心素
2.生：内能
养。
由 分 子 数 2.培养学
这是通过什么方式改变物体内能呢？
生科学思
维、科学
的态度与
责任等物
理核心素
养。
目，分子动
能，分子势
能决定，需
要 控 制 变
量。
2. 能不能通过实验来研究做功如何改变物体内能？
如何知道物体的内能发生改变？
3. 一定质量的气体，分子数目不变。气体分子间距离很大，分
子间作用力忽略不计，气体分子势能为零。所以气体内能仅与
温度有关。
4. 实验中，推动活塞即对气体做功，测量气体的温度的变化， 4.生：迅速
用典型案
压 缩 气 体 例的分析
就可以研究做功与气体内能的变化的关系。首先推动活塞，迅
速压缩气体，对气体做功。然后释放活塞，气体推动活塞做功。 的目的是： 来帮助学
用电子温度计测量气体的温度的变化，研究做功与气体内能的 使 过 程 中 生理解做
功改变内
变化的关系。为什么要迅速推动呢？
筒 内 气 体
与 外 界 几
乎 没 有 热
传 递 发 生
（ 绝 热 过
程）。
能。
3.通过实
验对比让
学生更加
深刻理解
做功与热
传递培养
学生科学
探究的物
理核心素
养。
5.生：实验
中 筒 内 气
5.观看实验视频活塞迅速压缩气体过程，气体内能的变化情况 体 温 度 上
分析？气体内能增加，说明什么？
升，气体分
子 动 能 增
大，气体分
子 势 能 为
零，所以筒
内 气 体 内
能增大。
6. 观看实验视频气体迅速膨胀过程，气体内能的变化情况分
析？气体内能减少，说明什么？
迅 速 压 缩
气体，对气
体做功，筒
内 气 体 与
外 界 几 乎
没 有 热 传
递发生，所
以 做 功 可
以 使 物 体
内能增大。
6.生：实验
中 筒 内 气
体 温 度 下
降，气体分
子 动 能 减
少，气体分
子 势 能 为
零，所以筒
内 气 体 内
能减少。气
体 膨 胀 向
外做功，气
体 内 能 减
7.总结：在绝热过程中，外界对物体做功，物体内能增大。物
体对外界做功，内能减少。
8.实验 2.观看实验视频缓慢压缩筒内气体过程，气体内能的变
化情况分析？气体内能不变，说明什么？
同是压缩气体做功，为什么缓慢压缩气体的时候，气体的内能
几乎不变？
少，所以做
功 可 以 使
物 体 内 能
减少。
8. 生 ：
实 验 中 筒
内 气 体 温
度 几 乎 不
变，气体分
子 动 能 不
变，分子势
能为零，所
以 筒 内 气
体 内 能 几
乎不变。压
缩 气 体 做
功，可使其
内能增大；
而 由 于 压
缩 过 程 比
较缓慢，气
体 同 时 与
外 界 进 行
热传递，把
内 能 又 转
移 到 周 围
的环境中，
于 是 缓 慢
压 缩 的 过
程中，筒内
气 体 的 内
能 几 乎 没
有变化。
热力
学第
一定
律
1.那么，通过做功和热传递，物体内能会变化，它们之间存在 1.1.生：一 1.引导学
个 物 体 不 生去主动
着什么样的定量关系呢？
与 外 界 发 探索，通
1.1 若一个物体不与外界发生热传递，它的内能变化等于什么？
生热传递， 过归纳总
1.2 若一个物体，外界对其没有做功，它的内能变化等于什么？
它 的 内 能 结的方法
1.3 综上，若一个物体既与外界发生热传递，同时外界又对其做
变 化 等 于 得出热力
功，它的内能变化等于什么？
做功。 学第一定
1.2. 若 一 律。培养
个物体，外 学生的科
界 对 其 没 学思维能
2.热力学第一定律：一个物体的内能增量等于外界向它传递的 有做功，它 力
的 内 能 变 2.利用特
热量与外界对它所做的功的和。
3.讨论和交流：根据热力学第一定律的物理意义，如何规定 Q， 化 等 于 热 殊的物理
传 递 的 热 过程讨论
W 和ΔU 的符号，才能全面反映功，热量和内能改变量间的定量
量
Q，W 和
关系呢？
1.3.若一个 ΔU 的符
物 体 既 与 号。培养
外 界 发 生 学生的科
热传递，同 学思维能
时 外 界 又 力
对其做功，
它 的 内 能
变 化 等 于
做 功 和 热
传递之和。
3.1 外界对
物体做功，
外界对物
3.1 外界对物体做功，外界对物体传递热量（吸热），物体内
能如何变化？
3.2 物体对外界做功，物体对外界传递热量（放热），物体内
能如何变化？
体传递热
量（吸热），
物体内能
增大。
U > 0
,W>0,Q>0.
3.2 物体对
外界做功，
物体对外
界传递热
量（放热），
物体内能
减少，
U < 0
,W<0,Q<0.
利用新学
的物理知
热力
学第
一定
律的
应用
例 1.如图所示，密封在容器内的理想气体在保持压强 p 不变的
情况下，体积从 V 膨胀到 V ，气体向外推动活塞。请问气体的
1
2
识解决生
活中的问
题，提高
内能变化情况是什么样的呢？
学生学习
物理的兴
趣。
例 2.如图所示，某同学将空的玻璃瓶开口向下缓缓压入水中。
设水温均匀且恒定，瓶内空气无泄漏，不计空气分子间的相互
作用，则被淹没的玻璃瓶在下降的过程中，气体是吸热还是放
热，为什么？
课堂 《热力学第一定律》知识点：
总结、 1. 物体分子动能和分子势能的总和为物体的内能。
学生完成
习题包练
习
1. 总结
新知识，
建构知识
结构网
作业
巩固
2.改变内能的两种方式：做功，热传递。
3.热力学第一定律：ΔU=W+Q
络，培养
学生物理
观念、物
理思维等
物理核心
素养。
2. 学生
通过作业
巩固新的
知识，强
化理解，
学以致
用。