10.3 热力学第一定律 能量守恒定律 课件 -2023-2024学年高二下学期物理人教版选修3-3

热力学第一定律 实验教学目标 实验原理和仪器设计 实验创新 实验教学过程 教学效果评价 说课内容 热力学第一定律 教材分析 教材分析 热力学第一定律是热力学核心内容之一，也是高考的热点，本节内容是在学生学习过分子动理论及物体内能等相关知识的基础上，进一步量化而得出热力学第一定律，它为学生学习能量守恒定律和第一类永动机奠定了基础。所以深刻理解热力学第一定律的本质和内涵，对于本节乃至本章学习都有着不可替代的重要作用。 教学目标 1 能够通过实验结论理解热力学第一定律的形式和内涵。  物理观念 教学目标 2 1.引导学生经历并体会科学家们在实验设计过程中使用的科学思维方法――如转化法、控制变量法、近似法等。 2.引导学生进行实验误差分析，不断修正和改进实验，减少系统误差，感受科学家严谨的思维模式。 3.能从数学的角度推导实验结论，形成使用数学工具解决物理问题的思维模式。 科学思维 教学目标 3 学生以小组为单位，通过猜想自主设计并完成探究实验，验证猜想正确性，并能根据实验结果推导出热力学第一定律。 学生在分析实验误差的过程中，不断改进实验仪器和实验操作，在实验误差逐渐减少的过程中感受科学探究的本质。在成果展示环节培养了其交流、评估和反思能力。 科学探究 教学目标 4 1.通过实验探究过程，以及对实验结果的展示和误差分析，培养学生严谨求真的科学态度，激发学生对科学实验的兴趣。 2.通过在实验中大量使用传感器，体会科技发展与科学理论的完美结合。 科学态度与责任 重点 难点 实验原理设计及三个探究实验中对学生思维过程的引导。 通过实验探究过程使学生理解热力学第一定律的本质和内涵。 热力学第一定律得出的实验探究过程及对实验的修正过程。 教学重点和难点 实验仪器 自制密闭气筒（内置温度传感器探头，底部附有电阻丝加热装置，外部包有隔热棉）,活塞，胶枪，灵敏温度传感器、数据采集器、数据线、计算机。 电阻丝 气筒 活塞 温度传感器探头 仪器构造图: 实验改进仪器 将气筒固定于导轨上，利用杠杆原理瞬间推动活塞做功，利用内置的电阻丝对密闭气体进行加热。 （一）问题驱动，导入实验 播放冰川融化后饥饿的北极熊翻捡人类垃圾吃的视频 提问 引导学生思考造成全球变暖的原因并引入课题，探究如何改变物体的内能 实验教学过程 提问： 为什么温度的变化可以用来描述内能的变化呢？ 实验原理 第八章第三节 实验原理 依据课本第八章给出的结论——理想气体热力学温度与其分子平均动能成正比，可推导： 第八章第四节 故实验中气体温度增加，内能增大，温度降低，内能减小。 实验原理 （控制变量） （忽略势能） （热力学温度的变化量与摄氏温度的变化量相等） （二）实验探究活动 教学过程 （1）实验一：探究绝热情况下，做功对气体内能的影响 封闭一定质量的气体，用胶枪推动活塞对气体做功，观察活塞从位置1运动至位置2温度的变化并记录.释放活塞，气体对活塞做功，观察气体温度变化。 教学过程 t1 t2 Δt 方式 做功 做功 做功 注：结论③④为探究实验三埋下伏笔。 实验数据记录： 学生分组探究实验，分析数据并得出结论： 外界对气体做功，气体内能增加。 气体对外界做功，气体内能减少。 外界对气体做功相同，物体温度变化量相同。 在不同温度条件下，上述结论均成立。 （2）探究实验二： 探究只存在热传递的情况下，气体内能的变化 活塞塞紧并卡在位置1处，用气筒底部电阻丝对桶内空气加热60秒，观察温度的变化并记录。 （2）实验二： t1 t2 Δt 方式 热传递 热传递 热传递 注：每次实验后，要使气筒散热至初始温度，结论③④为探究实验三埋下伏笔。 实验数据记录： 学生分析数据并得出结论： 气体从外界吸热，气体内能增加。 气体对外界放热，气体内能减少。 从相同初始温度对气体加热相同时间，气体温度变化量相同。 对于不同的初始温度，上述结论均成立。 提出问题引发学生思考： 如果外界对气体做功的同时又进行热传递，气体的温度如何变化？ 利用已有的器材设计实验，并用实验验证自己的猜测。 实验设计环节 实验探究的过程重点体现出学生的主体性，促进其积极思考，培养动手能力 实验三： 同时发生做功和热传递过程 在用电阻丝对气筒加热60s的同时，用玻璃胶枪推动活塞对气体做功。 实验三： 同时发生做功和热传递过程 t1 t2 Δt 方式 做功+热传递 做功+热传递 做功+热传递 实验数据： 注：学生通过分析实验数据，发现实验三中温度的变化量与前两次实验中温度变化量之和近似相等。 引导学生分析出实验中存在的误差。 引导学生从理论上分析上述的实验结果。 （做功过程） （热传递过程） （若做功和热传递改变内能的效果可以叠加） 从数学的角度推导实验结论，使学生形成使用数学工具解决物理问题的思维模式。 理论分析 数学推导与实验结论相符，引导学生得出结论、归纳出热力学第一定律及其表达式； 引导学生观看温室效应的图片并讨论，把温室气体及地球当成研究对象，用热力学第一定律去解释这个问题。 教学过程 课堂首尾呼应，运用热力学第一定律解释自然界能量的转化、转移问题 实验创新 实验设计源于课本第一节的定性实验，对其进行改进，实验原理简单易懂，实验现象直观明显。同时贯穿理论分析和数学公式推导，学生接受度高，不但填补了本节实验教学的空白，还能使学生在实验探究中发现科学本质，更深入地理解热力学第一定律的内涵。 温度传感器的使用使实验数据更加直观，可在希沃一体机上直接显示测量结果，将所测得的温度进行叠加即可得出结论，使半定量探究热力学第一定律成为可能，学生能准确观察到各物理量之间的关系，从而得出热力学第一定律的表达式。 创设情境，增加实验，形象直观易操作 与现代技术的整合使实验数据简单易处理 除课堂的自主探究，对误差的分析也进行了课后拓展和延伸，不断修正和改进实验仪器及操作方法，提高实验精度，使科学探究贯穿课堂内外，有利于学生物理思维的建构，从而真正体现实验的价值。以下是学生在误差分析中对实验操作提出的改进意见： 通过给活塞涂润滑油以增强仪器气密性。 通过杠杆原理推动活塞做功，更易获得较为均匀的推力，也使做功更加迅速，避免实验过程中对外散热引起的误差。 在加热实验开始前必须对仪器进行预热。 每次加热实验前都要将初温降至相同温度。 实验创新 仪器结构简单易携带，可进行自主探究和课后拓展 此实验目前没有配套的数据处理软件，还需采取原始的图表法人工记录数据。后期若能开发图表或图像式的处理软件电脑记录并处理数据，实验结论呈现效果会更加直观。 实验不足和改进 本节课通过观察、推理、实验等方法多角度开展教学，在学生已有的认知基础上把教材内容有机地划分为若干个探究阶段，使学生像科学家一样的思考问题，尝试性地提出解决方案，亲自经历实验探究，伴随着教师提出问题深度的不断加深，以及学生对实验结果的展示和交流过程，对误差的分析与思考过程，对实验精度的修正与改进过程，学生逐渐由浅层思考进入深度思考，他们不但亲身领悟到了科学研究的思想方法，而且学习知识的过程也不知不觉成为了其物理学科核心素养的养成过程。 课堂教学效果评价 谢谢大家的聆听！感谢各位专家批评指正！ $$