3.2热力学第一定律 教学设计 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

3.2 热力学第一定律 一、教学目标 1. 物理观念 理解做功、传热与内能变化的关系，掌握热力学第一定律的内容、表达式及符号规则，建立能量守恒的热力学核心观念，明确理想气体内能与温度的关联。 2. 科学思维 通过推导热力学第一定律，培养逻辑推理、分析综合的思维能力；能结合理想气体状态方程，运用定律分析、判断气体状态变化中的能量转化。 3. 科学探究 通过回顾旧知、小组讨论、实例分析，探究做功与传热共同作用下内能的变化规律，体验从单一过程到综合过程的科学探究方法。 4. 科学态度与责任 认识热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的具体体现，培养严谨求实的科学态度；了解定律在内燃机、制冷设备等生产生活中的应用，增强物理服务于生活的责任意识。 二、教学重难点 （一）教学重点 热力学第一定律的内容、数学表达式。 定律中W、Q、ΔU的正负号规则及含义。 热力学第一定律的实际应用。 （二）教学难点 准确判断W、Q的正负号。 结合理想气体状态方程，综合分析绝热、等温、等容、等压特殊过程的能量变化。 三、教学过程 （一）导入新课 教师活动：展示汽缸压缩气体并加热的实验示意图，提问：压缩气体、加热气体都能使气体内能增大，若同时压缩并加热，气体内能变化会更明显，这是为什么？ 学生活动：思考并回答，两种方式都能增加内能，叠加后效果更显著。 设计意图：从直观实验现象入手，引发认知冲突，自然引出做功与传热共同改变内能的课题，激发探究兴趣。 （二）新课讲授（核心环节） 环节1：知识回顾——单一过程的内能变化 教师活动：PPT展示问题，引导学生回顾旧知，板书关键结论。 绝热过程中，做功与内能变化的关系？ 单纯热传递中，热量与内能变化的关系？ 学生活动：集体回答，回顾核心公式： 绝热过程：（外界对系统做功，，；系统对外做功，，） 单纯传热：（系统吸热，，；系统放热，，） 教师讲解：做功和传热是改变物体内能的两种方式，二者效果等价，都能实现能量的转化与转移。 环节2：热力学第一定律的推导与定义 教师活动：引导学生综合两种过程，推导普遍规律。 提问：若系统既被做功，又发生热传递，内能变化该如何计算？ 总结：系统内能的变化由做功和传热共同决定。 核心讲解： 定义：一个热力学系统的内能变化量，等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和，这就是热力学第一定律。 数学表达式： ：系统内能的增加量 ：外界对系统做的功 ：系统吸收的热量 环节3：物理量的正负号规则（重难点突破） 教师活动：PPT展示正负号表格，组织小组讨论：如何快速判断、的正负？ 小组汇报：结合体积变化、吸放热情况判断。 教师总结： 物理量 符号 物理意义 外界对系统做功（体积减小） 系统对外界做功（体积增大） 系统吸收热量 系统放出热量 内能增加（温度升高） 内能减少（温度降低） 口诀记忆：外正内负，吸正放负。 环节4：特殊过程的应用分析 教师活动：结合理想气体特性（内能仅与温度有关），讲解四大特殊过程，PPT展示过程示意图。 绝热过程：，（内能变化仅由做功决定） 等温过程：，（做功与热量等值反向） 等容过程：，（内能变化仅由传热决定） 等压过程：体积增大→对外做功、温度升高→内能增加→吸热；体积减小→外界做功、温度降低→内能减少→放热。 环节5：做功的判断方法 教师讲解： 核心依据：体积变化判断做功 体积增大→系统对外做功（）；体积减小→外界对系统做功（）。 图像：图线与坐标轴围成的面积表示做功的大小。 环节6：典型例题解析（学以致用） 例题：四冲程内燃机压缩冲程与做功冲程的能量计算 压缩冲程：活塞对气体做功200J，气体放热25J，求内能变化。 做功冲程：气体对外做功900J，气体放热30J，求内能变化。 教师分步讲解： 第一步：确定、的正负 压缩冲程： 做功冲程： 第二步：代入公式计算 （内能增加） （内能减少） 学生活动：跟随教师思路计算，同桌互查纠错。 环节7：课堂练习与巩固 教师活动：PPT展示3道课堂练习题，巡视指导，集体订正答案。 绝热气缸转动问题，判断气体内能、温度变化。 图像中理想气体内能变化计算。 循环过程中做功最多的阶段判断。 设计意图：通过分层练习，巩固正负号判断与定律应用，突破教学难点。 （三）课后小结 师生共同梳理： 核心公式： 关键规则：、的正负判断（外正内负、吸正放负）。 应用思路：看体积判做功→看温度判内能→用定律判吸放热。 核心思想：热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的具体体现。 四、板书设计 3.2 热力学第一定律 改变内能的两种方式：做功、传热 热力学第一定律 表达式： 正负规则：（外+内-）；（吸+放-） 特殊过程 绝热：， 等温：， 等容：， 应用：体积判做功→温度判内能→公式算热量 五、教学反思 成功之处：通过实验导入、旧知回顾、小组讨论，层层推进新课讲授，学生能快速掌握定律表达式与正负号规则；例题与练习结合生活实例，提升了知识应用能力。 不足之处：部分学生对图像中做功的判断仍不熟练，特殊过程的综合分析需加强练习。 改进方向：增加实物演示与图像动画，强化正负号口诀记忆；课后布置分层作业，针对薄弱环节专项突破。 学科网（北京）股份有限公司 $