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高中物理（人教2019版）大单元学科素养教学设计
单元教学课题
选择性必修第三册第三章《热力学定律》
版本
人教版2019
年级
高二
单元
热力学定律
教师
Xxx
单元内容
前两章学习的内容是分子动理论和物质三态，本章学习的热力学定律是建立在对热现象的研究基础上体现热力学本质和规律的物理学原理。热力学第一定律主要总结了能量的转化和守恒问题;热力学第二定律主要研究与热现象有关的宏观过程的方向性问题。本章在结构设计方面可以划分为两个单元。第一单元由第1节“功、热和内能的改变”、第2节“热力学第一定律”和第3节“能量守恒定律”组成，着重介绍热力学第一定律及其实验基础，围绕能量守恒定律的建立过程，从科学历史发展的角度理解能量守恒定律丰富的内涵及其在科学发展上的重要意义。第二单元由第4节“热力学第二定律”构成，主要从宏观过程阐释热力学第二定律，说明能量转化的方向性问题，。
本单元内容可开发的教学活动与资源:学校实验室活动，学生自主探究、小组活动、网络共享资源。
本单元教学重点：理解并准确运用热力学第一定律（ΔU、Q、W的符号规定及其含义）。
理解热力学第二定律的两种表述及其等价性，了解其实质。
理解能量转移和转化的方向性，认识提高能源利用效率的重要性。
能结合理想气体状态方程解决包含功、热量和内能变化的综合问题。
本单元教学难点:热力学第一定律：
ΔU、Q、W符号规定的掌握和应用：学生容易混淆正负号含义（特别是功W，气体膨胀对外做功是负值，压缩气体做功对气体做正功易错）。
宏观量与微观量的联系：将抽象的ΔU、Q、W与微观的分子动能、势能变化联系起来。
复杂物理过程的建模分析：分析气体等温膨胀/压缩、绝热膨胀/压缩等过程中功、热、内能变化的相互关联和计算。
热力学第二定律：方向性和不可逆性的理解：抽象概念（如“不可能”、“方向性”），学生难以从生活中观察到的大量不可逆现象总结出其物理本质。
熵概念的理解：熵是极其抽象的概念。理解其作为混乱度/无序度的量度，以及熵增原理是热力学第二定律的核心内容之一。这部分对于高中生主要是定性认识，要求理解物理含义而非精确计算。
两种表述的等价性：理解其逻辑关系需要较强的思辨能力。
与热力学第一定律的区分：能量守恒（热一）和能量品质降低（热二，方向性）的区别。
新课标要求
3.2.1知道热力学第一定律。通过有关史实，了解热力学第一定律和能量守恒定律的发现
过程，体会科学探索中的挫折和失败对科学发现的意义。
3.2.2理解能量守恒定律，能用能量守恒的观点解释自然现象。体会能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一
3.2.3通过自然界中宏观过程的方向性，了解热力学第二定律
单元学情
一、学生基本情况
知识基础
学生刚学习完本章前面的第二章《气体、固体和液体》中的分子动理论部分
分子热运动（布朗运动）、分子平均动能与温度的关系（这是理解内能变化的基础）。
分子势能与分子间距、物态的关系（理解势能变化有助于理解内能变化）。
理想气体模型、理想气体状态方程（pV/T=常量）。这是应用热力学第一定律解决理想气体问题的核心工具之一。
数学能力：具备一定的代数运算能力，能够理解和运用能量表达式（如ΔU、Q、W）、运用理想气体状态方程进行相关计算。
物理思维：对守恒思想（如动量守恒、机械能守恒）有一定认识，但尚未在热现象领域深入应用。具备一定的抽象思维和分析推理能力。
二、学习难点预判
概念混淆：
混淆热量（Q）、温度（T）、内能（U）的概念。
混淆功（W）的不同规定（特别是系统对外/外界对系统做功的正负号）。
混淆热力学第一定律和能量守恒（后者更普适，前者是其特例）。
理解热力学第二定律的困难在于其描述的“不可能”性，不易想象“反事实”情况。
符号与方向性：
ΔU=Q+W中的符号规定（尤其是功W的符号）是最常见的错误来源。学生往往忽略规定，凭直觉判断导致错误。
Q的正负（系统吸热Q0）相对好理解，但功（W：外界对系统做功为正）常被错误地理解为系统对外做功为正。
过程方向性的判断（热力学第二定律应用）易出错。
微观与宏观联系不足：难以将定律的宏观描述（ΔU，Q，W）与上一章学到的分子平均动能（温度T）、分子势能（状态）等微观机制建立起清晰的联系。
模型抽象化：“系统/环境”的边界划分、绝热过程、准静态过程等理想模型的建立需要较强的抽象思维能力。
单元目标
知识层面：大部分学生能掌握热力学第一定律的公式和基本应用（单过程计算/分析），理解第二定律的核心含义（过程方向性）和对现实问题的解释（如提高能效的必要性）。对熵的深入理解（熵增原理