資源簡介

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物理九年級大單元整體教學設計
第十四章 《內能的利用》
本章內容分析
本章主要通過四沖程內燃機工作原理的學習，使學生了解內燃機的主要結構；大致了解內燃機工作時，能量的轉化與轉移情況；了解內燃機在現代生活，特別是交通方面的應用。本章在熱學中占有舉足輕重的地位。通過本章學習，使學生認識到在利用燃料內能方面，也不可避免地會有一部分內能轉化和轉移到其他方面，因此要建立熱機效率的概念，并與機械效率聯系和類比。之后自然引出能量守恒定律。“關心科技發展的動態，關注技術應用帶來的社會進步和問題，樹立正確的科學觀”是義務教育階段物理課程的價值表現之一。通過本章的學習，要使學生了解內燃機的發展對人類進步起到的作用，同時要使學生認識到它給環境帶來的污染問題。在本章的學習中，學生來自于生活的經驗和體驗是很多的，充分發揮學生來自經驗或興趣方面的知識，讓他們積極地參與教學活動，會對提高教學效果起到很大的作用。同時，在部分學生的帶動下，大多數學生也會受到觸動而更多地關注技術關注社會的發展。作為教師，也應該作出表率。
熱機：教材首先通過一個演示實驗，展示了蒸汽機的工作原理，介紹了熱機的特點和種類，引出內燃機，內燃機分為汽油機和柴油機，配合插圖，先介紹汽油機的四個工作沖程及特點，然后介紹柴油機，重點是二者在結構和工作特點上的不同。開學世界欄目介紹了“現代汽車”。
熱機的效率：各種熱機都要靠燃燒燃料來獲得能量，得到動力，教材首先介紹了燃料的熱值，熱值是燃料的特性，反映燃料放熱本領的大小。燃料燃燒釋放出的能量，不能全部被熱機利用來獲得機械能，自然引出熱機的效率，教材有一幅內燃機的能流圖，清晰指出了燃料燃燒時能量的去向。教材還介紹了提高熱機效率的方法。ST$欄目介紹了“從火車到火箭”。
能量的轉化和守恒：教材通過四組小實驗，讓學生觀察實驗現象，討論能量的轉化方式，引出各種能量在一定條件下都可以相互轉化。教材“想想議議”小球的機械能減少了，引出能量守恒定律，并指出“永動機”不可能實現。
本章課標要求
3.1.1了解能量及其存在的不同形式。描述各種各樣的能量和生產、生活的聯系。
3.1.2通過實驗，認識能量可以從一個物體轉移到另一個物體，不同形式的能量可以互相轉化。
3.3.3了解熱機的工作原理。知道內能的利用在人類社會發展史上的重要意義。
3.5.1知道能量守恒定律。列舉日常生活中能量守恒的實例。有用能量轉化與守恒的觀點分析問題的意識。
3.5.2從能量的轉化和轉移的角度認識效率。
3.5.3知道能量的轉化和轉移有一定的方向性。
本章核心素養
物理觀念：知道四沖程內燃機的構造和工作原理，知道各種形式的能是可以相互轉化的，能量的總量是保持不變的物理觀念。
物理思維：通過分析能量轉化和能量的去向，理解熱機的效率的物理思維。
科學探究：通過演示實驗直接證明消耗內能可以做功，直觀地展示出熱機中能量轉化的基本過程；介紹了蒸汽機的基本工作原理。
科學態度與責任：有能用能量守恒的觀點分析物理現象的意識，在科學，技術，社會，環境（STSE的關系基礎上形成科學的態度與責任。
單元教學目標
（一）內容目標
1.知道熱機的概念，初步了解熱機的工作原理，體會內能的利用對人類發展的重要作用。
2.了解汽油機的構造及工作過程。
3.了解柴油機的構造及工作過程。
4.從生活中體會不同燃料燃燒釋放熱量的本領不同，建立熱值的概念。
5.能簡單計算燃料燃燒放出的熱量。
6.能說出熱機工作時燃料釋放能量的主要流向，知道什么是熱機的效率。
了解能量及其存在的多種形式。
7.知道能量的轉移和轉化，能解釋一些常見現象中的能量轉化過程。
8.理解能量守恒定律，有用能量守恒定律的觀點分析物理現象的意識，體會能量守恒定律的普適性。
（二）學業目標
1.通過實驗，知道能量可以從一個物體轉移到另一個物體，不同形式的能量可以互相轉化。
2.熟記熱機的工作原理，知道內能的利用在人類社會發展史上的重要意義。
3.通過對溫度、內能和熱量的關系的分析，能從能量轉化的角度認識燃料的熱值。
4.通過和機械效率的類比，正確認識熱機的效率。
5.知道能量守恒定律。列舉日常生活中能量守恒的實例。有用能量轉化與守恒的觀點分析問題的意識。知道能量的轉化和轉移有一定的方向性。
五、教學重點：
1. 四沖程汽油機的基本工作原理。
2. 燃料的熱值和熱機的效率
3. 理解能量守恒定律。
六、教學難點：
1. 四沖程汽油機的基本工作原理。
2. 熱機效率的理解。
3. 理解能量守恒定律。
七、學情分析，教學建議：
學生在前面已經學過內能，對內能的定義和改變的方式有了初步的認識。學習功和機械能時，對機械效率進行過系統的學習，所以可以類比機械效率來學習熱機的效率，聯系生活實際，所以，對于本章的學習并不困難。
活動建議：
1. 用易拉罐制作簡易內燃機。
2. 列舉太陽能在地球上轉化為其他形式能量的實例。
3. 討論人在滑滑梯過程中能量轉化的情況。
4. 調查當地近年來炊事、取暖、交通等方面燃料結構的變化，從經濟與環保的角度開展討論。
5. 燃料的種類很多，如木柴、煤、汽油、酒精、天然氣等，查閱資料并比較相同質量的不同燃料完全燃燒時放出熱量的多少。
6. 查閱資料或訪問農機、汽車維修等專業人員，了解內燃機中燃料燃燒所釋放熱量的去向，討論提高效率的可能途徑。
7. 調查當地主要爐灶的能量利用效率，寫出調查報告。
八、本章活動主題：
熱學知識在生活中的應用
炎熱的夏天在地上撒些水，靠水分的蒸發達到降溫的目的.嚴寒的冬天如何取暖，可以運動也可以喝熱水，涉及做功、熱轉遞的知識。汽車發動機常用水來散熱，早春保護秧苗不被凍壞而往往采用在夜間向稻田里灌水，而白天放水，都充分利用了水的比熱大這一特性。
細心的人會發現，雞蛋剛從鍋里取出來的時候，如果你急于剝殼吃蛋，就難免連殼帶”肉”一起剝下來。要解決這個問題，有一個訣竅，就是把剛出鍋的雞蛋先放在涼水中浸一會，然后再剝，蛋殼就容易剝下來。
原來一般的物質（少數幾種例外），都具有熱脹冷縮的特性?？墒?，不同的物質受熱或冷卻的時候，伸縮的速度和幅度各不相同。一般說來，密度小的物質，要比密度大的物質容易發生伸縮，伸縮的幅度也大，傳熱快的物質，要比傳熱慢的物質容易伸縮。雞蛋是硬的蛋殼和軟的蛋白、蛋黃組成的，它們的伸縮情況是不一樣的。
在溫度變化不大，或變化比較緩慢均勻的情況下，還顯不出什么：一旦溫度劇烈變化，蛋殼和蛋白的伸縮步調就不一致了。把煮得滾燙的雞蛋立即浸入冷水里，蛋殼溫度降低，很快收縮，而蛋白仍然是原來的溫度，還沒有收縮，這時就有一小部分蛋白被蛋殼壓擠到蛋的空頭處。隨后蛋白又因為溫度降低而逐漸收縮，而這時蛋殼的收縮已經很緩慢了，這樣就使蛋白與蛋殼脫離開來，因此，剝起來就不會連殼帶”肉”一起下來了。
九、教學過程性評價細目設計
學習任務 熱機 熱機的效率 能量的轉化 和守恒
優秀 1. 熟知熱機的概念，初步了解熱機的工作原理，體會內能的利用對人類發展的重要作用。 2. 知道汽油機的構造及工作過程。 3. 知道柴油機的構造及工作過程。 1.從生活中體會不同燃料燃燒釋放熱量的本領不同，熟練掌握熱值的概念。 2.能熟練計算燃料燃燒放出的熱量。 3.能熟練說出熱機工作時燃料釋放能量的主要流向，知道什么是熱機的效率。 1. 知道能量及其存在的多種形式。 2. 熟知能量的轉移和轉化，能解釋一些常見現象中的能量轉化過程。 3. 掌握能量守恒定律，有用能量守恒定律的觀點分析物理現象的意識，體會能量守恒定律的普適性。
良好 1. 知道熱機的概念，初步了解熱機的工作原理，體會內能的利用對人類發展的重要作用。 2. 了解汽油機的構造及工作過程。 3. 了解柴油機的構造及工作過程。 1.從生活中體會不同燃料燃燒釋放熱量的本領不同，建立熱值的概念。 2.能簡單計算燃料燃燒放出的熱量。 3.能說出熱機工作時燃料釋放能量的主要流向，知道什么是熱機的效率。 1. 了解能量及其存在的多種形式。 2. 知道能量的轉移和轉化，能解釋一些常見現象中的能量轉化過程。 3. 理解能量守恒定律，有用能量守恒定律的觀點分析物理現象的意識，體會能量守恒定律的普適性。
合格 1. 了解熱機的概念，初步了解熱機的工作原理，體會內能的利用對人類發展的重要作用。 2. 初步了解汽油機的構造及工作過程。 3. 初步了解柴油機的構造及工作過程。 1.從生活中體會不同燃料燃燒釋放熱量的本領不同，初步建立熱值的概念。 2.能簡單計算燃料燃燒放出的熱量。 3.能初步說出熱機工作時燃料釋放能量的主要流向，知道什么是熱機的效率。 1.初步了解能量及其存在的多種形式。 2. 了解能量的轉移和轉化，能解釋一些常見現象中的能量轉化過程。 3. 知道能量守恒定律，有用能量守恒定律的觀點分析物理現象的意識，體會能量守恒定律的普適性。
十、教學流程圖（思維導圖展現整個整體單元教學的思路及課時安排）
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【大單元教學】第十四章 內能的利用 分課時教案
第3節 能量的轉化和守恒
課題 能量的轉化和守恒
課型 新授課 √ 復習課 試卷講評課 其他課
1.教學內容分析 《能量轉化與能量守恒》是課程標準中的核心概念4。本節課相當于通過對整個單元的復習中總結出能量的轉化與守恒定律。通過專題化學習，讓學生從實際問題出發學習能的形式、能的轉移和轉化的具體分析方法。初中階段，首先學習初步的科學概念和規律，如動能、勢能、機械能及其守恒，機械功、功率、杠桿平衡條件、機械效率、內能及改變物體內能的途徑、熱量、燃料的熱值、物質的比熱容、電功、電功率、功和能的關系等，這些內容與學生的日常生活緊密聯系，但貫穿始終的主線是能的轉化與能量守恒。其次，運用概念進行簡單的定量計算，如功和功率的計算、應用杠桿平衡條件的計算、分析計算滑輪組的省力問題、計算滑輪組的機械效率、電功率以及電能消耗的計算等。這些定量計算是學習能量守恒定律的基礎。最后，定性了解能的多種形式（包括生物體能量的來源與轉化），能的轉化與傳遞的方向性。
2.學習者分析 本節課對學生的綜合分析能力要求相當高，本節內容用系統的概念理解能的轉化過程中能的總量保持守恒，初步建立用能的轉化與守恒的觀點分析問題的意識，能的轉化和轉移的方向性，對學生來說有一定難度，由于是熱力學第二定律的內容，初中學生只需了解方向性的概念及相關現象即可。通過觀察、實驗、案例分析等來提高學生的模型建構、推理與論證等科學思維能力。
3.學習目標確定 1. 了解能量及其存在的多種形式。 2. 知道能量的轉移和轉化，能解釋一些常見現象中的能量轉化過程。 3. 理解能量守恒定律，能用能量守恒定律的觀點分析物理現象。
4.學習評價設計 學習評價自我評價表項目評價內容掌握情況很好一般不好科學知識1理解能量守恒定律，在轉化或轉移的過程中，能量的總量保持不變。2能識別出生活中能量轉化的實例，并能用能量守恒的觀點加以解釋。學科能力通過觀察和實驗，認識能量之間的相互轉化。運用科學的語言描述能量的轉化和守恒。科學態度認識到自然界中存在的各種能量最終都可以歸結為幾種基本形式，樹立世界是統一的觀念。建立科學的世界觀，具有探索自然的欲望。小組評價表評價內容得分標準成員一成員二成員 三團隊精神5分：能高效分工合作完成任務 3分：重大問題能有效溝通 1分：各自獨立，不能完成任務實施能力5分：能準確設計詳細的實驗過程和所用實驗道具。 3分：能設計出大概方框架，但不夠準確和詳細。 1分：不能設計出任何過程和方案。結果展示能力5分：小組完成任務并解答正確。 3分：小組 任務，但解答部分正確，部分錯誤。 1分：小組完成任務，但解答全部不正確?？偡?br/>5.學習活動設計
教師活動 學生活動 設計意圖/學習評價
任務一：創設情境
象山技工學校的朱振霖花1.5萬元，自行研制出一輛太陽能汽車：不需氣、不需油，每天曬曬太陽，能開70公里。 思考：他是如何讓太陽能驅動汽車前進的呢？ 學生觀看圖片，閱讀內容，思考問題。 創造課堂情景，激發學生的興趣和求知欲。
任務二：能量的轉化
1.自然界存在著各種不同形式的能量 提問：通過前面的學習結合生活實際，你知道的能量有哪些？ 展示各種具有能量的圖片，常見的一些能量有： （1）機械能（2）內能（3）太陽能（4）化學能（5）電能（6）核能： 2.能量的轉化 （1）回顧：機械能之間的轉化，內能和機械能之間的轉化，熱機中的能量轉化。 （2）分析以下小實驗或生活實例中的能量轉化： ①舉例：太陽能熱水器，熾熱的鐵水發光。 ②舉例：光合作用，螢火蟲發光。 ③演示：用電池（干電池或水果電池等）、手搖發電機、溫差發電片（用散熱片和熱水發電）、太陽能電池（用強光手電筒照射發電）驅動小燈泡發光或小風扇轉動。 舉例：電風扇，電熱水壺，手機充電器。 總結：科學家經過長期探索，發現各種現象變化中常常存在著能量的轉化。在一定條件下，不同形式的能量可以相互轉化。 組織學生進行交流與分享：舉例說明圖中每條能量轉化路徑的實例。 3.能量的轉移 展示生活中的實例，請你分析是什么能量發生了轉移： （1）水車——________。 （2）熱水袋暖手（熱傳遞）——_______。 （3）輸電線——_______。 總結：在一定條件下，能量可以發生轉移。在能量轉移的過程中，能量的形式沒有發生變化 學生結合生活經驗思考，并列舉出生活中常見的一些能量，可以相互補充。 學生觀察各種能量的圖片，并進行交流。 學生回顧已學能量轉化的相關知識。 學生根據能量變化分析小實驗或生活實例中的能量轉化： ①分析：光能和內能可以相互轉化。 ②分析：光能和化學能可以相互轉化。 ③分析：電能和其他形式的能量可以相互轉化。 學生嘗試總結歸納能量的轉化。 學生交流討論后，分享圖中每條能量轉化路徑的生活實例。 學生觀看生活中的實例，思考、分析： （1）水車——機械能的轉移。 （2）熱水袋暖手（熱傳遞）——內能的轉移。 （3）輸電線——電能的轉移。 通過問題引導學生聯系生活實際進行思考，認識能量的各種形式，為能量轉化的學習打下基礎。 通過小實驗或生活實例等實例分析，引導學生知道不同形式的能量之間可以進行轉化，理解總結能量之間的轉化。 引導學生根據能量轉化路徑圖，聯系生活，發現生活中的能量轉化現象，體現生活與物理的緊密聯系，同時，加強知識的學以致用。 引導學生通過生活中的實例來認識能量的轉移。 通過認識能量的轉移，能夠區分能量的轉化和轉移。
任務三：能量守恒定律
1.做一做，想一想： 活動1：蕩秋千 思考：蕩秋千時，若停止用力，秋千會越來越低。為什么高度會逐漸降低？是否丟失了能量？減少的機械能到哪去了？ 活動1：小實驗：拋出彈性小球，觀察小球與地面碰撞時的運動情況。會發現掉在地上的彈性小球越跳越低。 思考：為什么高度會逐漸降低？是否丟失了能量？減少的機械能到哪去了？ 總結：能量既不會憑空消滅，也不會憑空產生，它只會從一種形式轉化為其他形式或者從一個物體轉移到其他物體，而在轉化和轉移的過程中，能量的總量保持不變。這就是能量守恒定律。 2.能量守恒定律 如何理解“能量守恒定律”，有什么特點？ 能量守恒定律的普遍性 能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。大到天體，小到原子核，無論是物理學的問題還是化學、生物學、地理學、天文學的問題，所有能量轉化的過程，都服從能量守恒定律。 能量守恒定律的重要性 能量守恒定律與發現細胞、進化論一起被恩格斯譽為19世紀自然科學的三大發現。 ③ 根據能量守恒定律，在分析自然現象時，如果發現某種形式的能量減少，一定能找到另一種形式的能量增加；反之，當某種形式的能量增大時，也一定可以找到另一種形式的能量減少。 3.運用能量守恒定律分析問題 有人曾設想制造一種不消耗任何能量和燃料，卻源源不斷對外做功的機器，人們把這種機器叫永動機。這種機器有可能制成嗎？ 學生結合生活中蕩秋千的生活經驗，思考、討論，并分析問題：在秋千的運動過程中，秋千和空氣間有阻力，繩索間存在摩擦力，秋千要克服這些阻力做功，一部分機械能逐漸轉化為內能，機械能總量逐漸減少，最終機械能為零，全部轉化為內能。 學生分組進行小實驗，并觀察小球的彈跳情況變化。 學生思考、分析：在小球的運動過程中，由于和空氣間有阻力，小球克服空氣阻力做功，一部分機械能逐漸轉化為內能，機械能總量逐漸減少，最終機械能全部轉化為內能。 學生根據以上分析，嘗試總結結論。 學生思考、結合自己的理解，討論“能量守恒定律”的特點有哪些。 學生認真聆聽，認同能量守恒定律具有普遍性、重要性和相關知識延伸。 學生觀看圖片，思考、討論，并回答：不消耗任何能量，卻源源不斷對外做功的機器一永動機，違背了能量守恒定律，是不可能實現的。 通過“做一做，想一想”，將物理知識聯系生活實際，進而提出問題，引發學生進行思考、討論和分析。在此過程中，不僅引導學生對問題進行了解決；還鍛煉了學生的分析能力、總結歸納能力和語言表達能力；培養了思考分析的習慣。 根據問題分析，總結出“能量守恒定律”的結論，從而無形中幫助學生理解能量守恒定律的概念。 從“能量守恒定律”的特點，引發學生思考，再給出答案和總結，從而加深對能量守恒定律的理解。 引導學生從能量守恒的角度分析，知道永動機是不可能實現的，并引出能量損失和效率。
任務四：總結反思
通過本節課的學習，你學到了什么？你還有什么問題？ 歸納本課所學 培養學生總結歸納的能力。
第3節 能量的轉化和守恒 1. 自然界存在著多種形式的能量：機械能、內能、電能、光能等。 2. 能量的轉化：能量由一種形式轉化為另一種形式的能。 3. 能量的轉移：能量的形式不變，能量由一個物體轉移到其他物體，或從物體的一部分轉移到其他部分。 4. 能量守恒定律：能量既不會憑空消滅，也不會憑空產生，它只會從一種形式轉化為其他形式，或者從一個物體轉移到另一個物體，而在轉化和轉移的過程中，能量的總量保持不變。
7.作業與拓展學習設計 1.關于圖中四個事例的能量轉化，下列說法中不正確的是（　A　） A．甲圖中原始人類“鉆木取火”，把內能轉化為機械能 B．乙圖中水輪機帶動發電機發電，把水能轉化為電能 C．丙圖中行駛的高速電動列車，把電能轉化為機械能 D．丁圖中樓頂的太陽能熱水器，把太陽能轉化為內能 2.（多選題）根據能量守恒定律，下列情形可能發生的是（BD） A．出膛的子彈射穿木板后，以更快的速度繼續前進 B．水壺里的水沸騰了，停止加熱，壺中的水不能繼續沸騰 C．一個從距地面5米高的位置自由掉落的小球，落地后，將彈到距離地面8米高的位置 D．兩個對接的斜面，小球從一個斜面滾下后，繼續滾上另一個斜面 3.關于能量守恒定律，下列說法正確的是（　D　） A．能量守恒定律只適用于機械能與內能的相互轉化 B．能量守恒定律只適用于能量轉化的過程 C．摩擦生熱是創造了熱，并不符合能量守恒定律 D．按照能量守恒定律，宇宙中能量的總量永遠不會增減
8.特色學習資源分析、技術手段應用說明 多媒體、塑料袋（黑色）、水、溫度計、太陽能電池太陽帽、火柴、鐵絲、酒精燈、鋼球、單擺、細線、乒乓球等。
9.教學反思與改進 能量的轉化是本節內容的一個難點，學生只熟悉一部分能量的轉化，如機械能轉化為內能，內能轉化為機械能，電能轉化為內能，電能轉化為機械能，機械能轉化為電能，等等。教學中要注意幫助學生對不太熟悉的能量轉化有所了解，如：化學能和電能之間的相互轉化，最好讓學生舉出實際例子，便于學生加深印象和理解。
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