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。可是，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1節 熱機
課題 熱機
課型 新授課 √ 復習課 試卷講評課 其他課
1.教學內容分析 本節的教學內容屬于應用性的知識，與生產、生活有密切的關系。本節內容是在做功改變物體內能的基礎上，建立熱機的模型。本節內容的學習要求雖然只是知道級水平，但就其相關知識的外延而言，熱機的教學可以和環境保護相聯系，作適當的拓展，通過學習認識到熱機對文明發展進程的作用和科學技術的發展與進步對人類發展的影響，感悟在發展經濟的同時，關注環境保護的重要性。
2.學習者分析 學生已經知道做功和熱傳遞可以改變物體的內能，物體的內能可以轉化為機械能。本節課借用Flash課件模擬汽油機和柴油機的工作過程，學生主動參與，認真觀察，仔細閱讀，積極思考，直觀地學習熱機的工作原理和內燃機的工作過程，本節課要求學生具備觀察、閱讀、對比、歸納的能力。
3.學習目標確定 1、通過觀察汽油機工作過程的動畫，知道壓縮沖程和做功沖程中的能量轉化，對比汽油機和柴油機的模型和工作過程，了解二者的異同。 2、通過觀察演示實驗培養學生的觀察能力和表述能力。通過查閱資料，培養學生獲取信息的能力。 3、通過對熱機發展簡史、汽油機的結構以及工作過程的學習，感受到人類對美好事物孜孜不倦地追求，逐步培養學生崇尚科學、愛科學、學科學的興趣。
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了解熱機的工作原理及能量轉化過程。2知道四沖程內燃機的構造和工作過程。3理解熱機的效率及熱值的概念，并能進行簡單的計算。學科能力通過觀察模型和動畫，培養觀察能力和空間想象能力。通過分析數據，歸納出熱機的工作過程和能量轉化的特點。科學態度激發學生對熱機技術的興趣，培養探索精神。認識到熱機在現代社會中的重要作用，以及提高熱機效率的意義。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。總分
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
火車在我們現代的生活和生產中有著至關重要的作用。展示1814年出現的第一臺蒸汽機車——也就是我們常說的老一代火車。這位師傅在向鍋爐里面添煤，煤炭在燃燒，而此時鍋爐里燒的是水。 提問：從火車頭的內部結構來分析，火車的機械能從何而來？ 學生觀看老一代火車的圖片，根據老師的描述，思考、討論問題。 創造課堂情景，激發學生的興趣和求知欲。
任務二：熱機
演示實驗：水蒸氣沖開瓶塞： 試管中大約裝1/3試管的水（用熱水節省時間），塞上橡皮塞（注意不要過緊，以免試管炸裂），用酒精燈加熱試管中的水。 提問：（1）你看到了什么現象？ （2）是什么把橡膠塞推出去了？ （3）水蒸氣把橡膠塞推出去了，水蒸氣對橡膠塞做了功，說明水蒸氣具有能量，這種能量是內能。在這個實驗中，發生了怎樣的能量轉化？ 總結：①酒精燃燒放出熱量，酒精的化學能轉化為水的內能； ②水吸熱沸騰，產生大量水蒸氣，氣體膨脹對瓶塞做功，氣體的內能轉化為瓶塞的機械能。 ③結論：利用內能可以做功。 展示各種熱機的圖片。 （1）熱機：各種利用內能做功的機械叫做熱機。 （2）工作原理：熱機利用內能做功，將內能轉化為機械能。 （3）種類：蒸汽機、內燃機、汽輪機、噴氣發動機等。 （4）常見熱機——內燃機 ①內燃機：燃料直接在發動機氣缸內燃燒產生動力的熱機。 ②分類：汽油機和柴油機。 學生觀看演示實驗，觀察實驗現象，并描述看到的現象：瓶塞被沖出來了；且管口附近出現“白霧”。 學生分組就問題進行討論分析和歸納總結，派小組代表發言回答問題：酒精的化學能轉化為水的內能；氣體的內能轉化為瓶塞的機械能。 學生嘗試總結，從實驗中獲得的知識去結論。 學生觀察熱機的圖片，直觀理解熱機的定義、原理。 學生理解蒸汽機、內燃機、汽輪機、噴氣發動機等都是熱機。 通過演示實驗，直觀展示“水蒸氣沖開瓶塞”的實驗過程，不僅能吸引學生的注意力，激發好奇心；還能通過分析實驗中的能量轉化理解“內能可以用來做功”。 通過總結得出“利用內能可以做功”的重要結論，同時培養學生的總結歸納能力。 通過圖片展示，引導學生觀察并理解熱機的定義、原理及分類。
任務三：汽油機
展示四沖程汽油機的剖面圖，介紹主要結構及其作用。 組織學生閱讀教材18頁“汽油機”的相關內容。提問：（1）什么是沖程？（2）四個沖程代表什么含義？ 播放汽油機的工作過程視頻，組織學生對汽油機的工作過程進行分析： （1）觀察進氣門、排氣門的開閉情況，觀察活塞的運動方向。 （2）活塞運動的原因是什么？（3）活塞運動的結果是什么？ （4）這個沖程是否存在能量轉化？ 總結：汽油機的一個工作循環是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程組成的，在一個工作循環中，活塞往復運動兩次，曲軸轉動兩周，對外做功一次。 學生觀看“四沖程汽油機的剖面圖”，認真聆聽其主要結構及作用。 學生閱讀教材18頁“汽油機”的相關內容，并結合自學，回答問題：（1）沖程：汽油機在工作時，活塞從氣缸的一端運動到另一端的過程，叫做一個沖程。（2）四個沖程：汽油機的一個工作循環由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程組成。多數汽油機是由這四個沖程的不斷循環來保證連續工作的。 學生觀看汽油機的工作過程視頻，直觀理解其工作過程。 學生就問題進行分析討論，并總結，深入理解汽油機的工作過程。 通過圖片直觀展示，引導學生了解四沖程汽油機的主要結構及其作用，為后面學習汽油機的工作過程和原理做鋪墊。 通過組織學生自主學習，不僅加深了學生對“沖程”概念的理解，還培養了學生的自學能力、語言組織和表達能力。 通過觀看視頻，直觀了解汽油機的工作過程，再結合問題深入分析其工作過程和原理，引導學生知道并理解四沖程汽油機的結構、工作過程。
任務四：柴油機
展示汽油機、柴油機的結構圖，觀察二者有什么區別？ 總結：柴油機的構造與汽油機的大致相同，不同的是柴油機氣缸頂部沒有火花塞而是一個噴油嘴。 四沖程柴油機工作原理：利用柴油在氣缸內燃燒產生高溫高壓的燃氣來推動活塞做功。 組織學生類比汽油機和柴油機。 思考：（1）汽油機從進氣門吸入什么氣體？柴油機從進氣門吸入什么氣體？（2）火花塞的作用是什么？柴油機有點火裝置嗎？ 請你簡述柴油機的工作過程。 總結：柴油機的工作過程與汽油機大致相同，也是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程構成一個工作循環，在一個工作循環中，活塞往復運動兩次，曲軸轉動兩周，對外做功一次。 學生觀察汽油機、柴油機的結構圖，分析總結二者結構上的不同點。 學生類比汽油機和柴油機，并回答問題：（1）汽油機吸氣沖程吸入空氣和汽油的混合物；柴油機吸入氣缸內的物質只有空氣。（2）在壓縮沖程末，火花塞產生電火花，使燃料燃燒；柴油機只有噴油嘴，在壓縮沖程結束時，壓縮空氣的溫度已經超過柴油的燃點，此時從噴油嘴噴出的霧狀柴油遇到熱空氣就立刻燃燒起來（ “壓燃式”）。 學生通過類比汽油機，并簡述柴油機的工作過程。 通過汽油機、柴油機的結構圖直觀對比，激發學生對二者的對比，從而由汽油機的學習過渡到柴油機。 通過對比分析，總結出二者的結構區別。 通過引導學生對柴油機和汽油機進行對比分析，從二者工作過程的區別來認識柴油機，同時鞏固汽油機的相關知識。 通過引導學生簡述柴油機的工作過程，鍛煉歸納總結和語言表達能力。
任務五：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。
6.板書設計 第1節 熱機 一、熱機 1.熱機——利用內能做功的機械。 2.從能量角度——將內能轉化為機械能。 3.熱機的分類 二、內燃機 一個工作循環=四個沖程（吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程）。 三、汽油機 1.構造 2.工作過程 四、柴油機 1.構造 2.工作過程 3.汽油機與柴油機的異同
7.作業與拓展學習設計 1.如圖所示實驗，在橡膠塞受到水蒸氣的壓力而沖出的過程中，以下說法正確的是（　D　） A．試管口出現的“白霧”是氣體 B．水蒸氣對外做功，內能增加 C．水蒸氣對外做功，溫度升高 D．這個實驗基本展示了蒸汽機的工作原理 2.關于汽油機與柴油機的說法中，不正確的是（　A　） A．柴油機汽缸頂部有個火花塞，汽油機汽缸頂部有個噴油嘴 B．柴油機通過壓縮空氣直接點燃柴油 C．汽油機與柴油機的工作過程都分為吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程 D．汽油機與柴油機使用的燃料不同 3.關于熱機，下列說法中正確的是（ C ） A. 汽油機頂部有噴油嘴，柴油機頂部有火花塞 B. 柴油機在吸氣沖程中，將柴油和空氣的混合氣吸入汽缸 C. 汽油機和柴油機除做功沖程外，其他三個沖程都是依靠飛輪的慣性完成的 D. 改進技術后，熱機的效率可以達到100%
8.特色學習資源分析、技術手段應用說明 多媒體、 汽油機和柴油機機模型、酒精燈、試管、塞子、水等。
9.教學反思與改進 由于學生沒有接觸過實際的汽油機，教學中要充分利用汽油機教具模型、課件或圖片，來介紹它的基本構造和名稱，以及各部分結構在機器工作過程中的作用，教材中未提及的構造可以不作補充。要讓學生了解四沖程汽油機的工作過程，對吸氣、壓縮、做功和排氣的基本過程有所了解。強調在四沖程汽油機的四個沖程中，做功和壓縮沖程中發生的能量轉化。
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